AT523465B1

AT523465B1 - Rührreibschweißwerkzeughalter

Info

Publication number: AT523465B1
Application number: ATA50088/2020A
Authority: AT
Original assignee: Fill Gmbh
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2022-04-15
Also published as: WO2021155419A2; AT523465A1; WO2021155419A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rührreibschweißwerkzeughalter (14) zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeuges (15) in einer Werkzeugmaschine (1), umfassend: - einen Grundkörper (16); - eine Werkzeugspannaufnahme (17) zur Aufnahme des Rührreibschweißwerkzeuges (15); - eine Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) zum Koppeln des Rührreibschweißwerkzeughalters (14) mit einer Werkzeugaufnahme (4) einer Arbeitsspindel (3) der Werkzeugmaschine (1), Weiters ist ein Winkelantrieb (23) ausgebildet, mittels welchem die Werkzeugspannaufnahme (17) mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) drehmomentgekoppelt ist, wobei eine Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) und eine Werkzeugspannaufnahmendrehachse (25) in einem Rührreibwinkel (26) winkelig zueinander angeordnet sind.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rührreibschweißwerkzeughalter zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeuges in einer Werkzeugmaschine, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Werkzeugmaschine.

[0002] Die WO 2007/006669 A1 und die DE 10 2009 060 138 B4 offenbaren einen Rührreibschweißwerkzeughalter zur Aufnahme in einer Werkzeugmaschine.

[0003] Eigens für das Rührreibschweißen konstruierte Werkzeugmaschinen sind aus der CN110238507A und aus der CN204843249U bekannt.

[0004] Der in der WO 2007/006669 A1 offenbarte Rührreibschweißwerkzeughalter weist den Nachteil auf, dass damit hergestellte Schweiß verbindungen eine nur unzureichende Qualität aufweisen.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Rührreibschweißwerkzeughalter zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine verbesserte Schweißqualität erzielt werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß ist ein Rührreibschweißwerkzeughalter zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeuges in einer Werkzeugmaschine ausgebildet. Der Rührreibschweißwerkzeughalter umfasst:

- einen Grundkörper;

- eine Werkzeugspannaufnahme zur Aufnahme des Rührreibschweißwerkzeuges;

- eine Werkzeugmaschinenschnittstelle zum Koppeln des Rührreibschweißwerkzeughalters mit einer Werkzeugaufnahme einer Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine.

[0008] Weiters ist ein Winkelantrieb ausgebildet, mittels welchem die Werkzeugspannaufnahme mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle drehmomentgekoppelt ist, wobei eine Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse und eine Werkzeugspannaufnahmendrehachse in einem Rührreibwinkel winkelig zueinander angeordnet sind.

[0009] Der erfindungsgemäße Rührreibschweißwerkzeughalter weist den Vorteil auf, dass durch den Winkelantrieb die Werkzeugspannaufnahme im Rührreibwinkel relativ zur Werkzeugaufnahme der Arbeitsspindel angeordnet werden kann. Dadurch kann auch auf einer reinen Dreiachsfräsmaschine ein überraschend gutes Ergebnis beim Rührreibschweißen erzielt werden. Im Gegensatz zu den aus der WO 2007/006669 A1 und DE 10 2009 060 138 B4 offenbarten Rührreibschweißwerkzeughaltern ist es somit nicht notwendig, dass der Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine geschwenkt werden muss, um einen entsprechenden Rührreibwinkel erreichen zu können. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Rührreibschweißwerkzeughalter eine ausreichende Stabilität auf, um die hohen beim Rührreibschweißen auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Durch die Anordnung des Rührreibschweißwerkzeuges im Rührreibwinkel wird darüber hinaus eine verbesserte Krafteinleitung in die Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine erreicht, wodurch überraschenderweise die Lebensdauer der Maschine erhöht werden kann.

[0010] Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn der Grundkörper ein Befestigungselement zur Befestigung an einem Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine aufweist, wobei die Werkzeugspannaufnahme um die Werkzeugspannaufnahmendrehachse und die Werkzeugmaschinenschnittstelle um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse relativ zum Grundkörper drehbar sind. Mit anderen Worten ausgedrückt können die Werkzeugspannaufnahme und die Werkzeugmaschinenschnittstelle drehbar im Grundkörper aufgenommen sein. Dies bringt den überraschenden Vorteil mit sich, dass der Grundkörper am Bearbeitungskopf abgestützt werden kann, wodurch die Langlebigkeit der Werkzeugmaschine verbessert werden kann. Insbesondere kann durch diese Maßnahme erreicht werden, dass der Winkelantrieb innerhalb des Grundkörpers po-

sitioniert werden kann.

