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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Formteilen,
insbesondere von Formteilen aus metallischen Werkstoffen miteinander,
oder aus metallischen und keramischen Werkstoffen untereinander.
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DE 196 27 103 C1 offenbart
ein Verfahren zur Verbindung von Keramikelementen, die über eine Nut-Feder-Verbindung
miteinander verbunden sind, wobei zusätzlich ein temperaturbeständiger Kermikkleber
verwendet wird.
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In
der Verfahrenstechnik für
Hochtemperaturprozesse werden immer öfter Verbindungen benötigt, die
nicht nur mechanisch fest, gasdicht, oxidations- und temperaturwechselbeständig sind,
sondern darüber
hinaus auch zusätzliche
Anforderungen, wie strukturelle Stabilität, elektrische- und Wärmeisolierung
erfüllen.
Für solche
Aufgaben sind insbesondere keramische Werkstoffe geeignet.
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Keramische
Werkstoffe werden in der Industrie in den Bereichen der Instandhaltungen
und Reparaturen bis zu Temperaturen von 2300 °C eingesetzt. Im pulverförmigen Zustand
sind chemisch gebundene, keramische Systeme als Beschichtung gegen
Verschleiß,
Oxidation und Korrosion, als elektrische Isolierung und als Zusatzwerkstoff
zum Herstellen von Verbundkörpern
erfolgreich eingesetzt worden.
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Weiterhin
spielen korrosionsbeständige und/oder
hochtemperaturfeste metallische Werkstoffe, kompakt oder in gesinterter
Form, wegen ihrer Bearbeitungsmöglichkeiten
bei korrosiven und thermischen Beanspruchungen von Werkstücken eine bedeutsame
Rolle.
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Es
ist deshalb gängige
Praxis, komplizierte Werkstücke
aus einfacheren Einzelteilen durch ihre Verbindung herzustellen.
Ebenso ist oftmals eine Verbindung zwischen keramischen Formkörpern und Formkörpern aus
metallischen Werkstoffen oder Sinterteilen erforderlich.
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Die
Verbindung von Einzelteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen und
daraus bedingten unterschiedlichen Wärmedehnungen ist aus folgenden Gründen nicht
ganz unproblematisch. Einerseits treten bei der Anwendung eines
thermischen Fügeverfahrens
nach der Abkühlung
im Werkstück
erhebliche Wärmespannungen
am Übergang
auf. Andererseits können
bei mechanischer Belastung solcher Verbundkörper im Fügebereich zusätzliche
Spannungen auftreten und in extrem Fällen die Belastbarkeitsgrenzen überschreiten.
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Dies
ist insbesondere der Fall bei der Verbindung von keramischen mit
metallischen Werkstoffen. Probleme können aber auch bei der Verbindung
unterschiedlicher metallischer Werkstoffe oder bei Verwendung von
keramischen Isolationsverbindungsschichten auftreten, die trotz
Ausnutzung von besonderen Verbindungstechnologien und bekannten Übergangsstücken unzureichende
Materialeigenschaften aufweisen.
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Für die korrosionsbeständige und/oder
hochtemperaturfeste Verbindung von Formteilen aus vorher genannten
Werkstoffen miteinander, sind aus dem Stand der Technik Hochtemperatur-Fügeverfahren bekannt.
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Zu
diesen bieten Firmen in ihren Lieferprogrammen eine beträchtliche
Anzahl von Zusatzwerkstoffen mit Ausführungsbestimmungen für einen
universellen Einsatz und Sonderanwendungen in der Fügetechnik
an.
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Als
Handelsartikel sind keramische Zusatzwerkstoffe (Mischungen von
pulverisierten Metallen und/oder Metalloxiden mit einem flüssigen Bindemittel)
bekannt, die als Klebstoffe für
das Verbinden sowohl von Formteilen aus keramischen Werkstoffen miteinander
wie auch von Formteilen aus metalli schen und keramischen Werkstoffen
miteinander für einen
Einsatz bis 2300 °C
(keramische Werkstoffe) bis 1100 °C
(metallische Werkstoffe) geeignet sind. Einige Zusatzmaterialien
können
außerdem
als Isolierung oder als elektrischer Leiter angewendet werden. In
jedem Fall sind in zuständigen
Merkblättern mögliche Auftragsmethoden,
optimale Schichtdicken, eventuelle Druckaufbringung zur Erzielung
einer gleichmäßigen Fügeschicht
und Temperhinweise aufgelistet. Die Einhaltung dieser Vorschriften
hat einen Einfluß auf
Porösität, Rißbildung
und Haftung der Klebstoffe. Bei bedeutenden Unterschieden von Wärmedehnungen
wird eine geeignete Vorrichtung empfohlen.
