TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen mittels Rührreibschweißens und ein Rührreibschweißverfahren zum Verbinden wenigstens zweier Werkstücke mit einem Schweißwerkzeug. Als Bauteile können durch das Schweißwerkzeug insbesondere Flugzeugbauteile wie beispielsweise Stringer, Spanten, und/oder Flugzeughautteile miteinander durch Rührreibschweißen verbunden werden.The invention relates to a welding tool for connecting at least two components by means of friction stir welding and a friction stir welding method for connecting at least two workpieces with a welding tool. As components, in particular aircraft components such as stringers, frames, and / or aircraft skin parts can be connected to one another by friction stir welding by means of the welding tool.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Bei dem Rührreibschweißen, wird Reibenergie durch ein verschleißfestes rotierendes Werkzeug erzeugt. Ein derartiges Werkzeug weist einen Werkzeugrührbolzen auf, welcher aus einer Schulter und einem Stift besteht. Der Werkzeugrührbolzen wird rotierend im Fügebereich in den Werkstückstoff hineingedrückt, bis die Schulter in Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist.In friction stir welding, friction energy is generated by a wear-resistant rotating tool. Such a tool has a Werkzeugrührbolzen, which consists of a shoulder and a pin. The tool stirring pin is pressed into the workpiece material in a rotating manner in the joining area until the shoulder is in contact with the workpiece surface.
Aus der DE 10 2005 032 170 A1 ist des Weiteren ein Rührreibschweißwerkzeug bekannt, welches an einer Maschinenspindel über eine Standardschnittstelle, wie z.B. einen Hohlschaftkegel, montiert wird. Bekannte Rührreibschweißwerkzeuge bestehe im Wesentlichen aus einem Werkzeuggrundkörper und einem Werkzeugrührbolzen, wobei letzterer aus einer Schulter und einem Stift zusammengesetzt ist, die miteinander fest verbunden sind. Die Befestigung des Werkzeuggrundkörpers erfolgt in einer Werkzeugaufnahme, z.B. einer Spannzange oder einem Spannfutter für Zylinderschäfte nach DIN 1835 Teil 1 und 2.From the DE 10 2005 032 170 A1 Furthermore, a friction stir welding tool is known, which is mounted on a machine spindle via a standard interface, such as a hollow shaft taper. Known friction stir welding tools consist essentially of a tool body and a Werkzeugrührbolzen, the latter being composed of a shoulder and a pin, which are firmly connected together. The attachment of the tool body takes place in a tool holder, such as a collet or a chuck for cylindrical shafts after DIN 1835 part 1 and 2 ,
Des Weiteren ist aus der US 2007 / 0 241 163 A1 eine Vorrichtung zum Schweißen eines Werkstücks bekannt, welches einen Schweißkopf und ein rotierendes Werkzeug aufweist. Der Schweißkopf weist einen ausgesparten Abschnitt auf und ein Ende des Schweißkopfes wird in Kontakt mit der Oberfläche des zu schweißenden Werkstücks gebracht.Furthermore, from the US 2007/0241163 A1 a device for welding a workpiece is known, which has a welding head and a rotating tool. The welding head has a recessed portion and one end of the welding head is brought into contact with the surface of the workpiece to be welded.
In der WO 2006/ 073 720 A1 ist eine Druckfußklemmvorrichtung für eine Rührreibschweißvorrichtung offenbart.In the WO 2006/073 720 A1 a Druckfußklemmvorrichtung is disclosed for a Rührreibschweißvorrichtung.
Aus der US 2004 /0 079 787 A1 ist eine diskontinuierliche Rührreibschweißvorrichtung bekannt. Die Rührreibschweißvorrichtung weist dabei ein Werkzeug mit einem Schulterabschnitt auf, welches einen großen Durchmesser aufweist, und einen Stiftabschnitt mit einem kleinen Durchmesser, welcher sich in axialer Richtung erstreckt.From the US 2004/0 079 787 A1 is a discontinuous friction stir welding known. The friction stir welding device in this case has a tool with a shoulder portion which has a large diameter, and a pin portion with a small diameter, which extends in the axial direction.
In der DE 698 05 089 T2 ist eine Schweißvorrichtung zum Miteinanderverbinden von Werkstücken entlang eines Stoßes zwischen den Werkstücken mittels Rührreibschweißend offenbart. Die Schweißvorrichtung umfasst eine Schweißsonde, die bei dem Schweißvorgang entlang des Stoßes bewegt werden soll und einen Körper und einen Stift. Der Körper ist so angeordnet, dass er beim Schweißvorgang gegen die Oberseite des Werkstücks gepresst wird.In the DE 698 05 089 T2 discloses a welding apparatus for joining workpieces along a joint between workpieces by means of friction stir welding. The welding apparatus includes a welding probe to be moved along the joint in the welding operation and a body and a pin. The body is arranged so that it is pressed against the top of the workpiece during the welding process.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schweißwerkzeug bereitzustellen.Against this background, the object of the present invention is to provide an improved welding tool.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schweißwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a welding tool having the features of patent claim 1.
Demgemäß ist ein Schweißwerkzeug vorgesehen, aufweisend:
- eine Gehäuseeinrichtung mit einer Öffnung zum Hindurchführen eines Werkzeugrührbolzens;
- eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugrührbolzens, wobei die Werkzeugaufnahme in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist;
- wobei die Gehäuseeinrichtung ein erstes Gehäuseteil mit der Öffnung zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens aufweist, welches senkrecht zu der Längsachse der Werkzeugaufnahme und des darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzens beweglich ist, und/oder
- wobei die Gehäuseeinrichtung an der Außenseite ein beweglich gelagertes Kontaktelement mit einer Öffnung gegenüberliegend der Öffnung der Gehäuseeinrichtung aufweist, welches senkrecht zu der Längsachse der Werkzeugaufnahme und des darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzens beweglich ist.
Accordingly, a welding tool is provided, comprising: - a housing means having an opening for passing a Werkzeugrührbolzens;
- a tool holder for receiving a Werkzeugrührbolzens, wherein the tool holder is received in the housing means;
- wherein the housing means comprises a first housing member having the opening for passing the tool stirring bolt, which is movable perpendicular to the longitudinal axis of the tool holder and the Werkzeugrührbolzens received therein, and / or
- wherein the housing means on the outside has a movably mounted contact element with an opening opposite the opening of the housing means, which is movable perpendicular to the longitudinal axis of the tool holder and the Werkzeugrührbolzens received therein.
Das Schweißwerkzeug hat den Vorteil, dass das erste Gehäuseteil bzw. das Kontaktelement bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen, wenn dieser sich während des Rührreibschweißprozesses verbiegt oder ausgelenkt wird, ausweichen und daher eine Kraft des Werkzeugrührbolzens aufnehmen und insbesondere reduzieren kann.The welding tool has the advantage that the first housing part or the contact element in contact with the Werkzeugrührbolzen when it is bent or deflected during the friction stir welding process, dodge and therefore absorb a force of the Werkzeugrührbolzens and in particular can reduce.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, ein Schweißwerkzeug bereitzustellen, dass geeignet beweglich ist, so dass es bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen ausweichen kann. Dadurch kann die Kraft auf die Gehäuseeinrichtung, die bei einem Kontakt des Werkzeugrührbolzens durch Verbiegen des Werkzeugrührbolzens auf die Gehäuseeinrichtung des Schweißwerkzeugs aufgebracht wird, reduziert und des Weiteren eine Erzeugung von Reibungswärme durch den Werkzeugrührbolzen reduziert werden.The knowledge / idea underlying the present invention is to provide a welding tool that is suitably movable so that it can avoid contact with the tool stirring bolt. As a result, the force on the housing device, which upon contact of the Werkzeugrührbolzens by bending the Werkzeugrührbolzens on the housing means of Welding tool is applied, reduced and further reduced generation of frictional heat by the Werkzeugrührbolzen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous embodiments and further developments will become apparent from the other dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Gehäuseteil und/oder das Kontaktelement in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Werkzeugaufnahme und des darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzens beweglich. Auf diese Weise kann das erste Gehäuseteil bzw. das Kontaktelement in jeder Richtung in der Ebene ausweichen.In one embodiment of the invention, the first housing part and / or the contact element is movable in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the tool holder and the Werkzeugrührbolzens received therein. In this way, the first housing part or the contact element can escape in any direction in the plane.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Gehäuseteil und/oder das Kontaktelement in und entgegen der Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs senkrecht zu der Längsachse der Werkzeugaufnahme und des darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzens beweglich. Das erste Gehäuseteil bzw. das Kontaktelement ist kann somit nur in der Bewegungsrichtung der Schweißwerkzeugs bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen ausweichen und stellt dabei eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Schweißwerkzeugs bereit.In a further embodiment of the invention, the first housing part and / or the contact element is movable in and against the direction of movement of the welding tool perpendicular to the longitudinal axis of the tool holder and the Werkzeugrührbolzens received therein. The first housing part or the contact element is thus able to escape only in the direction of movement of the welding tool in contact with the Werkzeugrührbolzen and thereby provides a particularly simple and inexpensive design of the welding tool ready.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein flexible und/oder elastische Einrichtung mit der Gehäuseeinrichtung beweglich verbunden oder gekoppelt. Auf diese Weise kann eine Beweglichkeit der Gehäuseeinrichtung bereitgestellt werden und ein Ausweichen der Gehäuseeinrichtung bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen erzielt werden, wenn dieser sich während des Rührreibschweißprozesses verformt.In another embodiment of the invention, a flexible and / or elastic means is movably connected or coupled to the housing means. In this way, a mobility of the housing device can be provided and a deflection of the housing device can be achieved in contact with the Werkzeugrührbolzen when it deforms during the friction stir welding process.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Gehäuseeinrichtung ein zweites Gehäuseteil auf, wobei das erste Gehäuseteil gegenüber dem zweiten Gehäuseteil beweglich ist, insbesondere in der Ebene oder in und entgegen der Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs. Dazu ist das erste Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil durch die flexible und/oder elastische Einrichtung verbunden oder gekoppelt. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach eine Beweglichkeit der Gehäuseeinrichtung realisieren.According to one embodiment of the invention, the housing device has a second housing part, wherein the first housing part is movable relative to the second housing part, in particular in the plane or in and against the direction of movement of the welding tool. For this purpose, the first housing part is connected or coupled to the second housing part by the flexible and / or elastic means. In this way, a mobility of the housing device can be realized very easily.