[0011] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Werkzeugspannaufnahme und die Werkzeugmaschinenschnittstelle jeweils mittels Lagerungen, insbesondere Wälzlagerungen, im Grundkörper gelagert sind.

[0012] Ferner kann vorgesehen sein, dass der Winkelantrieb ein Winkelgetriebe umfasst, wobei die Werkzeugspannaufnahme und die Werkzeugmaschinenschnittstelle mittels des Winkelgetriebes miteinander drehmomentgekoppelt sind. Die Verwendung eines Winkelgetriebes bringt den Vorteil mit sich, dass das Winkelgetriebe hohe Drehmomente und gleichzeitig hohe Drehzahlen übertragen kann. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass mittels dem Winkelgetriebe eine Übersetzung und somit eine Drehzahländerung zwischen der Werkzeugspannaufnahme und der Werkzeugmaschinenschnittstelle erreicht wird. Insbesondere kann hierbei ein Winkelgetriebe mit Kegelrädern zum Einsatz kommen.

[0013] In einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Winkelantrieb ein Kardangelenk umfasst, wobei die Werkzeugspannaufnahme und die Werkzeugmaschinenschnittstelle mittels des Kardangelenkes miteinander drehmomentgekoppelt sind. Besonders bei kleinen Rührreibwinkeln eignet sich ein Kardangelenk hervorragend zur Drehmomentenübertragung. Darüber hinaus weist ein Kardangelenk einen einfachen Aufbau auf und ist somit wenig fehleranfällig. Uberraschenderweise kann mittels eines Kardangelenkes in der vorliegenden Anwendung auch eine gleichmäßig ruhige Drehbewegung der Werkzeugspannaufnahme erreicht werden.

[0014] In einer weiteren Alternativvariante kann vorgesehen sein, dass eine flexible Wellenkupplung wie etwa eine Balkkupplung zur Drehmomentenkopplung eingesetzt wird. Bevorzugt kann hierbei eine Metallbalkkupplung eingesetzt werden.

[0015] In einer weiteren Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass eine Bogenzahnkupplung eingesetzt wird.

[0016] Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass eine Drehvorrichtung ausgebildet ist mittels welcher die Werkzeugspannaufnahme bezüglich einer Winkellage um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse schwenkbar ist. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Werkzeugspannaufnahme bezüglich der Winkellage relativ zum Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine verschwenkbar ist. Dadurch kann eine Schweißnaht in unterschiedlichen Bearbeitungsrichtungen hergestellt werden. Durch das Verschwenken der Werkzeugspannaufnahme bezüglich der Winkellage kann die Orientierung der Werkzeugspannaufnahme relativ zum Bearbeitungskopf verändert werden.

[0017] Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Drehvorrichtung im Befestigungselement ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausführungsvariante wird der komplette Grundkörper des Rührreibschweißwerkzeughalters bezüglich der Winkellage um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse geschwenkt.

[0018] Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn der Grundkörper in Axialrichtung der Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse in einen ersten Grundkörperteil und einen zweiten Grundkörperteil geteilt ausgebildet ist und dass die Drehvorrichtung zwischen dem ersten Grundkörperteil und dem zweiten Grundkörperteil ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsvariante bringt den Vorteil mit sich, dass der Rührreibschweißwerkzeughalter im Bereich der Werkzeugmaschinenschnittstelle schlank ausgebildet sein kann. Darüber hinaus kann bei einer derartigen Ausführungsvariante der Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine einen einfachen Aufbau aufweisen.

[0019] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Drehvorrichtung einen Schrittmotor umfasst. Besonders mittels eines Schrittmotors lässt sich die Winkellage der Werkzeugspannaufnahme einfach und ausreichend präzise einstellen.