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Als
Handelsartikel sind auch metallische Zusatzmaterialien (Folien,
Bleche, Drähte,
Stäbe,
legierte Elektroden und Lotpasten als gebrauchsfertige Gemische
aus Hartlotpulver und einem Bindemittel mit oder ohne Flußmittelzusatz)
bekannt, die zum Verbinden von verschiedenen metallischen Werkstoffen
und metallisierten Keramiken für
einen Einsatz bis 1100 °C
angewendet werden können.
(DEGUSSA AG; Hanau).
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Diese
Zusatzmaterialien erfordern häufig Sonderfügeverfahren
(z. B. Vakuumlöten,
reduzierende oder Schutzgasatmosphäre, thermische Behandlung)
und bestimmte Abmessungen des Lötspalts
und/oder eine besondere Fügegeometrie. Die
Anwendung von speziellen Querschnittsgeometrien und/oder geeigneten
Bewehrungsformen und/oder Begrenzungstegen mit gleichzeitiger Aufbringung
eines Nachpressdruckes bei hoher Temperatur führen nachteilig jedoch zur
Verformung des Klebstoffsvolumens (Gemisches) aus glasigen und/oder
keramischen Elementen.
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Der
Einsatz von Sonderfügeverfahren
verläuft
bei einfachen Verbindungen reibungslos, bei komplizierteren Verbindungsformen
und/oder dem Einsatz von anspruchsvollen Werkstof fen sind technologische
Experimente notwendig, um unzureichende Ergebnisse, wie z. B. Dichtigkeit,
Korrosionsbeständigkeit
und Festigkeit, zu verbessern.
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So
beschreibt beispielsweise die
DE
55 72 05 A die Herstellung von gasdichten Verbindungen zwischen
Quarz- oder Glaskörpern
einerseits und Metallkörpern
andererseits. Zu diesem Zweck wird zunächst pulverförmiges Quarz
oder Glas und pulverförmiges
Metall derart gemischt, übereinandergeschichtet
und gepreßt,
dass sich der entstehende Pulverpresskörper vom einem zum anderen
Ende allmählich
oder stufenweise vom reinen Quarz oder Glas zum reinen Metall ändert. Der
Pulverpresskörper
oder das geschichtete Pulvergemisch wird zweckmäßig gleichzeitig gepreßt und erhitzt,
um dem entstehenden Sinterkörper
ein besonders dichtes und rissfreies Gefüge zu geben.
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Für die Verbindung
von Keramik mit Metall wurde bereits in der
DE 30 14 645 C2 vorgeschlagen, einen
Metallfilz als spannungsentlastenden Übergang vorzusehen.
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Aus
der Literatur sind weitere Fügeverfahren von
Teilkörpern
mit unterschiedlicher Wärmedehnung – insbesondere
aus Keramik und Metall – unter Einbeziehung
eines Zwischenstücks
geeignet, welches aus einer oder mehreren ≥ 0,5 mm dicken Schicht(en) besteht.
Die Komponenten der Schicht(en) in Art und Anteil sowie die Schichtdicken und
-anzahl sind derart gewählt,
dass der Wärmeausdehnungsgradient
im Zwischenstück
in Richtung senkrecht zu den Fügeflächen maximal
20%, insbesondere nicht mehr als 10%, beträgt. Die Teilkörper und
das geschichtete Zwischenstück
werden zweckmäßig gleichzeitig
gepreßt
und erhitzt, um dem entstehenden Verbundkörper ein stufenloses, spannungsfreies Übergangsstück zu schaffen.
(
DE 39 13 362 A1 ).