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine flexible und/oder elastische Einrichtung mit dem Kontaktelement beweglich verbunden oder gekoppelt. Dadurch kann eine Beweglichkeit des Kontaktelement bereitgestellt und ein Ausweichen oder Bewegen des Kontaktelements bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen erreicht werden.In one embodiment of the invention, a flexible and / or elastic device is movably connected or coupled to the contact element. Thereby, a mobility of the contact element can be provided and a deflection or movement of the contact element can be achieved upon contact with the Werkzeugrührbolzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement durch die flexible und/oder elastische Einrichtung in einer Aufnahme der Gehäuseeinrichtung beweglich aufgenommen. Dabei ist beispielsweise zumindest das Kontaktelement und/oder die flexible und/oder elastische Einrichtung auswechselbar in der Aufnahme aufgenommen, so dass ein problemloser Austausch erreicht werden kann. Eine austauschbare Anordnung ist aber nicht zwingend erforderlich.In a further embodiment of the invention, the contact element is movably received by the flexible and / or elastic means in a receptacle of the housing means. In this case, for example, at least the contact element and / or the flexible and / or elastic means interchangeable received in the receptacle, so that a problem-free replacement can be achieved. A replaceable arrangement is not mandatory.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung des Kontaktelements kleiner als die Öffnung der Gehäuseeinrichtung und/oder ist die Längsachse der Öffnung des Kontaktelements versetzt zu der Längsachse der Öffnung der Gehäuseanordnung angeordnet. Beispielsweise kann die Öffnung des Kontaktelement in Richtung der Bewegungsrichtung oder entgegen der Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs versetzt zu der Längsachse der Öffnung der Gehäuseeinrichtung angeordnet sein.In another embodiment of the invention, the opening of the contact element is smaller than the opening of the housing device and / or the longitudinal axis of the opening of the contact element is arranged offset from the longitudinal axis of the opening of the housing arrangement. For example, the opening of the contact element in the direction of the movement direction or counter to the direction of movement of the welding tool can be arranged offset from the longitudinal axis of the opening of the housing device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Größe der Öffnung des Kontaktelements derart gewählt, dass der Werkzeugrührbolzen mit der Öffnung des Kontaktelements in Kontakt kommt, wenn der Werkzeugrührbolzen sich verbiegt, beispielsweise wenn die Längsachse des Werkzeugrührbolzens sich um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Längsachse der Werkzeugaufnahme verbiegt. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass der Werkzeurührbolzen erst mit der Öffnung des Kontaktelements in Kontakt kommt, wenn dieser sich in einem größeren Maße oder vorbestimmten Maße verbogen hat oder ausgelenkt ist und nicht bei geringsten Verformung sofort in Kontakt mit der Öffnung des Kontaktelements kommt, je nach Funktion und Einsatzzweck.In a further embodiment of the invention, the size of the opening of the contact element is selected such that the tool stir bar comes into contact with the opening of the contact element when the tool stir pin bends, for example when the longitudinal axis of the tool stir pin is at a predetermined angle to the longitudinal axis of the tool holder bends. In this way it can be achieved, for example, that the Werkzeurührbolzen comes into contact with the opening of the contact element when it has bent to a greater extent or predetermined dimensions or is deflected and does not come at the slightest deformation immediately in contact with the opening of the contact element , depending on function and purpose.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist Größe der Öffnung des Kontaktelements derart gewählt ist, dass kein oder so wenig Material von außen durch die Öffnung des Kontaktelements in das Innere der Gehäuseeinrichtung eindringen kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Gehäuseeinrichtung im Inneren verschmutzen oder das Schweißwerkzeug sogar beschädigt wird.In another embodiment of the invention, the size of the opening of the contact element is chosen such that no or so little material can penetrate from the outside through the opening of the contact element into the interior of the housing device. In this way it is prevented that the housing means become dirty inside or the welding tool is even damaged.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement derart dimensioniert und/oder aus einem Material hergestellt, dass das Kontaktelement sich bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen in einem Kontaktbereich nicht verformt, abbricht, umbiegt und/oder einreißt. Das Kontaktelement kann aufgrund seiner Beweglichkeit bereits bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen ausweichen und daher eine Kraft des Werkzeugrührbolzens reduzieren. Ein zusätzliches Verformen, Abbrechen, Umbiegen und/oder Einreißen des Kontaktelements im Bereich seiner Öffnung ist zum Reduzieren der Kraft des Werkzeugrührbolzens nicht unbedingt erforderlich sondern wird allein schon durch die Beweglichkeit und das damit verbundene Ausweichen des Kontaktelements erzielt.According to one embodiment of the invention, the contact element is dimensioned and / or made of a material such that the contact element does not deform, break off, bend over and / or tear in contact with the Werkzeugrührbolzen in a contact area. Due to its mobility, the contact element can already escape on contact with the tool stirring bolt and therefore reduce a force of the tool stirring bolt. An additional deformation, breaking, bending and / or tearing of the contact element in The area of its opening is not absolutely necessary for reducing the force of the Werkzeugrührbolzens but is achieved solely by the mobility and the associated evasion of the contact element.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement derart dimensioniert und/oder aus einem Material hergestellt, dass das Kontaktelement sich bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen in einem Kontaktbereich zumindest verformt, abbricht, umbiegt und/oder einreißt, um die Kraft des Werkzeugrührbolzens bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen aufzunehmen und insbesondere zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Kraft des Werkzeugrührbolzens zusätzlich reduziert werden.In one embodiment of the invention, the contact element is dimensioned and / or made of a material such that the contact element is at least deformed, breaks off, bends and / or tears in contact with the Werkzeugrührbolzen in a contact area to the force of the Werkzeugrührbolzens in contact with the To record tool stirring bolts and in particular to reduce. In this way, the power of the Werkzeugrührbolzens can be additionally reduced.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist Kontaktelement aus einem flexiblen und/oder elastischen Material, z.B. Hartgummi, aus einem spröden bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen abbrechenden Material, oder einem porösen Material, beispielsweise einem großporigen Metallsintermaterial.In another embodiment of the invention, the contact element is made of a flexible and / or elastic material, e.g. Hard rubber, from a brittle breaking off in contact with the Werkzeugrührbolzen material, or a porous material, such as a large-pored metal sintered material.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kontaktelement und der Gehäuseeinrichtung eine thermische Isolierung, z.B. eine thermisch isolierende Schicht, vorgesehen. Auf diese Weise kann einer Wärmeübertragung von dem Kontaktelement auf die Gehäuseeinrichtung entgegengewirkt werden.In another embodiment of the invention, a thermal insulation, e.g. a thermally insulating layer provided. In this way, heat transfer from the contact element to the housing device can be counteracted.
Figurenlistelist of figures
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken mittels Rührreibschweißens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows: - 1 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to a first embodiment of the invention;
- 2 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to a second embodiment of the invention; and
- 3 a schematic sectional view of a welding tool for connecting at least two workpieces by friction stir welding according to another embodiment of the second embodiment of the invention.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing are the same, functionally identical and same-acting elements, features and components - unless otherwise stated - each provided with the same reference numerals.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
In 1 ist eine stark vereinfachte und rein schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs 1 zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken 2 mittels Rührreibschweißens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.In 1 is a highly simplified and purely schematic sectional view of a welding tool 1 for connecting at least two workpieces 2 by friction stir welding according to a first embodiment of the invention.
Der Prozessablauf beim Rührreibschweißen kann dabei im Wesentlichen in folgende Schritte untergliedert werden. In einem ersten Schritt wird das rotierende Werkzeug mit seinem Werkzeugrührbolzen mit hoher Kraft solange in einen Fügestoß gedrückt, bis die Schulter des Werkzeugrührbolzens auf der Bauteiloberfläche zur Anlage kommt. Während des zweiten Schritts verweilt der sich drehende Werkzeugrührbolzen an der Eintauchstelle. Durch die Reibung zwischen der Schulter des Werkzeugrührbolzens und den Fügepartnern erwärmt sich der Werkstoff unter der Schulter des Werkzeugrührbolzens bis kurz unter den Schmelzpunkt. Dieser Temperaturanstieg hat einen Festigkeitsabfall zur Folge, wodurch der Werkstoff plastifiziert und eine Vermischung der Fügezone möglich wird. Mit dem Einsetzen der Vorschubbewegung beginnt der dritte Schritt, bei dem der rotierende Werkzeugrührbolzen mit hoher Anpresskraft entlang der Fügelinie bewegt wird. Der durch die Vorschubbewegung entstehende Druckgradient zwischen Vorder- und Rückseite des Werkzeugrührbolzens und dessen Rotationsbewegung bewirken den Transport von plastifiziertem Werkstoff um den Werkzeugrührbolzen herum, der sich dort vermischt und die Naht bildet. Im vierten Schritt wird die Verfahrbewegung am Ende der Naht gestoppt und in dem darauffolgenden fünften Schritt kann das sich drehende Werkzeug wieder aus der Fügezone herausgezogen oder alternativ das Werkzeug mit seinem Werkzeugrührbolzen mit deselben oder der entgegengesetzten Drehrichtung entlang dem Fügespalt zurückbewegt werden.The process sequence in friction stir welding can be subdivided essentially into the following steps. In a first step, the rotating tool is pressed with its Werkzeugrührbolzen with high force in a joint until the shoulder of the Werkzeugrührbolzens on the component surface comes to rest. During the second step, the rotating tool stir bar dwells at the dip site. Due to the friction between the shoulder of the Werkzeugrührbolzens and the joining partners, the material heats under the shoulder of the Werkzeugrührbolzens until just below the melting point. This increase in temperature results in a decrease in strength, whereby the material plasticized and a mixing of the joining zone is possible. With the onset of the feed movement, the third step begins, in which the rotating tool stirring bolt is moved with high contact force along the joint line. The pressure gradient between the front and the rear sides of the tool stirring pin and its rotational movement caused by the advancing movement causes the transport of plasticized material around the tool stirring pin, which mixes there and forms the seam. In the fourth step, the movement is stopped at the end of the seam and in the subsequent fifth step, the rotating tool can be pulled out of the joining zone or alternatively the tool with its Werkzeugrührbolzen the same or the opposite direction of rotation along the joint gap moved back.
Das Schweißwerkzeug 1 weist eine Gehäuseeinrichtung 3 auf, in welcher ein Werkzeuggrundkörper 4 aufgenommen ist, an welchem ein Werkzeugrührbolzen 5 befestigt ist. Die Gehäuseeinrichtung 3 weist dabei eine erste Öffnung 6 oder Durchgangsöffnung auf, durch welche der Werkzeugrührbolzen 5 nach außen hindurchgeführt ist, um mit dem jeweils zu schweißenden Werkstück 2 in Kontakt gebracht zu werden. Im nachfolgenden wird der Begriff erste Öffnung 6 verwendet. Es kann stattdessen auch der Begriff Durchgangsöffnung verwendet werden. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung, wie sie beispielhaft mit Bezug auf die 1-3 beschrieben werden.The welding tool 1 has a housing device 3 on, in which a tool body 4 is received, on which a Werkzeugrührbolzen 5 is attached. The housing device 3 has a first opening 6 or passage opening through which the tool stirring bolt 5 is passed to the outside to work with each workpiece to be welded 2 to be contacted. In the following, the term becomes first opening 6 used. Instead, the term through-hole can also be used. This applies to all embodiments of the invention, as exemplified with reference to the 1-3 to be discribed.
Die Befestigung des Werkzeugrührbolzens 5 an dem Werkzeuggrundkörper 4 erfolgt in einer Werkzeugaufnahme 7 des Werkzeuggrundkörpers 4, beispielweise einem geeigneten Spannfutter für Zylinderschäfte oder in einer Spannzange usw.. Die Erfindung ist jedoch auf die genannten Beispiele von Werkzeugaufnahmen 7 des Werkzeuggrundkörpers 4 zur Befestigung des Werkzeugrührbolzens 5 nicht beschränkt. Es kann jede Werkzeugaufnahme 7 vorgesehen werden, die geeignet ist, zur Aufnahme des Werkzeugrührbolzens 5.The attachment of the Werkzeugrührbolzens 5 on the tool body 4 takes place in a tool holder 7 of the tool body 4 , For example, a suitable chuck for cylindrical shafts or in a collet, etc. The invention is, however, to the aforementioned examples of tool holders 7 of the tool body 4 for fixing the tool stirring bolt 5 not limited. It can be any tool holder 7 be provided, which is suitable for receiving the Werkzeugrührbolzens 5 ,
Der Werkzeugrührbolzen 5 besteht beispielsweise aus einer Schulter 8 und einem Stift 9, die fest miteinander verbunden sind. Der Werkzeugrührbolzen 5 wird rotierend im Fügebereich in den Werkstückstoff hineingedrückt, bis die Schulter 8 beispielsweise in Kontakt mit der Werkstückoberfläche ist, wie in 1 angedeutet ist.The tool stirring bolt 5 for example, consists of a shoulder 8th and a pen 9 that are firmly connected. The tool stirring bolt 5 is pressed into the workpiece material in a rotating manner in the joining area until the shoulder 8th for example, in contact with the workpiece surface, as in 1 is indicated.
Durch die Reibung zwischen dem Werkstückstoff und der Schulter 8 sowie Stift 9 entsteht die erforderliche Wärme zur Plastifizierung des Werkstückstoffes .Due to the friction between the workpiece material and the shoulder 8th as well as pen 9 the required heat is generated for plasticizing the workpiece material.
Beim Bewegen des rotierenden Werkzeugrührbolzens 5 während des Rührreibschweißens entlang des Fügebereichs und in Querrichtung zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und seiner Werkzeugaufnahme 7, wie mit einem Pfeil für die Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs in 1 angedeutet ist, kann es passieren, dass der Werkzeugrührbolzen 5 sich verbiegt oder ausgelenkt wird, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.When moving the rotating Werkzeugrührbolzens 5 during friction stir welding along the joining region and in the transverse direction to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and his tool holder 7 as with an arrow for the direction of movement of the welding tool in 1 indicated, it may happen that the Werkzeugrührbolzen 5 is bent or deflected, as in 1 is indicated by a dashed line.
Das kann dazu führen, dass der Werkzeugrührbolzen 5 an der Öffnung, genauer der Innenwand der Öffnung, einer starren Gehäuseeinrichtung anstoßen würde. Durch das Drehen des Werkzeugrührbolzens 5 und die dabei entstehende Reibung an der starren Gehäuseeinrichtung würde sowohl die Gehäuseeinrichtung als auch der Werkzeugrührbolzen 5 stark erwärmt. Diese zusätzliche Erwärmung des Werkzeugrührbolzens 5 könnte zu einer Beeinträchtigung des Rührreibschweißprozesses und des Ergebnisses der mittels des Rührreibschweißprozesses miteinander verbundenen Werkstücke 2 führen. Des Weiteren könnte die Erwärmung der starren Gehäuseeinrichtung zu einer Beeinträchtigung oder Beschädigung des Schweißwerkzeugs 1 führen. Durch eine geeignete Vergrößerung der Öffnung der starren Gehäuseeinrichtung könnte einem ungewollten Kontakt zwischen Werkzeugrührbolzen 5 und der starren Gehäuseeinrichtung entgegengewirkt werden. Jedoch könnte in diesem Fall Material aus der Fügezone ungewollt durch die vergrößerte Öffnung in das Innere der starren Gehäuseeinrichtung gelangen und diese verschmutzen und gegebenenfalls beschädigen.This can cause the tool stir pin 5 at the opening, more precisely the inner wall of the opening, a rigid housing means would abut. By turning the tool stirring pin 5 and the resulting friction on the rigid housing means would both the housing means and the Werkzeugrührbolzen 5 strongly heated. This additional heating of the Werkzeugrührbolzens 5 could lead to an impairment of the friction stir welding process and the result of the workpieces connected to one another by means of the friction stir welding process 2 to lead. Furthermore, the heating of the rigid housing means could damage or damage the welding tool 1 to lead. By a suitable enlargement of the opening of the rigid housing means could be an unwanted contact between Werkzeugrührbolzen 5 and the rigid housing device are counteracted. However, in this case material from the joining zone could inadvertently get through the enlarged opening in the interior of the rigid housing means and pollute them and possibly damage.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Gehäuseeinrichtung 3 mit ihrer ersten Öffnung 6 zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens 5 daher nicht vollkommen starr sondern teilweise beweglich ausgebildet. Insbesondere ist die Gehäuseeinrichtung 3 mit ihrer ersten Öffnung 6 in einer jeweiligen Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und seiner Werkzeugaufnahme 7 mit dem darin aufgenommen Werkzeugrührbolzen 5 beweglich ausgebildet. Eine solche Ebene 11 ist in 1 mit einer gepunkteten Linie angedeutet.According to the first embodiment of the invention, the housing device 3 with her first opening 6 for passing the Werkzeugrührbolzens 5 therefore not completely rigid but partially movable. In particular, the housing device 3 with her first opening 6 in a respective level 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and his tool holder 7 with the tool stir pin incorporated therein 5 movably formed. Such a level 11 is in 1 indicated by a dotted line.
Die Gehäuseeinrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens ein erstes Gehäuseteil 12 und ein zweites Gehäuseteil 13 auf. Das erste Gehäuseteil 12 weist dabei die erste Öffnung 6 zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens 5 mit seiner Schulter 8 und dem Stift 9 oder Pin auf zum Durchführen des Rührreibschweißprozesses. Das erste Gehäuseteil 12 ist beispielsweise in dem zweiten Gehäuseteil 13 aufgenommen, wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt ist. Es kann aber auch umgekehrt, das zweite Gehäuseteil 13 in dem ersten Gehäuseteil 12 aufgenommen sein, was in 1 nicht dargestellt ist.The housing device 3 according to the first embodiment of the invention comprises at least a first housing part 12 and a second housing part 13 on. The first housing part 12 has the first opening 6 for passing the Werkzeugrührbolzens 5 with his shoulder 8th and the pen 9 or pin on to perform the friction stir welding process. The first housing part 12 is for example in the second housing part 13 received as in the embodiment in 1 is shown. But it can also be reversed, the second housing part 13 in the first housing part 12 be included in what 1 not shown.
Die Längsachse 14 der erste Öffnung 6 des ersten Gehäuseteils 12 zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens 5 ist dabei in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Ausgangsstellung des ersten Gehäuseteils 12 beispielsweise koaxial zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7. Es ist aber auch denkbar, dass die Längsachse 14 der erste Öffnung 6 des ersten Gehäuseteils 12 parallel versetzt zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 ist, wobei der Werkzeugrührbolzen 5 durch die erste Öffnung 6 dabei während des Rührreibschweißprozesses hindurchführbar ist.The longitudinal axis 14 the first opening 6 of the first housing part 12 for passing the Werkzeugrührbolzens 5 is doing in the in 1 shown embodiment in a starting position of the first housing part 12 for example, coaxial with the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and its tool holder 7 , But it is also conceivable that the longitudinal axis 14 the first opening 6 of the first housing part 12 parallel offset to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and its tool holder 7 is, with the Werkzeugrührbolzen 5 through the first opening 6 can be guided during the friction stir welding process.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Gehäuseteile 12, 13 über eine flexible und/oder elastische Einrichtung 15 derart miteinander verbunden oder gekoppelt, dass das erste Gehäuseteil 12 mit seiner ersten Öffnung 6 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 mit dem darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5 in einer Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 beweglich ist, wie mit Doppelpfeilen in 1 angedeutet ist. Das zweite Gehäuseteile 13 und der Werkzeuggrundkörper 4 mit seiner Werkzeugaufnahme 5 darin sind dagegen gegenüber dem ersten Gehäuseteil 12 starr oder feststehend. Während eines Rührreibschweißvorgangs wird das Schweißwerkzeug 1 mit seinen beiden Gehäuseteilen 12, 13 und dem darin aufgenommenen Werkzeuggrundkörper 4 mit der Werkzeugaufnahme 7 und dem darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5 entlang von zu schweißenden Werkstücken 2 bewegt.According to the first embodiment of the invention, the two housing parts 12 . 13 via a flexible and / or elastic device 15 connected or coupled together such that the first housing part 12 with his first opening 6 opposite the tool body 4 and its tool holder 7 with the tool stir pin received therein 5 in a plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 is movable, as with double arrows in 1 is indicated. The second housing parts 13 and the tool body 4 with his tool holder 5 in contrast, are in relation to the first housing part 12 rigid or fixed. During a friction stir welding operation, the welding tool becomes 1 with its two housing parts 12 . 13 and the tool base body received therein 4 with the tool holder 7 and the tool stir pin received therein 5 along welding workpieces 2 emotional.
Auf dieser Weise kann das erste Gehäuseteil 12 nachgeben, wenn der Werkzeugrührbolzen 5 sich während des Rührreibschweißprozesses verbiegt oder ausgelenkt wird und an der ersten Öffnung 6 des ersten Gehäuseteils 12 anstößt. Dadurch, dass das erste Gehäuseteil 12 mit seiner ersten Öffnung 6 quer zur Längsachse 14 des Werkzeuggrundkörpers 4 nachgiebig und/oder flexibel ausgebildet ist, kann eine Kraft mit dem der Werkzeugrührbolzen 5 an die erste Öffnung 6 während des Rührreibschweißprozesses, aufgrund seiner Verbiegung oder Auslenkung, angedrückt wird aufgenommen und insbesondere erheblich reduziert werden. Dies bewirkt, dass die Reibungswärme zwischen dem ersten Gehäuseteil 12 und dem drehenden Werkzeugrührbolzen 5 erheblich reduziert werden kann und damit eine Beeinträchtigung und insbesondere ein Verschleiß des Werkzeugrührbolzens 5 und des ersten Gehäuseteils 12 verhindert werden kann. Des Weiteren wird auch weniger Reibungswärme den durch den Rührreibschweißprozess zu verbindenden Werkstücken 2 zugeführt und die Qualität des Fügeergebnisses nicht beeinträchtigt.In this way, the first housing part 12 give in when the tool stir pin 5 is bent or deflected during the friction stir welding process and at the first opening 6 of the first housing part 12 abuts. Due to the fact that the first housing part 12 with his first opening 6 transverse to the longitudinal axis 14 of the tool body 4 compliant and / or flexible, a force can with the Werkzeugrührbolzen 5 to the first opening 6 is pressed during the friction stir welding, due to its deflection or deflection, is recorded and in particular significantly reduced. This causes the frictional heat between the first housing part 12 and the rotating tool stirring bolt 5 can be significantly reduced and thus an impairment and in particular a wear of the Werkzeugrührbolzens 5 and the first housing part 12 can be prevented. Furthermore, less frictional heat also becomes the workpieces to be joined by the friction stir welding process 2 supplied and the quality of the joining result is not affected.
Des Weiteren muss die erste Öffnung 6 in dem ersten Gehäuseteil 12 nicht zusätzlich vergrößert werden, um ein Anstoßen des Werkzeugrührbolzens 5 möglichst lange hinauszuzögern oder ganz zu verhindern. Falls die erste Öffnung 6 in dem ersten Gehäuseteil 2 jedoch vergrößert wird, so kann die erste Öffnung 6 in dem ersten Gehäuseteil 12 deutlich geringer vergrößert werden als bei der zuvor beschriebenen starren Gehäuseeinrichtung ohne bewegliche Gehäuseteile, da ein Anstoßen des Werkzeugrührbolzens 5 an der erste Öffnung 6 des ersten erfindungsgemäßen Gehäuseteils 12 nicht zu der ungewünschten erheblichen Erwärmung führt, wie dies bei der zuvor beschriebenen starren Gehäuseeinrichtung der Fall wäre. Auf diese Weise kann ein ungewolltes Eindringen von Material von außen in das Innere des ersten Gehäuseteils 12 durch dessen erste Öffnung 6 zuverlässig verhindert oder auf ein Minimum reduziert werden.Furthermore, the first opening must be 6 in the first housing part 12 can not be increased in addition to a bumping the Werkzeugrührbolzens 5 delay as long as possible or completely prevent. If the first opening 6 in the first housing part 2 however, the first opening may be enlarged 6 in the first housing part 12 be increased significantly smaller than in the previously described rigid housing device without moving housing parts, as a bumping the Werkzeugrührbolzens 5 at the first opening 6 of the first housing part according to the invention 12 does not lead to the undesirable significant heating, as would be the case with the rigid housing device described above. In this way, an unwanted intrusion of material from the outside into the interior of the first housing part 12 through the first opening 6 reliably prevented or reduced to a minimum.
Als flexible und/oder elastische Einrichtung 15 zur Kopplung des ersten Gehäuseteils 12 mit dem zweiten Gehäuseteil 13, kann abhängig von dem Betriebstemperaturbereich des Schweißwerkzeugs 1 beispielsweise eine Metallfedereinrichtung und/oder eine Gummieinrichtung, beispielsweise aus einem geeigneten temperaturbeständigen Hartgummi usw., zwischen den beiden Gehäuseteilen 12, 13 vorgesehen sein, wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 angedeutet ist. Die Metallfedereinrichtung und/oder Gummieinrichtung ist derart ausgebildet und zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 12, 13 angeordnet, dass sie eine Bewegung des ersten Gehäuseteils 12 mit seiner ersten Öffnung 6 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugrührbolzen 5 in einer Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 erlaubt und vorzugsweise ausschließlich in einer Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 erlaubt.As a flexible and / or elastic device 15 for coupling the first housing part 12 with the second housing part 13 , depending on the operating temperature range of the welding tool 1 For example, a metal spring device and / or a rubber device, for example, from a suitable temperature-resistant hard rubber, etc., between the two housing parts 12 . 13 be provided as in the embodiment in 1 is indicated. The metal spring device and / or rubber device is designed in such a way and between the first and second housing part 12 . 13 arranged that they move the first housing part 12 with his first opening 6 opposite the tool body 4 and its tool stir bolt 5 in a plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 allowed and preferably exclusively in one plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 allowed.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die flexible und/oder elastische Einrichtung 15 das erste und zweite Gehäuseteil 12, 13 auch derart miteinander koppeln, dass das erste Gehäuseteil 12 sich mit seiner ersten Öffnung 6 nicht in einer Ebene 11 sondern in und entgegen der Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs 1 entlang der zu schweißenden Werkstücke 2 bewegen kann. Die Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs ist in 1 mit einem Pfeil angedeutet. Die Bewegungsrichtung des Scheißwerkzeugs 1 verläuft dabei normalerweise senkrecht zu der Längsachse des in dem Schweißwerkzeug 1 aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5, wobei der Werkzeugrührbolzen dabei in seiner Ausgangsposition ist, in welcher der Werkzeugrührbolzen 5 nicht gebogen oder ausgelenkt ist. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.In a further embodiment of the invention, the flexible and / or elastic device 15 the first and second housing parts 12 . 13 Also couple together such that the first housing part 12 himself with his first opening 6 not in one plane 11 but in and against the direction of movement of the welding tool 1 along the workpieces to be welded 2 can move. The direction of movement of the welding tool is in 1 indicated by an arrow. The direction of movement of the shit tool 1 is normally perpendicular to the longitudinal axis of the welding tool 1 recorded tool stirring bolts 5 , Wherein the Werkzeugrührbolzen is in its initial position, in which the Werkzeugrührbolzen 5 not bent or deflected. This applies to all embodiments of the invention.
Das zweite Gehäuseteil 13 mit dem Werkzeuggrundkörper 4 und deren Werkzeugaufnahme 7 ist dagegen starr und dem entsprechend nicht in der Ebene 11 beweglich gelagert wie das erste Gehäuseteil 12 in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.The second housing part 13 with the tool body 4 and their tool holder 7 is, on the other hand, rigid and accordingly not in the plane 11 movably mounted like the first housing part 12 in the 1 shown embodiment.
Während eines Rührreibschweißvorgangs wird das Schweißwerkzeug 1 mit seinem starren zweiten Gehäuseteil 13 zusammen mit dem in dem in einer Ebene 11 beweglich gelagerten ersten Gehäuseteil 12 entlang des jeweils zu schweißenden Werkstücks 2 bewegt, wie mit einem Pfeil für die Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs 1 in 1 angedeutet ist. Wie zuvor beschrieben, kann das beweglich gelagerte erste Gehäuseteil 12 im Gegensatz zu dem starren zweiten Gehäuseteil 13 dabei dem Werkzeugrührbolzen 5 ausweichen, wenn dieser sich während des Rührreibschweißvorgangs verbiegt oder um einen Winkel α ausgelenkt wird und dabei an die Öffnung 6 des ersten Gehäuseteils 12 anstößt.During a friction stir welding operation, the welding tool becomes 1 with its rigid second housing part 13 together with the one in a plane 11 movably mounted first housing part 12 along the workpiece to be welded 2 moved, as with an arrow for the direction of movement of the welding tool 1 in 1 is indicated. As described above, the movably mounted first housing part 12 in contrast to the rigid second housing part 13 while the Werkzeugrührbolzen 5 dodge when it bends during the friction stir welding or is deflected by an angle α, and while the opening 6 of the first housing part 12 abuts.
In 2 ist eine stark vereinfachte und rein schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs 1 zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken 2 mittels Rührreibschweißens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.In 2 is a highly simplified and purely schematic sectional view of a welding tool 1 for connecting at least two workpieces 2 by friction stir welding according to a second embodiment of the invention.
Das Schweißwerkzeug 1 der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist im Wesentlichen denselben Aufbau auf wie das Schweißwerkzeug der ersten Ausführungsform der Erfindung, so dass hierzu auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Insbesondere weist das Schweißwerkzeug 1 der zweiten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls eine Gehäuseeinrichtung 3 auf, in welcher ein Werkzeuggrundkörper 4 aufgenommen ist, an welchem der Werkzeugrührbolzen 5 in einer Werkzeugaufnahme 7 des Werkzeuggrundkörpers 4 befestigbar ist. Die Gehäuseeinrichtung 3 weist dabei ebenfalls eine erste Öffnung 6 auf, durch welche der Werkzeugrührbolzen 5 nach außen hindurchgeführt ist, um mit dem jeweils zu schweißenden Werkstück 2 in Kontakt gebracht zu werden.The welding tool 1 The second embodiment of the invention has substantially the same structure as the welding tool of the first embodiment of the invention, so that for this purpose to the description 1 referenced to avoid unnecessary repetition. In particular, the welding tool has 1 The second embodiment of the invention also a housing device 3 on, in which a tool body 4 is included, on which the Werkzeugrührbolzen 5 in a tool holder 7 of the tool body 4 is fastened. The housing device 3 also has a first opening 6 on, through which the tool stirring bolt 5 is passed to the outside to work with each workpiece to be welded 2 to be contacted.
Das in 2 gezeigte Schweißwerkzeug 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem Schweißwerkzeug gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass die Gehäuseeinrichtung 3 unbeweglich oder starr ausgebildet ist und keine zwei Gehäuseteile aufweist, wobei ein erstes Gehäuseteil mit der Öffnung zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens gegenüber einem zweiten dazu starren Gehäuseteil beweglich ist, wie in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform in 1.This in 2 shown welding tool 1 According to the second embodiment of the invention differs from the welding tool according to the first embodiment of the invention in that the housing means 3 is immobile or rigid and has no two housing parts, wherein a first housing part with the opening for passing the Werkzeugrührbolzens against a second rigid housing part is movable, as in the first embodiment of the invention in 1 ,
Stattdessen weist das Schweißwerkzeug 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ein Kontaktelement, beispielsweise in Form eines Ringelements 16 auf, welches mit seiner zweiten Öffnung 17 oder Kontaktöffnung an der Außenseite der Gehäuseeinrichtung 3 unterhalb der erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 beweglich angeordnet ist. Im nachfolgenden wird der Begriff zweite Öffnung 17 verwendet. Es kann stattdessen auch der Begriff Kontaktöffnung verwendet werden. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung, wie sie beispielhaft mit Bezug auf die 1-3 beschrieben werden.Instead, the welding tool points 1 according to the second embodiment of the invention, a contact element, for example in the form of a ring element 16 on, which with its second opening 17 or contact opening on the outside of the housing device 3 below the first opening 6 the housing device 3 is movably arranged. In the following, the term second opening 17 used. Instead, the term contact opening can also be used. This applies to all embodiments of the invention, as exemplified with reference to the 1-3 to be discribed.
Das Ringelement 16 ist dabei vorzugsweise lösbar und damit auswechselbar in einer Aufnahme 20 an dem Schweißwerkzeug 1 z.B. der Gehäuseeinrichtung 3 beweglich angebracht, wie in 2 gezeigt ist. Statt als Ringelement 16 kann das Kontaktelement jede andere mehreckige, runde und/oder ovale Form aufweisen mit einer zweiten Öffnung 17 oder Kontaktöffnung zum Hindurchführen des Werkzeugrührbolzens 5. In den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Kontaktelement z.B. als Ringelement 16 mit einer kreisförmigen zweiten Öffnung 17, z.B. einer zylindrischen oder konischen Öffnung, ausgebildet. Die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 ist ebenfalls kreisförmig, z.B. zylindrisch in den 1-3. Es kann aber auch jede andere Form des Kontaktelements und jede andere Form der zweiten Öffnung 17 des Kontaktelements sowie jede andere Form der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 vorgesehen werden.The ring element 16 is preferably detachable and thus interchangeable in a recording 20 on the welding tool 1 eg the housing device 3 movably attached, as in 2 is shown. Instead of a ring element 16 For example, the contact element may have any other polygonal, round and / or oval shape with a second opening 17 or contact opening for passing the Werkzeugrührbolzens 5 , In the in the 2 and 3 As shown embodiments, the contact element, for example, as a ring element 16 with a circular second opening 17 , For example, a cylindrical or conical opening formed. The first opening 6 the housing device 3 is also circular, eg cylindrical in the 1-3 , However, it can also be any other shape of the contact element and any other shape of the second opening 17 the contact element as well as any other shape of the first opening 6 the housing device 3 be provided.
Die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 ist größer dimensioniert als die zweite Öffnung 17 des Ringelements 16 als einem Beispiel für ein Kontaktelement. Insbesondere ist im Fall einer jeweils kreisförmigen erste und zweiten Öffnung 6 bzw. 17, der Durchmesser der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 größer als der Durchmesser der durch das Ringelement 16 gebildeten zweiten Öffnung 17. Insbesondere ist die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 so groß gewählt, dass der durch diese erste Öffnung 6 und die zweite Öffnung 17 des Ringelements 16 hindurchgeführte Werkzeugrührbolzen 5 während des Rührreibschweißprozesses die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 vorzugsweise nicht berührt, wenn der Werkzeugrührbolzen 5 sich verbiegt oder ausgelenkt wird, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie und wie in den 2 und 3 gezeigt ist.The first opening 6 the housing device 3 is larger in size than the second opening 17 of the ring element 16 as an example of a contact element. In particular, in the case of a respective circular first and second opening 6 respectively. 17 , the diameter of the first opening 6 the housing device 3 larger than the diameter of the ring element 16 formed second opening 17 , In particular, the first opening 6 the housing device 3 chosen so big that through this first opening 6 and the second opening 17 of the ring element 16 guided Toolrührbolzen 5 during the friction stir welding process, the first opening 6 the housing device 3 preferably not touched when the Werkzeugrührbolzen 5 is bent or deflected, as in 1 with a dashed line and as in the 2 and 3 is shown.
Die durch das Ringelement 16 gebildete zweiten Öffnung 17 ist kleiner als die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 und so klein, dass der Werkzeugrührbolzen 5 mit seiner Schulter 8 und seinem Stift 9 hindurchgeführt werden kann und kein Material oder so wenig wie möglich an Material von außen durch die beiden ersten und zweiten Öffnungen 6 und 17 in das Innere der Gehäuseeinrichtung 3 gelangen kann. Das Ringelement 16 ist dabei beispielsweise aus einem nachgiebigen und entsprechend verformbaren Material oder aus einem geeignet spröden Material, welches gezielt dort abbrechen kann, wo der Werkzeugrührbolzen 5 aufgrund von Verbiegen oder durch Auslenken an das Ringelement 16 anstößt. Als nachgiebiges Material kann abhängig von den Betriebstemperaturen des Schweißwerkzeugs 1 ein temperaturbeständiger Hartgummi vorgesehen werden oder ein Metallsintermaterial usw., wobei das Metallsintermaterial vorzugsweise ein möglichst schlechter Wärmeleiter ist, da es in Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 während des Rührreibschweißens kommen kann, wenn dieser sich verbiegt und dabei an das Ringelement 16 anstößt. Als sprödes Material kann beispielsweise ein poröses Sintermaterial aus Keramikschaum vorgesehen werdenThe through the ring element 16 formed second opening 17 is smaller than the first opening 6 the housing device 3 and so small that the tool stir pin 5 with his shoulder 8th and his pen 9 can be passed and no material or as little as possible of material from the outside through the two first and second openings 6 and 17 in the interior of the housing device 3 can get. The ring element 16 is for example made of a resilient and suitably deformable material or of a suitable brittle material, which can selectively break off where the Werkzeugrührbolzen 5 due to bending or deflection to the ring element 16 abuts. As a compliant material may depend on the operating temperatures of the welding tool 1 a temperature-resistant hard rubber or a metal sintering material, etc. are provided, wherein the metal sintering material is preferably a poor as possible heat conductor, since it is in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 may occur during the friction stir welding, when this bends and thereby to the ring element 16 abuts. As a brittle material, for example, a porous sintered material made of ceramic foam can be provided
Da das Kontaktelement, hier das Ringelement 16, durch eine nachfolgend beschriebene flexible und/oder elastische Einrichtung 15 beweglich gelagert ist, so dass es bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 sich bewegen und damit nachgeben kann, kann das Ringelement 16 auch aus jedem anderen für den Einsatz bei einem Rührreibschweißgerät geeigneten Material hergestellt sein, welches nicht bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 unmittelbar nachgibt, wie z.B. der zuvor beschriebene Hartgummi, oder abbricht. Stattdessen kann das Kontaktelement bzw. Ringelement 16 beispielsweise auch aus Stahl oder einem anderen harten oder festen Material hergestellt sein, sowie auch eine größere oder entsprechend stabile Dicke aufweisen. Optional ist das Kontaktelement bzw. Ringelement 16 aus einem thermisch schlecht leitenden Material und/oder mit einer elektrischen Isolierung versehen, wie in Bezug auf nachfolgende 3 beschrieben wird. As the contact element, here the ring element 16 by a flexible and / or elastic device described below 15 is movably mounted, so that it is in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 can move and thus give way, the ring element 16 also be made of any other material suitable for use in a Rührreibschweißgerät, which is not in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 immediately yields, such as the hard rubber described above, or breaks off. Instead, the contact element or ring element 16 For example, be made of steel or other hard or solid material, and also have a greater or correspondingly stable thickness. Optionally, the contact element or ring element 16 from a thermally poorly conducting material and / or provided with an electrical insulation, as with respect to subsequent 3 is described.
Die Erfindung ist auf die genannten Materialien nicht beschränkt. Es kann jedes Material vorgesehen werden, das für den Einsatz bei einem Schweißgerät 1 zum Rührreibschweißen geeignet ist und welches wahlweise zusätzlich bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 während des Rührreibschweißens nachgeben, einreißen und/oder abbrechen kann, wenn es in Kontakt oder ausreichenden Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 kommt.The invention is not limited to the materials mentioned. Any material may be provided for use with a welder 1 suitable for friction stir welding and which optionally additionally in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 can yield, tear and / or break during friction stir welding when in contact or in sufficient contact with the tool stir pin 5 comes.
Das Ringelement 16 kann dabei beispielsweise eine zylindrische zweite Öffnung 17 oder, wie mit einer gestrichelten Linie in 2 angedeutet ist, eine abgestufte zweite Öffnung mit z.B. wenigstens zwei zylindrischen Abschnitten aufweisen, wobei der zylindrische Abschnitt mit dem größeren Durchmesser gegenüber der Gehäuseereinrichtung 3 und ihrer ersten Öffnung 6 angeordnet sein kann, wie in 2, oder auch umgekehrt. Der Durchmesser der zylindrischen zweiten Öffnung 17 oder im Falle einer abgestuften zylindrischen zweiten Öffnung, der kleinste Durchmesser, ist kleiner als der Durchmesser der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3, so dass der Werkzeugrührbolzen 5, wenn er sich während des Rührreibschweißens verbiegen oder ausgelenkt werden sollte, als erstes oder vorzugsweise ausschließlich an die zweite Öffnung 17 des Ringelements 16 anstößt nicht aber an die Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3. Mittels einer nachfolgend beschriebenen beweglichen Lagerung des Ringelements 16 an der Gehäuseeinrichtung 3 kann dieses bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 ausweichen und gegebenenfalls gezielt im Kontaktbereich zusätzlich abbrechen, nachgeben und/oder einreißen und so eine Kraft des Werkzeugrührbolzens 5 aufnehmen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.The ring element 16 can, for example, a cylindrical second opening 17 or, as with a dashed line in 2 is indicated, having a stepped second opening with, for example, at least two cylindrical sections, wherein the cylindrical portion with the larger diameter relative to the housing means 3 and her first opening 6 can be arranged as in 2 , or vice versa. The diameter of the cylindrical second opening 17 or in the case of a stepped cylindrical second opening, the smallest diameter, is smaller than the diameter of the first opening 6 the housing device 3 so that the tool stir pin 5 if it should bend or deflect during friction stir welding, first or preferably only to the second opening 17 of the ring element 16 but does not hit the opening 6 the housing device 3 , By means of a below-described movable mounting of the ring element 16 on the housing device 3 this can happen when in contact with the tool stir pin 5 Dodge and, where appropriate, selectively break contact in the contact area, give and / or tear and so a force of Werkzeugrührbolzens 5 take up. This applies to all embodiments of the invention.
Eine abgestufte zweite Öffnung des Ringelements 16 hat den Vorteil, dass beispielsweise der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser mit einer möglichst geringen Dicke ausgebildet werden kann, so dass er leicht nachgeben, abbrechen oder einreißen kann bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5, während der Abschnitt mit dem größere Durchmesser mit einer größeren Dicke ausgebildet werden kann, was die Handhabung vereinfacht. Ebenso kann ein Kontaktelement mit einer zylindrischen zweiten Öffnung 17 wie in 2 gezeigt ist, ebenfalls geeignet dünn ausgebildet werden, so dass das Kontaktelement, z.B. Ringelement 16, einerseits bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen leicht nachgeben, abbrechen und/oder einreißen kann und andererseits die Handhabung möglichst wenig beeinträchtigt wird. Ebenso kann das Ringelement 16 aber auch fest oder stabil ausgebildet sein, so dass es bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 durch seine bewegliche Lagerung zwar ausweichen aber nicht zusätzlich nachgeben, abbrechen und/oder einreißen muss.A stepped second opening of the ring element 16 has the advantage that, for example, the portion with the smaller diameter can be formed with the smallest possible thickness so that it can easily yield, break or tear when in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 while the larger diameter portion can be formed with a greater thickness, which simplifies handling. Likewise, a contact element with a cylindrical second opening 17 as in 2 is shown, also suitably formed thin, so that the contact element, eg ring element 16 , on the one hand slightly give in contact with the Werkzeugrührbolzen, break off and / or can tear and on the other hand, the handling is impaired as little as possible. Likewise, the ring element 16 but also be solid or stable, so that it is in contact with the Werkzeugrührbolzen 5 although dodge by its movable storage but not give in addition, break off and / or tearing must.
Wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 angedeutet ist, ist das Ringelement 16 als einem Beispiel für ein Kontaktelement, wie zuvor das erste Gehäuseteil in 1, in einer jeweiligen Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 mit dem darin aufgenommen Werkzeugrührbolzen 5 beweglich ausgebildet. Eine solche Ebene 11 ist in 2 mit einer gepunkteten Linie angedeutet.As in the embodiment in 2 is indicated, is the ring element 16 as an example of a contact element, as before the first housing part in 1 in a particular level 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and its tool holder 7 with the tool stir pin incorporated therein 5 movably formed. Such a level 11 is in 2 indicated by a dotted line.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Ringelement 16 über eine flexible und/oder elastische Einrichtung 15 derart mit der Gehäuseeinrichtung 3 verbunden oder gekoppelt, dass das Ringelement 16 mit seiner zweiten Öffnung 17 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 mit dem darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5 in einer Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 beweglich ist, wie mit Doppelpfeilen in 2 angedeutet ist. Die Gehäuseeinrichtung 3 und der Werkzeuggrundkörper 4 mit seiner Werkzeugaufnahme 7 darin sind dagegen gegenüber dem Ringelement 16 starr oder feststehend.According to the second embodiment of the invention, the ring member 16 via a flexible and / or elastic device 15 such with the housing device 3 connected or coupled to that ring element 16 with its second opening 17 opposite the tool body 4 and its tool holder 7 with the tool stir pin received therein 5 in a plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and its tool holder 7 is movable, as with double arrows in 2 is indicated. The housing device 3 and the tool body 4 with his tool holder 7 in contrast, are in relation to the ring element 16 rigid or fixed.
Wie zuvor mit Bezug auf 1 ausgeführt, kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die flexible und/oder elastische Einrichtung 15 das Ringelement 16 und die Gehäuseeinrichtung 3 auch derart miteinander koppeln, dass das Ringelement 16 sich mit seiner zweiten Öffnung 17 nicht in einer Ebene 11 sondern nur in und entgegen der Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs 1 entlang der zu schweißenden Werkstücke 2 bewegen kann. Die Bewegungsrichtung des Schweißwerkzeugs ist in 2 ebenfalls mit einem Pfeil angedeutet. Die Bewegungsrichtung des Scheißwerkzeugs 1 verläuft dabei normalerweise senkrecht oder quer zu der Längsachse des in dem Schweißwerkzeug 1 aufgenommenen Werkzeugrührbolzens 5, wenn der Werkzeugrührbolzen 5 dabei in seiner Ausgangsposition ist, in welcher der Werkzeugrührbolzen 5 mit seiner Längsachse nicht gebogen oder ausgelenkt ist. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.As before with reference to 1 executed, in a further embodiment of the invention, the flexible and / or elastic device 15 the ring element 16 and the housing device 3 Also couple together such that the ring element 16 himself with his second opening 17 not in one plane 11 but only in and against the direction of movement of the welding tool 1 along the workpieces to be welded 2 can move. The direction of movement of the welding tool is in 2 also indicated by an arrow. The direction of movement of the shit tool 1 is normally perpendicular or transverse to the longitudinal axis of the in the welding tool 1 recorded Werkzeugrührbolzens 5 when the tool stirring bolt 5 it is in its starting position, in which the Werkzeugrührbolzen 5 with its longitudinal axis is not bent or deflected. This applies to all embodiments of the invention.
Während eines Rührreibschweißvorgangs wird das Schweißwerkzeug 1 mit seiner Gehäuseeinrichtung 3, dem darin aufgenommenen Werkzeuggrundkörper 4 mit der Werkzeugaufnahme 7 und dem darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5 sowie dem mit der Gehäuseeinrichtung 3 gekoppelten Ringelement 16 entlang des jeweiligen zu schweißenden Werkstücks 2 bewegt, wie mit dem Pfeil in 2 angedeutet ist.During a friction stir welding operation, the welding tool becomes 1 with its housing device 3 , the tool body received therein 4 with the tool holder 7 and the tool stir pin received therein 5 as well as with the housing device 3 coupled ring element 16 along the respective workpiece to be welded 2 moves as with the arrow in 2 is indicated.