[0020] Weiters kann vorgesehen sein, dass der Rührreibwinkel zwischen der Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse und der Werkzeugspannaufnahmendrehachse nicht veränderlich zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 4°, bevorzugt zwischen 2° und 3° ausgebil-

det ist. Besonders mittels eines derartig ausgebildeten Rührreibschweißwerkzeughalters lassen sich stabile Schweißverbindungen herstellen.

[0021] In einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Werkzeugspannaufnahme und die Werkzeugmaschinenschnittstelle bezüglich des Rührreibwinkels schwenkbar zueinander ausgebildet sind, sodass der Rührreibwinkel flexibel eingestellt werden kann.

[0022] Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass eine Verstellvorrichtung ausgebildet ist, mittels welcher ein Rührreibstift des Rührreibschweißwerkzeuges relativ zu einer Schulter des Rührreibschweißwerkzeuges verstellbar, insbesondere in Axialrichtung des Rührreibstiftes verschiebbar, ist. Durch diese Maßnahme kann eine überraschende Verbesserung der Schweißqualität erreicht werden. Insbesondere kann die Verbesserung der Schweißqualität dadurch erreicht werden, dass am Ende des Schweißvorganges der Rührreibstift in das Rührreibschweißwerkzeug hineingezogen wird, sodass er nicht mehr über die Schulter des Rührreibschweißwerkzeuges vorsteht. Dadurch kann mittels der Schulter des Rührreibschweißwerkzeuges der Krater, welcher durch den Rührreibstift hervorgerufen wird, geglättet werden bzw. mit Material aufgefüllt werden. Somit kann über die komplette Schweißlänge ein gleichmäßiger bzw. annähernd gleichmäßiger Gefügeverlauf an der Schweißnaht erreicht werden.

[0023] Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugmaschine ausgebildet, welche folgende Elemente umfasst:

eine Arbeitsspindel mit einer Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeughalters;

einen Werkstücktisch mit einer Werkstückaufnahme zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstückes;

zumindest eine erste Führung, eine zweite Führung und eine dritte Führung zum Bewegen der Werkstückaufnahme relativ zur Werkzeugaufnahme;

ein in der Werkzeugaufnahme aufgenommener Rührreibschweißwerkzeughalter mit einem darin aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeug.

Der Rührreibschweißwerkzeughalter ist nach einem der obenstehenden Merkmale ausgebildet.

[0024] Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine vorgesehen. Die Werkzeugmaschine umfasst:

ein in der Werkzeugaufnahme aufgenommener Rührreibschweißwerkzeughalter mit einem darin aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeug,

Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Ansteuern eines ersten Antriebsmotors der ersten Führung, eines zweiten Antriebsmotors der zweiten Führung und eines dritten Antriebsmotors der dritte Führung und dabei Bewegen der Werkstückaufnahme relativ zur Werkzeugaufnahme mittels einer Maschinensteuerung wobei in der Maschinensteuerung der Rührreibwinkel, sowie eine aktuelle Winkellage der Werkzeugspannaufnahme, sowie die Geometriedaten des Rührreibschweißwerkzeughalters berücksichtigt werden, um die Lage eines Toolcenterpoint des Rührreibschweißwerkzeuges zu errechnen.

[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass durch die errechnete Lage des Toolcenterpoints eine exakte Linienführung beim Schweißvorgang ermöglicht wird.

[0026] Weiters ist es auch denkbar, dass beim Betrieb der Werkzeugmaschine die aktuelle Winkellage der Werkzeugspannaufnahme geändert wird, sodass in Draufsicht auf ein Werkstück gesehen, beispielsweise eine kurvige Schweißverbindung hergestellt werden kann. Weiters ist es natürlich auch denkbar, dass durch Anderung der aktuellen Winkellage der Werkzeugspannaufnahme verschiedene linienförmige Schweißnähte erzeugt werden können, welche in einem un-

terschiedlichen Winkel zueinander angeordnet sind.

[0027] Ferner kann vorgesehen sein, dass der Rührreibwinkel, sowie die Geometriedaten des Rührreibschweißwerkzeughalters als Fixwert in der Maschinensteuerung berücksichtigt werden und dass die aktuelle Winkellage der Werkzeugspannaufnahme als variabler Wert in der Maschinensteuerung berücksichtigt wird.