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Eine
Verbindung von Formteilen aus oxidfreien Keramiken (SiC) mit metallischen
Werkstoffen oder mit anderen Oxidkeramiken über eine metallische Übergangsschicht
wird in der Patentschrift (
EP 0
236 856 B1 ) beschrieben. In ihr werden 5 bis 200 μm dünne Schichten
aus einer MnCuFe-Legierung verwendet. Diese Anordnung wird mit einem
Druck von 10 MPa belastet und anschließend bei 860 °C 15 Minuten
einem Diffusionsschweißvorgang
im Vakuum unterworfen.
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Verbundkörper, die
nach den vorher genannten Verfahren erhalten werden, erweisen nachteilig eine
beträchtliche
Schrumpfung sowie Porenbildung und eine daraus bedingte, insbesondere
senkrecht zu den Fügeflächen nicht
ausreichende Bruchfestigkeit. Außerdem tritt bei einer Anwendung
dieses Verbundkörpers
bei typischen Erwärmungs-
und Abkühlungsgeschwindigkeiten
regelmäßig eine
nachteilige Rissbildung auf.
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Aufgabe und Lösung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren zum Verbinden von Formteilen zu schaffen, welches eine
poren-, riss- und bruchfreie Verbindung zwischen den Formteilen ermöglicht,
und insbesondere mit nur geringem technischen Aufwand zu realisieren
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit der Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruchs.
Vorteilhafte Ausführungsformen
des Verfahrens finden sich in den auf diesen Anspruch rückbezogenen
Unteransprüchen.
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Gegenstand
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Fügeverfahren
sieht vor, dass wenigstens zwei Formteile aus metallischen und/oder
keramischen Werkstoffen mit einem Kleber (in einem Sinterschritt)
verbunden werden. Das Verfahren sieht gemäß Oberbegriff von Patentanspruch
1 vor, dass die Formteile und der Kleber einem Nachpressdruck bei
einer Temperatur oberhalb von 400 °C unterzogen werden. Das Verfahren
ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass im Fügebereich
ein bis zu 1200 °C
temperaturbeständiger
Einsatz zwischen die Formteile derart eingesetzt wird, dass die
Querschnittsfläche
des Fügebereichs bestimmt
und ein freies Austreten des Klebers aus dem Fügebereich regelmäßig verhindert
wird, und dass der Einsatz ein fester Bestandteil der Fügeverbindung
wird. Die Querschnittsfläche
des Fügebereichs
wird parallel zu den Oberflächen
der Formteile entweder durch die Geometrie der Formteile senkrecht
zu den Oberflächen
der Formteile und/oder durch die Verwendung von Begrenzungsmitteln
bestimmt.
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Im
Sinne der Erfindung wird der Bereich, über den ein Formteil über den
Kleber mit dem zweiten Formteil verbunden wird, der Fügebereich
genannt. Unter der Querschnittsfläche des Fügebereichs parallel zu den
Oberflächen
der Formteile ist die zweidimensionale Ausbreitung des Fügebereichs zwischen
den Formteilen gemeint, die je nach Nachpressdruck variieren kann.
Demgegenüber
charakterisiert die Dicke der Fügenaht
den Abstand der Formteile im Fügebereichs
nahezu senkrecht zu den Oberflächen
der Formteile.
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Durch
die Kombination von Nachpressdruck bei höheren Temperaturen (> 400 °C) und einer
Begrenzung der Querschnittsfläche
des Fügebereichs wird
durch das Verfahren regelmäßig eine
optimale Fügenaht
zwischen zwei Formteilen erzeugt. Es wird ein freies Austreten des
Klebers über
den Fügebereich
hinaus regelmäßig verhindert
und dennoch eine kompakte Fügenaht
erhalten. Dies führt
insbesondere zu einer besonders poren-, riß- und bruchfreien Fügeverbindunge
zwischen den Formteilen.
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Der
Vorgang des Nachpressens findet bei Temperaturen oberhalb von 400 °C statt.