Auf dieser Weise kann das Ringelement 16 nachgeben, wenn der Werkzeugrührbolzen 5 sich während des Rührreibschweißprozesses verformt oder verbiegt und an der zweiten Öffnung 17 des Ringelements 16 anstößt. Dadurch, dass das Ringelement 16 mit seiner zweiten Öffnung 17 senkrecht oder quer zur Längsachse 14 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 nachgiebig und/oder flexibel ausgebildet ist, kann eine Kraft mit dem der Werkzeugrührbolzen 5 an die zweite Öffnung 17 während des Rührreibschweißprozesses, aufgrund seiner Verbiegung oder Auslenkung angedrückt wird, aufgenommen und insbesondere erheblich reduziert werden. Dies bewirkt, dass die Reibungswärme zwischen dem drehenden Werkzeugrührbolzen 5 und dem Ringelement 16 erheblich reduziert werden kann und damit eine Beeinträchtigung und insbesondere ein Verschleiß des Werkzeugrührbolzens 5 und der Gehäuseeinrichtung 3 verhindert werden kann. Des Weiteren wird auch weniger Reibungswärme den durch den Rührreibschweißprozess zu verbindenden Werkstücken 2 zugeführt und die Qualität des Fügeergebnisses nicht beeinträchtigt. Ist das Ringelement 16 aus einem Material und/oder derart dimensioniert, dass es bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen nicht nur ausweicht sondern auch beispielsweise sich verformt, im Kontaktbereich abbricht und/oder einreißt, kann die Kraft des Werkzeugrührbolzens 5 weiter aufgenommen und insbesondere reduziert werden.In this way, the ring element 16 give in when the tool stir pin 5 deforms or bends during the friction stir welding process and at the second opening 17 of the ring element 16 abuts. In that the ring element 16 with its second opening 17 perpendicular or transverse to the longitudinal axis 14 of the tool body 4 and its tool holder 7 compliant and / or flexible, a force can with the Werkzeugrührbolzen 5 to the second opening 17 is pressed during the friction stir welding process, due to its deflection or deflection, recorded and in particular significantly reduced. This causes the frictional heat between the rotating tool stir pin 5 and the ring element 16 can be significantly reduced and thus an impairment and in particular a wear of the Werkzeugrührbolzens 5 and the housing device 3 can be prevented. Furthermore, less frictional heat also becomes the workpieces to be joined by the friction stir welding process 2 supplied and the quality of the joining result is not affected. Is the ring element 16 of a material and / or dimensioned such that it not only evades contact with the Werkzeugrührbolzen but also, for example, deformed breaks off in the contact area and / or tearing, the force of Werkzeugrührbolzens 5 be further recorded and in particular reduced.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist, im Gegensatz zu dem in nachfolgender 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, die Längsachse 18 der zweiten Öffnung 17 des Ringelements 16 zu der Längsachse 14 der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 versetzt angeordnet. Beispielsweise kann die Längsachse 18 der zweiten Öffnung 17 des Ringelements 16 zu der Längsachse 14 der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 z.B. entgegen der Bewegungsrichtung des Werkzeugrührbolzens 5 zu der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 versetzt angeordnet sein, da der Werkzeugrührbolzen entgegen seiner Bewegungsrichtung verbogen oder ausgelenkt wird Die Bewegungsrichtung des Schweißgeräts 1 mit seinem Werkzeugrührbolzen 5 ist in den 1, 2 und 3 jeweils mit einem Pfeil angedeutet.In the in 2 shown embodiment, in contrast to that in the following 3 shown embodiment, the longitudinal axis 18 the second opening 17 of the ring element 16 to the longitudinal axis 14 the first opening 6 the housing device 3 staggered. For example, the longitudinal axis 18 the second opening 17 of the ring element 16 to the longitudinal axis 14 the first opening 6 the housing device 3 eg counter to the direction of movement of the Werkzeugrührbolzens 5 to the first opening 6 the housing device 3 be arranged offset because the Werkzeugrührbolzen is bent or deflected against its direction of movement The direction of movement of the welder 1 with his tool stirring bolt 5 is in the 1 . 2 and 3 each indicated by an arrow.
In dem Ausführungsbeispiel in nachfolgender 3 sind dagegen die Längsachse 14 der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 und die Längsachse 18 der zweiten Öffnung 17 des Ringelements 16 sowie die Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und seiner Werkzeugaufnahme 7 und die Längsachse 21 des in der Werkzeugaufnahme 7 aufgenommenen Werkzeugrührbolzens 5 zueinander koaxial. Der Werkzeugrührbolzen 5 ist dabei in seiner Ausgangsposition, in welcher er nicht verbogen oder ausgelenkt ist. In dem Ausführungsbeispiel in 2 können jedoch auch die beiden Längsachsen 14, 18 der ersten und zweiten Öffnungen 6 und 17 auch koaxial sein wie in nachfolgender 3, sowie in nachfolgender 3 die beiden Längsachsen 14, 18 der Öffnungen 6 und 17 auch zueinander versetzt sein, wie beispielhaft in 2 gezeigt ist.In the embodiment in the following 3 on the other hand are the longitudinal axis 14 the first opening 6 the housing device 3 and the longitudinal axis 18 the second opening 17 of the ring element 16 as well as the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and his tool holder 7 and the longitudinal axis 21 in the tool holder 7 recorded Werkzeugrührbolzens 5 coaxial with each other. The tool stirring bolt 5 is in his starting position, in which he is not bent or distracted. In the embodiment in 2 but also the two longitudinal axes 14 . 18 the first and second openings 6 and 17 also be coaxial as in the following 3 , as well as in following 3 the two longitudinal axes 14 . 18 the openings 6 and 17 also be offset from each other, as exemplified in 2 is shown.
In 3 ist eine stark vereinfachte und rein schematische Schnittansicht eines Schweißwerkzeugs 1 zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken 2 mittels Rührreibschweißens gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.In 3 is a highly simplified and purely schematic sectional view of a welding tool 1 for connecting at least two workpieces 2 by friction stir welding according to another embodiment of the second embodiment of the invention.
Das Schweißwerkzeug 1 gemäß 3 weist im Wesentlichen denselben Aufbau auf wie das Schweißwerkzeug 1 gemäß 2, so dass insbesondere auf die Beschreibung hierzu in 2 verwiesen wird, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Insbesondere weist das Schweißwerkzeug 1 in 3 ebenfalls eine Gehäuseeinrichtung 3 auf, in welcher ein Werkzeuggrundkörper 4 aufgenommen ist, an welchem ein Werkzeugrührbolzen 5 mit einer Schulter 8 und einem Stift 9 befestigt ist. Die Gehäuseeinrichtung 3 weist dabei ebenfalls eine erste Öffnung 6 auf, durch welche der Werkzeugrührbolzen 5 nach außen hindurchgeführt ist, um mit dem jeweils zu schweißenden Werkstück 2 in Kontakt gebracht zu werden. Die Befestigung des Werkzeugrührbolzens 5 an dem Werkzeuggrundkörper 4 erfolgt ebenfalls in einer Werkzeugaufnahme 7 des Werkzeuggrundkörpers 4. Des Weiteren ist das Kontaktelement in 3, beispielsweise in Form eines Ringelements 16 ebenfalls durch eine flexible und/oder elastische Einrichtung 15 derart mit der Gehäuseeinrichtung 3 verbunden oder gekoppelt, dass das Ringelement 16 mit seiner zweiten Öffnung 17 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 mit dem darin aufgenommenen Werkzeugrührbolzen 5 in einer Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen Werkzeugaufnahme 7 beweglich ist, wie mit Doppelpfeilen in 3 angedeutet ist. Die Gehäuseeinrichtung 3 und der Werkzeuggrundkörper 4 mit seiner Werkzeugaufnahme 7 darin sind dagegen gegenüber dem Ringelement 16 starr oder feststehend. Die Ebene 11 ist in 3 mit einer gepunkteten Linie angedeutet.The welding tool 1 according to 3 has substantially the same structure as the welding tool 1 according to 2 , so in particular to the description in this 2 referenced to avoid unnecessary repetition. In particular, the welding tool has 1 in 3 also a housing device 3 on, in which a tool body 4 is received, on which a Werkzeugrührbolzen 5 with a shoulder 8th and a pen 9 is attached. The housing device 3 also has a first opening 6 on, through which the tool stirring bolt 5 is passed to the outside to work with each workpiece to be welded 2 to be contacted. The attachment of the Werkzeugrührbolzens 5 on the tool body 4 also takes place in a tool holder 7 of the tool body 4 , Furthermore, the contact element is in 3 , for example in the form of a ring element 16 also by a flexible and / or elastic device 15 such with the housing device 3 connected or coupled to that ring element 16 with its second opening 17 opposite the tool body 4 and its tool holder 7 with the tool stir pin received therein 5 in a plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and its tool holder 7 is movable, as with double arrows in 3 is indicated. The housing device 3 and the tool body 4 with his tool holder 7 in contrast, are in relation to the ring element 16 rigid or fixed. The level 11 is in 3 indicated by a dotted line.
Das in 3 gezeigte Schweißwerkzeug 1 unterscheidet sich von dem Schweißwerkzeug in 2 dadurch, dass das Kontaktelement in Form beispielsweise eines Ringelements 16 eine konische zweiten Öffnung 17 aufweist. Die konische zweite Öffnung 17 verjüngt sich in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel von außen nach innen oder in Richtung der Gehäuseeinrichtung 3. Ebenso kann sich die konische zweite Öffnung 17 auch von innen nach außen verjüngen. Der kleinste Durchmesser der konischen zweiten Öffnung 17 ist dabei kleiner als der Durchmesser der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3, so dass der Werkzeugrührbolzen 5, wenn er sich während des Rührreibschweißens verbiegen oder ausgelenkt werden sollte, als erstes oder vorzugsweise ausschließlich an die Öffnung 17 des Ringelements 16 anstößt nicht aber an die erste Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3. Mittels der beweglichen Lagerung des Ringelements 16 kann dieses bei Kontakt mit dem Werkzeugrührbolzen 5 ausweichen und wahlweise zusätzlich gezielt im Kontaktbereich abbrechen, nachgeben und/oder einreißen und so eine Kraft des Werkzeugrührbolzens 5 aufnehmen. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung.This in 3 shown welding tool 1 differs from the welding tool in 2 in that the contact element in the form of, for example, a ring element 16 a conical second opening 17 having. The conical second opening 17 rejuvenates in the in 3 shown embodiment from outside to inside or in the direction of the housing device 3 , Likewise, the conical second opening 17 also rejuvenate from the inside out. The smallest diameter of the conical second opening 17 is smaller than the diameter of the first opening 6 the housing device 3 so that the tool stir pin 5 if it should bend or deflect during friction stir welding, first or preferably only to the opening 17 of the ring element 16 but does not hit the first opening 6 the housing device 3 , By means of the movable mounting of the ring element 16 this can happen when in contact with the tool stir pin 5 Dodge and optionally selectively cancel in the contact area, give and / or tear and so a force of Werkzeugrührbolzens 5 take up. This applies to all embodiments of the invention.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die zweite Öffnung 17 des Ringelements 16 auch z.B. zwei konische Abschnitte aufweisen oder jede andere Form die für den Einsatz bei einem Schweißwerkzeug für Rührreibschweißen geeignet ist.In a further embodiment, not shown, the second opening 17 of the ring element 16 Also, for example, have two conical sections or any other shape that is suitable for use in a welding tool for friction stir welding.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist das Kontaktelement, hier beispielsweise das Ringelement 16, in einer Aufnahme 20 an der Unterseite der Gehäuseeinrichtung 3 mit seiner zweiten Öffnung 17 der ersten Öffnung 6 der Gehäuseeinrichtung 3 gegenüberliegend angeordnet und durch die zugeordnete flexible und/oder elastische Einrichtung 15 beweglich gelagert. Insbesondere ist das Ringelement 16, wie zuvor beschrieben, derart mit der Gehäuseeinrichtung 3 verbunden oder gekoppelt, dass das Ringelement 16 mit seiner zweiten Öffnung 17 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugrührbolzen 5 in der Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 und dessen in der Werkzeugaufnahme 7 aufgenommen Werkzeugrührbolzens 5 beweglich ist, wie mit Doppelpfeilen in den 2 und 3 angedeutet ist.As in the 2 and 3 is shown, the contact element, here for example the ring element 16 , in a recording 20 at the bottom of the housing device 3 with its second opening 17 the first opening 6 the housing device 3 arranged opposite and by the associated flexible and / or elastic device 15 movably mounted. In particular, the ring element 16 as described above, with the housing device 3 connected or coupled to that ring element 16 with its second opening 17 opposite the tool body 4 and its tool stir bolt 5 in the plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 and in the tool holder 7 included Werkzeugrührbolzens 5 is movable, as with double arrows in the 2 and 3 is indicated.
Das Ringelement 16 ist in der Aufnahme 20 an der Gehäuseeinrichtung 3 in dem in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen beispielsweise auswechselbar in der Aufnahme 20 vorgesehen, so dass das Ringelement 16 bei Bedarf leicht ausgewechselt und gegen ein neues oder anderes Ringelement 16 aus einem anderen Material und/oder mit einer anderen Öffnungsform und/oder Öffnungsgröße ersetzt werden kann, je nach Funktion und Einsatzzweck. Gleiches gilt vorzugsweise auch für die flexible und/oder elastische Einrichtung 15. Die Aufnahme 20 ist in den 2 und 3 rein schematisch und stark vereinfacht dargestellt.The ring element 16 is in the recording 20 on the housing device 3 in the 2 and 3 shown embodiments, for example, interchangeable in the recording 20 provided so that the ring element 16 easily replaced if necessary and against a new or different ring element 16 can be replaced from another material and / or with a different opening shape and / or opening size, depending on the function and purpose. The same applies preferably to the flexible and / or elastic device 15 , The recording 20 is in the 2 and 3 shown purely schematically and greatly simplified.
Als flexible und/oder elastische Einrichtung 15 kann, wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, in dem Ausführungsbeispielen in 2 und 3 abhängig von dem Betriebstemperaturbereich des Schweißwerkzeugs 1 beispielsweise eine Metallfedereinrichtung und/oder eine Gummieinrichtung, beispielsweise aus einem geeigneten temperaturbeständigen Hartgummi usw., vorgesehen werden, z.B. zwischen der Aufnahme 20 der Gehäuseeinrichtung 3 und dem Ringelement 16, wie in den Ausführungsbeispielen in den 2 und 3 angedeutet ist.As a flexible and / or elastic device 15 can, as previously with respect to 1 has been described in the embodiments in 2 and 3 depending on the operating temperature range of the welding tool 1 For example, a metal spring device and / or a rubber device, for example, from a suitable temperature-resistant hard rubber, etc., are provided, for example, between the recording 20 the housing device 3 and the ring element 16 as in the embodiments in the 2 and 3 is indicated.
Die Metallfedereinrichtung und/oder Gummieinrichtung 15 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie eine Bewegung des Ringelements 16 mit seiner zweiten Öffnung 17 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 4 und dessen Werkzeugrührbolzen 5 in der Ebene 11 senkrecht zu der Längsachse 10 des Werkzeuggrundkörpers 4 erlaubt. Das Ringelement 16 ist des Weiteren vorzugsweise in axialer Richtung zusätzlich an der Gehäuseeinrichtung 3 dabei gesichert oder gehalten, so dass das Ringelement 16 sich nicht ungewollt aus der Aufnahme 20 der Gehäuseeinrichtung 3 lösen kann.The metal spring device and / or rubber device 15 is formed and arranged to cause movement of the ring member 16 with its second opening 17 opposite the tool body 4 and its tool stir bolt 5 in the plane 11 perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tool body 4 allowed. The ring element 16 is furthermore preferably in the axial direction in addition to the housing device 3 secured or held, so that the ring element 16 not unintentionally out of the picture 20 the housing device 3 can solve.
Wahlweise zusätzlich kann eine thermische Isolierung 21, beispielsweise eine thermisch isolierende Schicht, zwischen dem Kontaktelement, in den 2 und 3 Ringelement 16, und der Gehäuseeinrichtung 3 vorgesehen werden. Die thermische Isolierung 21 ist dabei in den 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet.Optionally, in addition, a thermal insulation 21 , For example, a thermally insulating layer, between the contact element, in the 2 and 3 ring element 16 , and the housing device 3 be provided. The thermal insulation 21 is doing in the 3 indicated by a dashed line.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in den 1 bis 3 vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind miteinander kombinierbar insbesondere einzelne Merkmale davon.Although the present invention based on preferred embodiments in the 1 to 3 is fully described above, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. The embodiments described above can be combined with each other, in particular individual features thereof.
Beispielsweise kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform die Gehäuseeinrichtung des Schweißwerkzeugs gemäß der Ausführungsbeispiele der zweiten Ausführungsform auch zusätzlich wie die Gehäuseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einem ersten und zweiten Gehäuseteil ausgebildet sein, wobei das erste Gehäuseteil gegenüber dem zweiten Gehäuseteil, wie zuvor beschrieben beweglich ist. Des Weiteren kann das Schweißwerkzeug gemäß der ersten Ausführungsform mit einem zusätzlichen Kontaktelement, z.B. in Form eines Ringelements usw., gemäß der Ausführungsbeispiele der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet sein. Mittels des zuvor mit Bezug auf die 1-3 beschriebenen erfindungsgemäßen Schweißwerkzeugs können insbesondere Flugzeugbauteile, wie Stringer, Spanten, Hautteile usw. durch Rührreibschweißen geschweißt werden. Die Erfindung ist jedoch auf dieses Einsatzgebiet nicht beschränkt.For example, in a further embodiment of the invention, the housing device of the welding tool according to the embodiments of the second embodiment may also be formed as the housing device according to the first embodiment with a first and second housing part, wherein the first housing part relative to the second housing part, as described above is movable. Furthermore, the welding tool according to the first embodiment may be formed with an additional contact element, eg in the form of a ring element, etc., according to the embodiments of the second embodiment of the invention. By means of the above with reference to the 1-3 In particular, aircraft components, such as stringers, ribs, skin parts, etc., can be welded by friction stir welding. However, the invention is not limited to this application.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Schweißwerkzeugwelding tool
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22
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Werkstückworkpiece
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33
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Gehäuseeinrichtunghousing means
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44
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WerkzeuggrundkörperTool body
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55
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WerkzeugrührbolzenWerkzeugrührbolzen
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66
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Erste Öffnung (Gehäuseeinrichtung)First opening (housing device)
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77
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Werkzeugaufnahmetool holder
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88th
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Schultershoulder
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99
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Stiftpen
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1010
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Längsachse (Werkzeuggrundkörper und dessen Werkzeugaufnahme)Longitudinal axis (tool body and its tool holder)
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1111
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Ebenelevel
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1212
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Erstes GehäuseteilFirst housing part
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1313
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Zweites GehäuseteilSecond housing part
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1414
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Längsachse (der Öffnung des ersten Gehäuseteils oder Gehäuseeinrichtung)Longitudinal axis (the opening of the first housing part or housing device)
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1515
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Flexible und/oder elastische EinrichtungFlexible and / or elastic device
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1616
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Ringelementring element
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1717
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Zweite Öffnung (Ringelement)Second opening (ring element)
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1818
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Längsachse (Ringelement)
Longitudinal axis (ring element)
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2020
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Aufnahmeadmission
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2121
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Thermische IsolierungThermal insulation