[0028] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0029] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0030] Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines in einer Fräsmaschine aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeughalters;

[0031] Fig. 2 eine Draufsicht auf mehrere zu verschweißende Werkstücke, sowie zwei in verschiedenen Winkellagen dargestellte Rührreibschweißwerkzeuge;

[0032] Fig. 3 eine Schnittansicht eines in einer Werkzeugspannaufnahme aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeuges mit einem verschiebbaren Rührreibstift;

[0033] Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines in einer Fräsmaschine aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeughalters.

[0034] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0035] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine 1 ist diese in Form einer Fräsmaschine ausgebildet.

[0036] Die Werkzeugmaschine 1 umfasst einen Bearbeitungskopf 2, an welchem eine Arbeitsspindel 3 aufgenommen ist. In der Arbeitsspindel 3 ist eine Werkzeugaufnahme 4 ausgebildet, welche zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen, wie etwa Fräswerkzeugen, dient. Weiters ist ein Werkstücktisch 5 vorgesehen, an welchem eine Werkstückaufnahme 6 zur Aufnahme von miteinander zu verschweißenden Werkstücken 7 angeordnet ist.

[0037] Die Werkzeugmaschine 1 umfasst eine erste Führung 8, welche beispielsweise als Linearführung ausgebildet sein kann, wodurch der Bearbeitungskopf 2 entlang einer Y-Achse verstellbar sein kann. Weiters kann ein erster Antriebsmotor 9 ausgebildet sein, welcher zum Verschieben des Bearbeitungskopfes 2 entlang der ersten Führung 8 dient.

[0038] Weiters kann eine zweite Führung 10 ausgebildet sein, mittels welcher der Bearbeitungskopf 2 entlang einer Z-Achse verschoben werden kann. Weiters kann ein zweiter Antriebsmotor 11 zum Verschieben des Bearbeitungskopfes 2 entlang der zweiten Führung 10 vorgesehen sein.

[0039] Weiters kann eine dritte Führung 12 ausgebildet sein, mittels welcher die Werkstückaufnahme 6 entlang einer X-Achse relativ zum Bearbeitungskopf 2 verschiebbar ist. Weiters kann einer dritter Antriebsmotors 13 vorgesehen sein, welcher zum Verschieben des Werkstücktisches 5 entlang der dritten Führung 12 dient.

[0040] Die erste Führung 8, die zweite Führung 10 und die dritte Führung 12 können alle oder teilweise zur linear verschiebbaren Aufnahme des Bearbeitungskopfes 2 ausgebildet sein.

[0041] Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass die erste Führung 8, die zweite Führung 10 und die dritte Führung 12 alle oder teilweise zur rotatorisch verschwenkbaren Aufnahme der Werkstückaufnahme 6 ausgebildet sind.

[0042] Wesentlich ist nur, dass durch die erste Führung 8, die zweite Führung 10 und die dritte Führung 12 die Werkstückaufnahme 6 relativ zum Bearbeitungskopf 2 bewegbar ist. Die Führungen 8, 10, 12 können, wie in Fig. 1 dargestellt, als Linearführungen ausgebildet sein. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass alle oder einzelne der Führungen 8, 10, 12 als Rotationsführungen ausgebildet sind.

[0043] Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, ist ein Rührreibschweißwerkzeughalter 14 ausgebildet, welcher zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeuges 15 dient.

[0044] Der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 weist einen Grundkörper 16 auf. Weiters umfasst der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 eine Werkzeugspannaufnahme 17 zur Aufnahme des Rührreibschweißwerkzeuges 15.

[0045] Darüber hinaus ist eine Werkzeugmaschinenschnittstelle 18 vorgesehen, mittels welcher der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 in der Werkzeugaufnahme 4 der Arbeitsspindel 3 aufgenommen werden kann.

[0046] Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass das Rührreibschweißwerkzeug 15 einen Rührreibstift 19 aufweist, welcher zum Eintauchen in das Werkstück 7 vorgesehen ist.

[0047] Weiters kann das Rührreibschweißwerkzeug 15 eine Schulter 20 aufweisen, an welche der Rührreibstift 19 anschließt. Die Schulter 20 dient zusammen mit dem Rührreibstift 19 zum Herstellen der Schweißverbindung im Werkstück 7 bzw. an zwei miteinander zu verbindenden Werkstücken 7.