Vorteilhaft wird die Temperatur an die thermischen Eigenschaften
der zu verbindenden Formteile und des Klebers angepaßt. Während des
Nachpressens wird ein Aufschmelzen der beteiligten Komponenten,
insbesondere der Formteile vermieden. In einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens wird daher eine Temperatur eingestellt, die 100 bis
900 K unterhalb der Schmelztemperatur der Formteile liegt.
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Als
Nachpressdruck wird bei dem Verfahren vorteilhaft ein Druck zwischen
0,5 MPa (leichter Überdruck)
und 45 MPa eingestellt. Die Dauer des Nachpressens hängt von
weiteren Verfahrensparametern ab, die eine Fachmann ohne weiteres
ermitteln kann. Als Zeitspanne für
das Nachpressen werden 1 bis 600 Minuten eingestellt, insbesondere
2 bis 100 Minuten.
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Wenn
gleich nicht zur Erfindung gehörig, kann
das Verfahren als Begrenzungsmittel Distanzstoffe aus keramischen
und/oder metallischen Werkstoffen, die in dem Kleber enthalten sind,
umfassen. Diese weisen eine körnige
und/oder abgeflachte Form auf. Der Durchmesser bzw. die Dicke dieses Distanzstoffes
liegen in einem Bereich zwischen 0,1 und 1,9 mm. Der Distanzstoff
ist an die einzustellenden Temperaturen angepaßt und verformt sich regelmäßig nicht.
Der Distanzstoff kann aus dem selben Material wie eines der Formteile
bestehen. Der Distanzstoff in dem Kleber verhindert, daß während des Anlegen
des Nachpressdruckes die Formteile beliebig nahe aneinander gedrückt werden
und eine zu dünne
Fügenaht
entsteht. Der Durchmesser bzw. die Dicke des Distanzstoffes bestimmen
somit die minimale Höhe
(Dicke) der Fügenaht.
Weiterhin verhindert der Distanzstoff, daß der Kleber frei aus dem Fügebereich
austreten kann.
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Eine ähnliche
Wirkung wird bei der Verwendung eines Einsatzes als Begrenzungsmittel
erzielt. Der erfindungsgemäße Ein satz
besteht aus einem bis zu 1200 °C
temperaturbeständigen
Werkstoff, insbesondere aus Metall und/oder einer Keramik. Als dafür geeignete
Einsätze
sind beispielsweise Bleche oder Drähte zu nennen. Bleche sind
vorteilhaft perforiert und weisen eine Dicke von 0,05 bis 1,5 mm
auf. Dabei sind Perforationen von 10 bis 80 % der Blechoberfläche günstig. Die
Drähte
weisen Durchmesser von 0,05 bis 1 mm auf. Sie können insbesondere im Form eines
Rahmens, eines Mäanders
oder als ein Drahtgeflecht mit einer geeigneten Geometrie vorliegen.
Ein Einsatz verhindert, wie auch schon der vorgenannte Distanzstoff,
vorteilhaft eine zu dünne
Fügenaht
und das freie Austreten des Klebers aus einem vorgegebenen Fügebereich.
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Die
Distanzstoffe und/oder die Einsätze
können
gesondert hergestellt werden und mit den zu verbindenden Formteilen
ggf. unter Zwischenschaltung von Bindeschichten durch Löten, Sintern,
Diffusionschweißen,
Punktschweißen
oder (isostatischem) Heißpressen
hergestellt werden. Bei keramischen Teilkörpern kann eine aktive Bindeschicht
angewendet werden, wie sie in der
DE 36 08 559 A1 angegeben ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens weisen die Begrenzungsmittel eine um mindestens 5
% höhere
Wärmeausdehnung
als der Kleber auf. Dadurch wird bei entsprechend gewählter Geometrie,
z. B. einem Rahmen, während
des Anpressens und beim nachträglichen
Abkühlen
von der Sintertemperatur ein zusätzlicher
Nachnpressdruck in dem Fügebereich
erzeugt.
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Wenn
gleich nicht zur Erfindung gehörig,
so kann der Fügebereich
durch die Querschnittsgeometrie senkrecht zur Oberfläche der
Formteile bestimmt werden. Die Querschnittsgeometrie weist dabei
vorteilhaft die Form einer Nut-Feder-Verbindung, bzw. einer Nut-Feder-Nut-Verbindung
auf. Die Querschnittsge ometrie senkrecht zur Oberfläche der Formteile
ist in dem Fügebe reich
vorteilhaft entweder keil-, elliptisch- oder kreisförmig als
Feder ausgestaltet. Die Feder kann dabei als Teil eines Formteils oder
auch als ein zusätzliches
Bauteil vorliegen. Entsprechend kann die Feder aus demselben oder
einem anderen Material als eines der Formteile bestehen. Sie ist
aber ebenso hochtemperaturbeständig wie
die Formteile.
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Die
Auswahl der bevorzugten Gestaltungen von Querschnittsgeometrien
der Formteile, die Geometrie der metallischen Einsätze, die
Größe der körnigen Distanzstoffe
sowie die Bestimmung der technologischen Parameter richten sich
in erster Linie nach Konstruktionsgröße und der zum Einsatz kommenden
Werkstoffe.
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Zusammenfassend
lassen sich die folgenden Wirkungsweisen des Verfahrens wie folgt
beschreiben.
- – die Querschnittsgeometrie
und/oder die Distanzstoffe und/oder die Einsätze ermöglichen vorteilhaft das Aufbringen
eines höheren
Druckes beim Nachpressen bei Temperaturen oberhalb von 400 °C;
- – beim
Aufbringen eines Nachpressdruckes bei erhöhter Temperatur und durch die
Anwendung spezieller Querschnittsgeometrien und/oder geeigneter
Einsätze
findet zwangsläufig
eine Verformung und somit eine mindestens 2-axiale Verpressung des
Klebstoffsvolumens (Gemisches) aus glasigen und/oder keramischen
Elementen statt;
- – die
speziellen Querschnittsgeometrien und/oder die Einsatzformen ermöglichen,
einen höheren spezifischen
Druck beim Sintern anzuwenden;
- – durch
den Einsatz eines Einsatzes mit wählbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten
kann eine Anpassung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der zu verbindenden Formteile erzielt werden;
- – metallische
Einsätze
mit einer um mindestens 5% größeren Wärmeausdehnung
als die des verwendete Klebstoffs, bewirken beim Aufbringen des
Nachpressdruckes und beim Abkühlen
von der Sintertemperatur auf Raumtemperatur zusätzliche Anpresskräfte in der
Verbindungszone; dadurch werden vorteilhaft Schrumpfungen und Schwindung
steuerbar.
- – durch
ein Voroxidieren oder ein chemisches Beschichten der eingesetzten
metallischen Distanzstoffe und/oder der Einsätze kann gegebenenfalls die
Isolierfähigkeit
oder die Korrosionsbeständigkeit
dieser Teile im Fügebereich
erzielt werden;
- – der
Distanzstoff aus bis 1200 °C
temperaturbeständigen,
metallischen oder keramischen Teilkörpern (rund oder flach) bestimmt
bei Nachpressen bei erhöhter
Temperatur die Dicke der Fügenaht;
- – die
Querschnittsgeometrie und/oder die Distanzstoffe und/oder die Einsätze verhindern
während
des Nachpressens bei höherer
Temperatur ein freies Austreten des viskosen Glas-Keramikgemisches
(Klebstoffes);
- – der
bewußt
homogen gewählte
Durchmesser des Distanzstoffes sichert bei der Aufbringung des Nachpressdruckes
eine optimale und regelmäßige Fugendicke
der Verbindung mit spezieller Querschnittsgeometrie;
- – optional
kann dem Kleber eine dritte Komponente, als körniger Arretierungsstoff mit
bewußt
gewähltem,
homogenem Durchmesser (ca. 50% kleiner als der körnige Distanzstoff), zugegeben werden,
der bei Verwendung eines Einsatzes und beim Aufbringung des Nachpressdruckes
zur Positionierung des metallischen Einsatzes, beispielsweise in
der Mitte des Fügebereichs,
zwischen den zu verbindenden Formteilen führt (der Distanzstoff wird
dabei in die Perforation des Einsatzes eingesetzt und sichert eine
optimale und regelmäßige Fugendicke);
- – optional
können
dem Kleber weitere zusätzliche körnige Stoffe
aus keramischem und/oder metallischem Kornmaterial zugesetzt werden,
die bis zu bestimmten Temperaturen inert sind. Sie werden in unterschiedlicher
Menge zugegeben, weisen ein oder zwei Korngrößen auf und verfügen über eine
5% bis 65% höhere
Wärmeausdehnung
als der verwendete Klebstoff. Damit erhöhen sie insgesamt die thermische
Ausdehnung des Verbundes aus Kleber und zusätzlichen Materialien und verbessern
regelmäßig die
mechanischen Eigenschaften der Fügenaht.
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Spezieller Beschreibungsteil
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1:
Beispiel eines Einsatzes.
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1a:
Ansicht eines Verbundstückes.
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2:
Beispiel eines Einsatzes.
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2a:
Ansicht eines Verbundstückes.
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3:
Beispiel eines Einsatzes.
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3a:
Ansicht eines Verbundstückes.
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4:
Explosionszeichnung einer Verbindung.
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5,6:
Beispiele des Gefügeaufbaus einer
Verbindung in dem ein perforierter Blecheinsatz angewendet ist.
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7:
Beispiel eines mäanderförmigen Drahteinsatzes
mit geringen Abständen
zwischen den einzelnen Wellen.
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8:
Beispiel eines rahmenförmigen Drahteinsatzes
mit geringen Abständen
zwischen den einzelnen Wellen.
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9:
Explosionszeichnung einer Keilverbindung.
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10:
Explosionszeichnung einer Verbindung mit einem mäanderförmigen Drahteinsatz und einer
keilförmigen
Querschnittsgeometrie.
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11:
Explosionszeichnung einer alternativen Gestaltung des Fügebereichs.
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12:
Explosionszeichnung einer Verbindung.
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13:
Explosionszeichnung einer Verbindung.
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14:
Explosionszeichnung einer Keilverbindung.
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In
der 1 wird die Ansicht des Einsatzes, der durch eine
Umformung des metallischen Drahtes zur mäanderförmigen Form und hiernach mit
einem zweitem, ähnlich
gestaltendem Draht mit Hilfe des Punktschweißverfahrens verbunden wurde
gezeigt.
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In
der 2 wird eine weitere Ansicht des Einsatzes gezeigt,
welcher aus zwei mittels Umformung hergestellten, perforierten U-Profile
gefertigt wurde.
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Aus
der 3 wird ein alternativer Einsatz, der durch Umformung
des perforierten, Bleches zum I – Profil gefertigt wurde, aufgezeigt.
Die Perforation des Bleches wurde mit dem Laserstrahlschneid-Verfahren
hergestellt.
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Die 1a bis 3a zeigen
die Einsätze der 1 bis 3 innerhalb
von jeweils gesondert hergestellten Verbundstücken. Aus 1a wird
ein Konglomerat aus Klebstoff und einer Mischung aus körnigem Distanzstoff
sichtbar, welches den in 1 gezeigten Drahteinsatz umgibt.
Bei 2a handelt es sich um ein Konglomerat aus Klebstoff
und einer Mischung aus körnigem
Distanzstoff und Arretierungsstoff welches den in 2 gezeigten
Profileinsatz umgibt. Entsprechendes gilt für die 3a.
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Die
Explosionszeichnung einer Verbindung wird in der 4 deutlich.
Der Einsatz aus Draht ist als mäandeförmige Bewehrung
gestaltet. Die Bewehrung wird mit einem zweiten, ähnlich gestaltenden
Draht, mit Hilfe des Punktschweißens verbunden. Die Mäanderform
des Drahtes wirkt als Sperre gegen den Austritt des viskosen Klebstoffes
beim Nachpressen.
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Die
nachfolgenden 5 und 6 zeigen Beispiele
des Gefügeaufbaus
einer Verbindung, in der perforierte Blecheinsätze angewendet werden. Die
Schlitze 4 in mindestens einem der zu verbindenden Teilkörpern verhindern
zusammen mit dem Blecheinsatz als Sperre den Austritt des bei entsprechendem
Druck und entsprechender Temperatur viskosen Klebstoffes.
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Ein
weiteres Beispiel eines mäanderförmigen Drahteinsatzes
mit geringen Abständen
zwischen den einzelnen Wellen ist in der 7 zu sehen.
In dieser Ausführung
ist im Vergleich zu 1 nur eine Lage der Bewehrung
notwendig.
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Ein
analoges Beispiel mit einem rahmenförmigen Drahteinsatz ist in
der 8 zu sehen. Der Querschnitt des Drahtes für einen
solchen Rahmen kann dabei sowohl eine kreisförmige, als auch beispielsweise
eine quadratische Form aufweisen. In dieser Ausführung ist im Vergleich zu 1 ebenfalls nur
eine Lage der Bewehrung notwendig.
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Die 9 zeigt
in einer Explosionszeichnung eine Keilverbindung, d. h. jeweils
einen zweiseitigen Keil und die dazu angepaßte Keilrille. Dies entspricht
einer Nut-Feder-Verbindung
in der Querschnittsgeometrie senkrecht zu den Oberflächen der Formteile.
Die ausgeprägten
Federn wirken hier als eine Sperre, die beim Nachpressen den freien
Austritt des viskosen Glas-Keramikgemisches (Klebstoffes) verhindert.
Es wird somit eine zwangsläufige Verformung
und eine mindestens 2-axiale Verpressung des Klebstoffsvolumens
erreicht. Diese Gestaltung des Verbundes führt dazu, das keine reine Zugkraft
mehr vorliegt, sondern zusätzliche
Scher- und Druckkräfte
auftreten.
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Die
Explosionszeichnung der 10 zeigt eine
Verbindung, bei der ein mäanderförmiger Drahteinsatz
und eine keilförmige
Querschnittsgeometrie zur Anwendung kommen. Das erste Gefüge dichtet die
Fuge zwischen einer Platte und einer gerippten Unterlage ab. Die
zweite keilförmige
Fuge überträgt die Zugkräfte.
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Eine
alternative Gestaltung der Bindezone zeigt die Explosionszeichnung
der 11. Zwei Schlitze (Nuten) an Rändern der Verbindung ermöglichen
das Positionieren von zwei flachen, metallischen oder keramischen
Stegen (Federn). Diese Stege dienen der Begrenzung des viskosen
Klebstoffes bei hoher Temperatur. Das Austreten wird somit verhindert.
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Alternative
Explosionszeichnung einer Verbindung gemäß 12. Die
metallischen oder keramischen Einsätze (rund Z1 oder flach Z2)
sind an den Rändern
der Verbindung mittels Punktschweißen oder mechanisch mit dem
Teilkörper
fest verbunden. Der Einsatz aus mäanderförmigem Draht kann, jedoch muß nicht
angewendet werden. Die angebrachten, seitlichen Stege wirken als
Sperre gegen das Austreten des viskosen Klebstoffes beim Nachpressen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform einer
Verbindung zeigt die Explosionszeichnung der 13. Statt
seitlicher Stege (11) ist in diesem Fall eine
Verformung der Fläche
mittels Umformtechnik vorgestellt.
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Auch
die in der 14 als Explosionszeichnung gezeigte
weitere Ausführungsform
einer Keilverbindung (s. 9 und 10) fällt unter
das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Verformung (s. 12) bestimmt den Querschnitt
der komplizierten Verbindung.
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Zweck
der vorgestellten Konstruktion eines Einsatzes ist das Verhindern
des Austretens des Klebstoffs, bzw. eines Klebstoffgemisches, während des
Nachpressens bei hoher Temperatur an den Rändern des Fügebereichs. Dies ermöglicht weiterhin
die Anwendung höherer
spezifischer Drücke,
da die optimale Dicke der Fügenaht
durch einen Einsatz und/oder einen Distanzstoff gesichert wird,
und dadurch die Porenbildung im Gefüge regelmäßig verringert wird.
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- 1,
2
- Formteile
- 3
- Kleber
- 4
- Begrenzungsmittel
- 5
- Distanzstoff
- 6
- Einsatz
- 7
- Feder
einer Nut-Feder-Verbindung als Begrenzungsmittel