[0048] Weiters ist eine Maschinensteuerung 21 ausgebildet, welche zum Steuern der Verfahrbewegungen der Arbeitsspindel 3 und/oder der Werkstückaufnahme 6 dient. Zur Steuerung der Werkzeugmaschine 1 mittels der Maschinensteuerung 21 ist die Geometrie des Rührreibschweißwerkzeugs 15 bekannt, wobei ein Toolcenterpoint 22 des Rührreibschweißwerkzeuges 15 als wesentlicher Referenzpunkt für die Positionierung des Rührreibschweißwerkzeuges 15 dient.

[0049] Weiters umfasst der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 einen Winkelantrieb 23 mittels welchem die Werkzeugspannaufnahme 17 mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle 18 drehmomentgekoppelt ist, wobei eine Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse 24 und eine Werkzeugspannaufnahmendrehachse 25 in einem Rührreibwinkel 26 winkelig zueinander angeordnet sind. Weiters kann ein Befestigungselement 27 vorgesehen sein, mittels welchem der Grundkörper 16 mit dem Bearbeitungskopf 2 gekoppelt sein kann.

[0050] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass das Befestigungselement 27 in Form von Befestigungsstiften ausgebildet ist, sodass der Grundkörper 16 starr mit dem Bearbeitungskopf 2 gekoppelt ist. Hierbei kann der Grundkörper 16 einen ersten Grundkörperteil 28 und einen zweiten Grundkörperteil 29 aufweisen, welche relativ zueinander verdrehbar ausgebildet sind. Der erste Grundkörperteil 28 kann mittels des Befestigungselementes 27 starr mit dem Bearbeitungskopf 2 gekoppelt sein. Weiters kann eine Drehvorrichtung 30 ausgebildet sein, mittels welcher der erste Grundkörperteil 28 und der zweite Grundkörperteil 29 relativ zueinander verdrehbar sind. Die Drehvorrichtung 30 kann einen Schrittmotor 31 umfassen, welcher zum Einleiten der Drehbewegung zwischen dem ersten Grundkörperteil 28 und dem zweiten Grundkörperteil 29 dient.

[0051] Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass im Grundkörper 16 Wälzlager 35 aufgenommen sind, welche zur drehbaren Lagerung der Werkzeugspannaufnahme 17 bzw. der Werkzeugmaschinenschnittstelle 18 im Grundkörper 16 dienen.

[0052] In weiterer Folge wird ein möglicher Verfahrensablauf zum Herstellen einer Rührreibschweißverbindung zwischen zwei Werkstücken 7 beschrieben.

[0053] In einem ersten Verfahrensschritt werden die Werkstücke 7 in der Werkstückaufnahme 6 aufgenommen und der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 mitsamt dem darin aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeug 15 in der Werkzeugaufnahme 4 der Werkzeugmaschine 1 aufgenom-

men. Das Rührreibschweißwerkzeug 15 wird hierbei bezüglich des Rührreibwinkels 26 so positioniert, dass in einer Bearbeitungsrichtung 32 gesehen, der Toolcenterpoint 22 vor der Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse 24 liegt. Der Rührreibwinkel 26 kann hierbei exakt in Bearbeitungsrichtung 32 ausgerichtet sein.

[0054] Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf mehrere miteinander zu verschweißende Werkstücke 7, sowie zwei in verschiedenen Winkellagen 33 dargestellte Rührreibschweißwerkzeuge.

[0055] Zum Verschweißen der beiden Werkstücke 7 wird der Rührreibstift 19 mit einer für das Rührreibschweißen üblichen Drehzahl gedreht und in den Fügespalt zwischen die beiden Werkstücke 7 eingetaucht. Der Rührreibstift 19 wird hierbei so weit in den Fügespalt eingetaucht, bis die Schulter 20 des Rührreibschweißwerkzeuges 15 an einer Oberfläche der beiden Werkstücke 7 zur Anlage kommt. Durch die Drehbewegung des Rührreibschweißwerkzeuges 15 und die damit verbundene Wärmeentwicklung werden die Werkstücke 7 im Bereich des Rührreibschweißwerkzeuges 15 plastifiziert und so miteinander verbunden. Das Rührreibschweißwerkzeug 15 wird anschließend in Bearbeitungsrichtung 32 relativ zu den Werkstücken 7 verschoben, sodass eine Verbindung der Werkstücke 7 miteinander über eine vorbestimmte Wegstrecke erreicht werden kann.

[0056] Zum Herstellen einer weiteren Schweißnaht in einer weiteren zur ersten Bearbeitungsrichtung 32 unterschiedlichen Bearbeitungsrichtung 32 kann vorgesehen sein, dass mittels der Drehvorrichtung 30 der zweite Grundkörperteil 29 relativ zum ersten Grundkörperteil 28 verdreht wird, sodass die Werkzeugspannaufnahme 17 bezüglich einer Winkellage 33 um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse 24 verschwenkt wird. Dies ist besonders gut in Fig. 2 ersichtlich, wobei am linken Bildende das Rührreibschweißwerkzeug 15 in einer ersten Winkellage 33 dargestellt ist und das Rührreibschweißwerkzeug 15 in strichlierter Darstellung in einer zweiten Winkellage 33 dargestellt ist.

[0057] Zum Herstellen der Schweißnähte in unterschiedlicher Bearbeitungsrichtung 32 muss durch den erfindungsgemäßen Rührreibschweißwerkzeughalter 14 der Bearbeitungskopf 2 der Werkzeugmaschine 1 nicht verschwenkt werden.

[0058] Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel des Rührreibschweißwerkzeuges 15, sowie durch den unteren Teil des Rührreibschweißwerkzeughalters 14.

[0059] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass der Rührreibstift 19 relativ zur Schulter 20 des Rührreibschweißwerkzeuges 15 verschiebbar ausgebildet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Rührreibschweißwerkzeughalter 14 eine Verstellvorrichtung 34 aufweist, mittels welcher der Rührreibstift 19 relativ zur Schulter 20 verschoben werden kann. Die Verstellvorrichtung 34 kann beispielsweise mit einem elektrischen Aktuator gekoppelt sein, welcher als Antrieb für die Verstellvorrichtung 34 dient.

[0060] In der Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform Werkzeugmaschine 1 und des Rührreibschweißwerkzeughalters 14 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 3 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Figuren 1 bis 3 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[0061] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Grundkörper 16 des Rührreibschweißwerkzeughalters 14 relativ zum Bearbeitungskopf 2 der Werkzeugmaschine 1 bezüglich der Winkellage 33 verdrehbar am Bearbeitungskopf 2 aufgenommen. Die Drehvorrichtung 30 ist hierbei zwischen dem Grundkörper 16 und dem Rührreibschweißwerkzeughalter 14 ausgebildet.

[0062] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Werkzeugmaschine 27 Befestigungselement 2 Bearbeitungskopf 28 erster Grundkörperteil 3 Arbeitsspindel 29 zweiter Grundkörperteil 4 Werkzeugaufnahme 30 Drehvorrichtung

5 Werkstücktisch 31 Schrittmotor

6 Werkstückaufnahme 32 Bearbeitungsrichtung 7 Werkstück 33 Winkellage

8 erste Führung 34 Verstellvorrichtung

9 erster Antriebsmotor 35 Wälzlager

10 zweite Führung

11 zweiter Antriebsmotor

12 dritte Führung

13 dritter Antriebsmotor

14 Rührreibschweißwerkzeughalter

15 Rührreibschweißwerkzeug

16 Grundkörper

17 Werkzeugspannaufnahme

18 Werkzeugmaschinenschnittstelle

19 Rührreibstift

20 Schulter

21 Maschinensteuerung

22 Toolcenterpoint

23 Winkelantrieb

24 Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse

25 Werkzeugspannaufnahmendrehachse

26 Rührreibwinkel

Claims

Patentansprüche

1. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeuges (15) in einer Werkzeugmaschine (1), umfassend: - einen Grundkörper (16); - eine Werkzeugspannaufnahme (17) zur Aufnahme des Rührreibschweißwerkzeuges (15); - eine Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) zum Koppeln des Rührreibschweißwerkzeughalters (14) mit einer Werkzeugaufnahme (4) einer Arbeitsspindel (3) der Werkzeugmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelantrieb (23) ausgebildet ist, mittels welchem die Werkzeugspannaufnahme (17) mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) drehmomentgekoppelt ist, wobei eine Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) und eine Werkzeugspannaufnahmendrehachse (25) in einem Rührreibwinkel (26) winkelig zueinander angeordnet sind.

2. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) ein Befestigungselement (27) zur Befestigung an einem Bearbeitungskopf (2) der Werkzeugmaschine (1) aufweist, wobei die Werkzeugspannaufnahme (17) um die Werkzeugspannaufnahmendrehachse (25) und die Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) relativ zum Grundkörper (16) drehbar sind.

3. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelantrieb (23) ein Winkelgetriebe umfasst, wobei die Werkzeugspannaufnahme (17) und die Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) mittels des Winkelgetriebes miteinander drehmomentgekoppelt sind.

4. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelantrieb (23) ein Kardangelenk umfasst, wobei die Werkzeugspannaufnahme (17) und die Werkzeugmaschinenschnittstelle (18) mittels des Kardangelenkes miteinander drehmomentgekoppelt sind.

5. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehvorrichtung (30) ausgebildet ist mittels welcher die Werkzeugspannaufnahme (17) bezüglich einer Winkellage (33) um die Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) schwenkbar ist.

6. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (30) im Befestigungselement (27) ausgebildet ist.

7. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) in Axialrichtung der Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) in einen ersten Grundkörperteil (28) und einen zweiten Grundkörperteil (29) geteilt ausgebildet ist und dass die Drehvorrichtung (30) zwischen dem ersten Grundkörperteil (28) und dem zweiten Grundkörperteil (29) ausgebildet ist.

8. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (30) einen Schrittmotor (31) umfasst.

9. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührreibwinkel (26) zwischen der Werkzeugmaschinenschnittstellendrehachse (24) und der Werkzeugspannaufnahmendrehachse (25) fixiert zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 4°, bevorzugt zwischen 2° und 3° ausgebildet ist.

10. Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellvorrichtung (34) ausgebildet ist, mittels welcher ein Rührreibstift (19) des Rührreibschweißwerkzeuges (15) relativ zu einer Schulter (20) des Rührreibschweißwerkzeuges (15) verstellbar ist.

11. Werkzeugmaschine (1) umfassend: eine Arbeitsspindel (3) mit einer Werkzeugaufnahme (4) zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeughalters (14); einen Werkstücktisch (5) mit einer Werkstückaufnahme (6) zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstückes (7); zumindest eine erste Führung (8), eine zweite Führung (10) und eine dritte Führung (12) zum Bewegen der Werkstückaufnahme (6) relativ zur Werkzeugaufnahme (4); ein in der Werkzeugaufnahme (4) aufgenommener Rührreibschweißwerkzeughalter (14) mit einem darin aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeug (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Rührreibschweißwerkzeughalter (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

12. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine (1) umfassend: eine Arbeitsspindel (3) mit einer Werkzeugaufnahme (4) zur Aufnahme eines Rührreibschweißwerkzeughalters (14); einen Werkstücktisch (5) mit einer Werkstückaufnahme (6) zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstückes (7); zumindest eine erste Führung (8), eine zweite Führung (10) und eine dritte Führung (12) zum Bewegen der Werkstückaufnahme (6) relativ zur Werkzeugaufnahme (4); ein in der Werkzeugaufnahme (4) aufgenommener Rührreibschweißwerkzeughalter (14) mit einem darin aufgenommenen Rührreibschweißwerkzeug (15), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Ansteuern eines ersten Antriebsmotors (9) der ersten Führung (8), eines zweiten Antriebsmotors (11) der zweiten Führung (10) und eines dritten Antriebsmotors (13) der dritten Führung (12) und dabei bewegen der Werkstückaufnahme (6) relativ zur Werkzeugaufnahme (4) mittels einer Maschinensteuerung (21) wobei in der Maschinensteuerung (21) der Rührreibwinkel (26), sowie eine aktuelle Winkellage (33) der Werkzeugspannaufnahme (17), sowie die Geometriedaten des Rührreibschweißwerkzeughalters (14) berücksichtigt werden, um die Lage eines Toolcenterpoint (22) des Rührreibschweißwerkzeuges (15) zu errechnen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührreibwinkel (26), sowie die Geometriedaten des Rührreibschweißwerkzeughalters (14) als Fixwert in der Maschinensteuerung (21) berücksichtigt werden und dass die aktuelle Winkellage (33) der Werkzeugspannaufnahme (17) als variabler Wert in der Maschinensteuerung (21) berücksichtigt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen