DE102004045265B4 - Method and device for connecting at least two flat workpieces - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Verbindung mindestens zweier flächiger Werkstücke aus Werkstoffen, die unter Druck- und Wärmeeinwirkung fließfähig werden mit Verbindungselementen, die aus dem Material der Werkstücke ausgeformt sind und diese gegenseitig durchdringen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zueinander ausgerichteten und fixierten Werkstücke ein um eine zum Werkstück ausgerichtete Achse rotierender konischer Reibkörper, unter Einwirkung einer in Richtung des Werkstückes wirkenden Kraft auf die Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt wird, dass das Werkstück durch die Reibungswärme auf seine Fließtemperatur aufgeheizt wird, dass der Reibkörper unter Fortführung der Rotation in die Werkstücke so weit hinein gepresst wird, dass aus dem verdrängten Material kegelstumpfförmige Durchzüge gebildet werden, wobei der aus dem Material eines Werkstückes gebildete Durchzug das zweite Werkstück durchdringt sowie dass nach Ausbildung der Durchzüge die Bewegungsrichtung des Reibkörpers so geändert wird, das der aus dem zweiten Werkstück herausragende Teil beider Durchzüge zu einer auf der Oberfläche des zweiten Werkstückes aufliegenden Wulst umgeformt wird.method for connecting at least two flat workpieces Materials that become flowable under pressure and heat with fasteners formed from the material of the workpieces are and they interpenetrate each other, characterized that on the aligned and fixed workpieces a around a workpiece aligned Axis rotating conical friction body, under the action of a in the direction of the workpiece acting force on the surface of the workpiece is placed on the workpiece by the frictional heat to its flow temperature is heated, that the friction body under continuation the rotation in the workpieces pressed so far that formed of the displaced material frustoconical passages be, with the passage formed from the material of a workpiece that second workpiece permeates and that after the formation of the passages, the direction of movement of the friction body changed so becomes that of the second workpiece protruding part of both by trains to one on the surface of the second workpiece resting bead is reshaped.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung mindestens zweier flächiger Werkstücke gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 4 und ist besonders geeignet, Flächen aus Werkstoffen, die unter Druck- und Wärmeeinwirkung fließfähig werden, mit Verbindungselementen zur verbinden.The The invention relates to a method and a device for connection at least two surfaces workpieces according to the preambles of the claims 1 or 4 and is particularly suitable surfaces of materials under Pressure and heat become fluid, to connect with fasteners.

Karosserieteile sowie andere Blechformteile werden vielfach durch Punktschweißtechnik miteinander verbunden. Neben der Gefahr, dass durch dabei auftretende Schweißfunken Verunreinigungen der Oberfläche auftreten, hat dieses Verfahren jedoch einige Nachteile insbesondere, wenn andere Materialien als herkömmliche Stahlbleche zur Verwendung kommen.body parts and other sheet metal parts are often by spot welding technology connected with each other. Besides the danger, that by thereby occurring welding sparks Impurities of the surface However, this method has some disadvantages in particular, if other materials than conventional ones Steel sheets come for use.

Beim Einsatz von verzinkten Blechen wird die Verzinkung im Bereich der Schweißstelle zerstört und dadurch die Korrosionsanfälligkeit erhöht. Für Aluminium ist noch kein geeignetes Punktschweißverfahren bekannt.At the Use of galvanized sheets is the galvanizing in the field of weld destroyed and thereby the susceptibility to corrosion elevated. For aluminum No suitable spot welding process is known yet.

Um solche Materialien miteinander zu verbinden, wurde deshalb eine Anzahl alternativer Verbindungsarten entwickelt.Around Therefore, combining such materials has become one Number of alternative connection types developed.

So ist beispielsweise in der DE 19741562 A1 ein Verfahren zum Befestigen, insbesondere Verstemmen, eines Bauteils an einen Träger beschrieben, bei dem das Bauteil auf eine am Träger vorgesehene umlaufende Stufe aufgelegt wird. Dabei wird auf der von der Stufe abgewandten Seite des Halteelements Trägermaterial über das Halteelement gedrückt. Um auch Bauteile mit Funktionsaufgaben, die nicht verformt oder beschädigt werden dürfen, sicher an einem Träger befestigen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verformung der Wand so durchgeführt wird, dass das Trägermaterial im Wandbereich abschnittsweise nacheinander über das Halteelement gedrückt wird.For example, in the DE 19741562 A1 a method for fastening, in particular caulking, described a component to a carrier, in which the component is placed on a carrier provided on the circumferential step. In this case, carrier material is pressed over the retaining element on the side facing away from the step side of the holding element. In order to be able to fasten components with functional tasks that must not be deformed or damaged safely on a support, the invention provides that the deformation of the wall is performed so that the support material in the wall portion is pressed sequentially over the support member.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden aufeinanderliegender dünner Platten oder Plattenabschnitte durch Tiefziehfügen wird auch in der DE 3726392 A1 beschrieben. Hierbei wird durch einen Stempel ein Nocken tiefgezogen, dessen Boden zu einer vorspringenden Wölbung frei ausgeformt wird. Diese Wölbung wird anschließend durch einen gegengerichteten Stauchhub flachgestaucht, wobei der Nocken vorzugsweise in einen seitlichen Freiraum unter Biegung der Nockenseitenwände breitgeformt wird. Der Nockenboden kann nach dem Breitstauchen noch gegen den Tiefziehstempel nachgequetscht werden. In der DE 0215449 C wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Verbinden aufeinanderliegender dünner Platten, insbesondere von Blechen oder Plattenabschnitten vorgestellt, gemäss dem übereinanderliegende Flächenteile beider Platten zuerst miteinander tiefgezogen werden, wonach der Bodenbereich der tiefgezogenen Flächenteile breitgequetscht wird und wobei die radiale Ausdehnung des Bodenbereichs dieser tiefgezogenen Flächenteile begrenzt wird, wodurch eine plastische Verformung des Plattenmaterials besonders im Randbereich erfolgt, so dass ein Fügepunkt entsteht. Durch eine im Randbereich des Bodens der Sacköffnung des Gesenks vorhandene Sicke wird das Ineinanderfließen des gequetschten Materials an den zu verbindenden Stellen und damit die Clinchfestigkeit verbessert.A method and an apparatus for joining superimposed thin plates or plate sections by deep-drawing is also described in the DE 3726392 A1 described. Here, a cam is deep-drawn by a punch, the bottom of which is freely formed to a protruding curvature. This curvature is then flattened by a counter-directional upstroke, the cam preferably being widened into a lateral clearance under flexure of the cam sidewalls. The cam bottom can be squeezed after the Breitstauchen still against the thermoforming punch. In the DE 0215449 C a method and an apparatus for carrying out the method for joining superimposed thin plates, in particular sheets or plate sections, according to the superimposed surface parts of both plates are first deep-drawn together, after which the bottom portion of the deep-drawn surface parts is squeezed wide and wherein the radial extent of the bottom portion of this deep-drawn surface parts is limited, whereby a plastic deformation of the plate material takes place especially in the edge region, so that a joint point is formed. By a bead present in the edge region of the bottom of the sack opening of the die, the intermingling of the squeezed material at the points to be joined and thus the clinching strength is improved.

Die in der DE 14 52 20 C beschriebene Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile zu schaffen, bei dem in einem Arbeitsgang die Teile miteinander verbunden werden, wobei darüber hinaus die Nachteile des bekannten Standes der Technik umgangen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass beim Ziehen des rohrförmigen Ansatzes des ersten Teiles durch die Öffnung des zweiten Teiles das ziehfähige Material des ersten Teiles stark abgestreckt wird und dabei radial nach außen drängt, so dass es am Austrittsende der Öffnung im zweiten Teil radial nach außen fließt, wobei es um die Kante der Öffnung herumgreift und einen Wulst bildet.The in the DE 14 52 20 C described invention aims to provide a method for connecting two parts, in which the parts are connected to each other in one operation, in addition, the disadvantages of the known prior art are avoided. This is inventively achieved in that when pulling the tubular extension of the first part through the opening of the second part, the drawable material of the first part is strongly stretched while pushing radially outwards, so that it at the outlet end of the opening in the second part radially outward flows around the edge of the opening and forms a bead.

Ein alternatives Verfahren zu den zuvor erwähnten Verklammerungsverfahren ist die punktweise Verbindung durch Einsatz von Fließbohrwerkzeugen. Die DE 196 34 417 C2 beschreibt ein Verfahren zur Verbindung mindestens zweier dünnwandiger Werkstücke. Um auf einfache und kostengünstige Weise eine Festigkeitserhöhung derartiger Verbindungen zu erreichen, schlägt diese Erfindung vor, an den Stellen, an denen die Werkstücke miteinander verbunden werden sollen, jeweils eine sich durch beide Werkstücke hindurch erstreckende Bohrung mit Hilfe eines Fließformwerkzeuges einzubringen. Dadurch wird erreicht, dass im Übergangsbereich zwischen den beiden Werkstücken aufgrund der durch das Fließbohren erzeugten Hitze eine lokale Verschweißung der Werkstücke auftritt, die noch durch eine zusätzliche Schraube gesichert werden kann. Dabei wird entweder vor dem Einbringen der Fließbohrung in das dem Fließformwerkzeug zugewandten ersten Werkstück in dieses eine Ausnehmung eingebracht, die einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Fließformwerkzeuges, oder vor dem Einbringen der Fließbohrung in das dem Fließformwerkzeug zugewandte erste Werkstück wird dieses derart erwärmt, dass es in dem Bereich der einzubringenden Bohrung mindestens einen teigigen Zustand aufweist.An alternative method to the aforementioned clamping methods is point-to-point bonding using flow-drilling tools. The DE 196 34 417 C2 describes a method for connecting at least two thin-walled workpieces. In order to achieve a strength increase of such compounds in a simple and cost-effective manner, this invention proposes, at the points at which the workpieces are to be connected to each other, each introducing a hole extending through both workpieces with the aid of a flow forming tool. This ensures that in the transition region between the two workpieces due to the heat generated by the flow drilling local welding of the workpieces occurs, which can still be secured by an additional screw. In this case, either a recess which has a diameter which is smaller than the diameter of the flow forming tool is introduced into the first workpiece facing the flow forming tool before the flow bore is introduced, or prior to the introduction of the flow bore into the first workpiece facing the flow forming tool heated so that it has at least one doughy state in the region of the bore to be introduced.

Die hierbei angewendeten Verfahren unterscheiden sich vielfach durch die Geometrie der Fließbohrwerkzeuge. Die FR 1189384 zeigt eine Fließbohrergeometrie zur Erzeugung von Löchern in dünne Bleche und Rohre. Der Fließbohrer hat eine quadratische Form mit abgerundeten Ecken und läuft spitz zu.The procedures used here under are often divided by the geometry of the flow drilling tools. The FR 1189384 shows a flow drill geometry for creating holes in thin sheets and tubes. The fluid drill has a square shape with rounded corners and runs to a point.

In der NL 74 15 559 A ist eine dreieckig-polygone Fließbohrerform und zum anderen eine Vorrichtung zum Aushalsen von Rohren beschrieben. Bohrer und Vorrichtung sind auch in Kombination erwähnt. Der Fließbohrer erzeugt das Loch im Rohr, ein oberhalb des Bohrers angeordneter Mechanismus verbreitert das Werkzeug innerhalb des Rohres. Rotierend wird das Werkzeug zurückgezogen, erzeugt einen Materialfluss nach außen und verbreitert die Bohrung.In the NL 74 15 559 A is a triangular-polygonal Bohrbohrerform and on the other a device for necking of pipes described. Drill and device are also mentioned in combination. The flow drill creates the hole in the pipe, a mechanism located above the drill widen the tool inside the pipe. Rotating the tool is withdrawn, generates a flow of material to the outside and widens the bore.

Auch in der NL 160499 C wird eine Fließbohrerform mit dreieckigpolygonem Querschnitt vorgeschlagen. Der hier gezeigte Bohrer läuft spitz zu. Das Patent EP 0057039 A1 beschreibt eine Fließbohrergeometrie zur Erzeugung von Löchern in dünnen Blechen und Rohren. Ziel ist die Erzeugung eines Materialflusses in und entgegengesetzt zur Bohrervorschubrichtung. Der hier verwendete Fließbohrer hat eine viereckig-polygone Form und läuft ebenfalls spitz zu.Also in the NL 160499 C a flow drill form with triangular polygonal cross-section is proposed. The drill shown here is tapering. The patent EP 0057039 A1 describes a flow drill geometry for creating holes in thin sheets and tubes. The aim is to generate a material flow in and opposite to the drill feed direction. The flow drill used here has a quadrangular-polygonal shape and runs also pointed.

Eine verbesserte Ausführung eines Reibkörpers, bei der dieser mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung versehen ist, wird in der DE 197 16 431 A1 vorgestellt. Auch dieses Werkzeug erfordert, dass der erzeugte Durchzug mit einem weiteren Werkzeug von der Gegenseite bearbeitet wird.An improved embodiment of a friction body, in which it is provided with an additional device for surface treatment, is in the DE 197 16 431 A1 presented. This tool also requires that the generated draft is processed with another tool from the opposite side.

Die Verbindung in den zuvor beschriebenen Verfahren erfolgt teilweise durch lokale Verschmelzung im Bereich der Bohrungen und wie in der DE 196 34 417 C2 beschrieben zum Teil durch zusätzliche Nieten und Schrauben.The compound in the above-described method is carried out in part by local fusion in the region of the holes and as in the DE 196 34 417 C2 described in part by additional rivets and screws.

Aus der DE 198 10 367 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Durchzugs durch einen Stapel aus mindestens zwei plattenförmigen Werkstücken bekannt, bei dem mittels eines Durchzugsstempels, der im wesentlichen senkrecht durch den Stapel geführt wird, Material des einen, dem Durchzugsstempel zugewandten, plattenförmigen Werkstückes durch eine Öffnung des anderen plattenförmigen Werkstückes durchgezogen wird. Dabei wird mit einer einzigen Zustellbewegung des Durchzugsstempels sowohl der Durchzug als auch die Öffnung an dem anderen, in Zustellrichtung des Durchzugsstempels hinteren, plattenförmigen Werkstück gebildet, indem das dem Durchzugsstempel abgewandte plattenförmige Werkstück von einer Matrize derart abgestützt wird. Beim Einführen des Durchzugsstempels in den Stapel aus dem hinteren plattenförmigen Werkstück wird ein Materialstück ausgebrochen, dessen Außenkontur im wesentlichen der Außenkontur des Durchzugs entspricht.From the DE 198 10 367 C1 a method for producing a passage through a stack of at least two plate-shaped workpieces is known, in which by means of a passage punch, which is guided substantially vertically through the stack, material of the one, the passage punch facing plate-shaped workpiece through an opening of the other plate-shaped workpiece is pulled through. In this case, both the passage and the opening at the other, in the feed direction of the passage punch rear, plate-shaped workpiece is formed with a single feed movement of the passage punch by the die plate facing away from the plate-shaped workpiece is supported by a die in such a way. When inserting the passage punch in the stack of the rear plate-shaped workpiece, a piece of material is broken, the outer contour corresponds substantially to the outer contour of the passage.

Am Ende der Zustellbewegung des Durchzugsstempels ragt der Durchzug über die in der Matrize zugewandten Fläche des hinteren plattenförmigen Werkstückes hinaus.At the End of the feed movement of the Durchzugsstempels the passage extends over the in the die facing surface the rear plate-shaped workpiece out.

Anschließend wird der Durchzug vorzugsweise mittels eines Bördelstempels, der von einer dem Durchzugsstempel gegenüberliegenden Seite der Werkstücke zugestellt wird, umgebördelt, wobei nach einem Umbördeln die Außenfläche des Durchzugs zumindest abschnittsweise auf der Außenfläche des hinteren Werkstückes aufliegt, sodass eine Nietverbindung entsteht. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass die Werkzeuge von beiden Seiten des Werkstückes heran geführt werden müssen.Subsequently, will the passage preferably by means of a crimping die, the one of the Pull-through stamp opposite Side of the workpieces is delivered, flanged, where after a beading the outer surface of the Passage at least partially rests on the outer surface of the rear workpiece, so that a riveted connection is formed. A disadvantage of this method, that the tools are guided from both sides of the workpiece have to.

Nachteilig sowohl beim Punktschweißen, als auch bei in den zuvor beschriebenen Verfahren zur Verbindung mit Fließbohrern, oder zur Verklammerung ist es vor allem, dass in der Regel Werkzeuge notwendig sind, die von beiden Seiten an die Werkstücke herangeführt werden müssen.adversely both in spot welding, as well as in the previously described method of connection with flow drills, or for clamping it is mainly that tools are usually necessary are, which are introduced from both sides of the workpieces have to.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit dem flächige Körper sowohl aus gleichartigen als auch aus teilweise unterschiedlichen Materialien verbunden werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei dem der Zugriff auf die Werkstücke lediglich von einer Seite notwendig ist.task The invention is therefore a method and an apparatus to propose, with the flat body both from similar as well as partially different Materials can be connected. Another object is a method and an apparatus to propose, in which the access to the workpieces only from one side is necessary.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 zeigen verschiedene Gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.According to the invention this Problem solved by a method having the features of claim 1. The claims Figures 2 and 3 show various configurations of the method according to the invention.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann den Merkmalen des Anspruchs 4 entnommen werden.A Apparatus for carrying out of the method can be taken from the features of claim 4.

Zur Durchführung des Verfahrens werden mindestens zwei flächige Werkstücke aus Werkstoffen, die unter Druck- und Wärmeeinwirkung fließfähig sind so, wie sie verbunden werden sollen, zueinander positioniert. An den vorgesehenen Verbindungspunkten wird jeweils ein rotierender konischer Reibkörper, insbesondere ein Fließbohrer, unter Einwirkung einer in Richtung des Werkstückes gerichteten Kraft auf die Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt. Durch die Reibungswärme wird das Werkstück auf seine Fließtemperatur aufgeheizt, so dass der Reibkörper unter Fortführung der Rotation in die Werkstücke so weit hinein gepresst werden kann. Dabei wird Druck, Vorschub und Drehzahl so gesteuert, dass aus dem verdrängten Material zumindest des einen Werkstückes ein das zweite Werkstück durchdringender zylindrischer Verbindungskörper gebildet wird. Nach Ausbildung der Durchzüge wird die Bewegungsrichtung des Reibkörpers so geändert, dass der aus dem zweiten Werkstück herausragende Teil beider Durchzüge zu einer auf der Oberfläche des zweiten Werkstückes aufliegenden Wulst umgeformt wird.To carry out the method, at least two flat workpieces of materials, which are flowable under the action of pressure and heat, are positioned relative to one another as they are to be joined. At the intended connection points, a rotating conical friction body, in particular a flow drill, is placed on the surface of the workpiece under the action of a force directed in the direction of the workpiece. Due to the frictional heat, the workpiece is heated to its flow temperature, so that the friction body while continuing the rotation in the workpieces so can be pressed into it. In this case, pressure, feed and speed is controlled so that from the displaced material of at least one workpiece, a second workpiece penetrating cylindrical connecting body is formed. After the passages have been formed, the direction of movement of the friction body is changed such that the part of both passages projecting from the second workpiece is reshaped into a bead resting on the surface of the second workpiece.

Hierbei ist es insbesondere im Sinne der Erfindung, wenn der Reibkörper nach Erreichen der Fließtemperatur beide Werkstücke vollständig durchdringt und der Verbindungskörper auf der Austrittsseite ausgebildet wird. Dieser zylindrische Körper, der sich aus den verdrängten Materialien beider Werkstücke gebildet hat, wird in einem zweiten Schritt durch eine geänderte Bewegung des Reibkörpers und eine an diesem vorhandene Schulter ausgeweitet und zu einer auf der Austrittsseite aufliegenden Wulst ausgeformt.in this connection it is in particular within the meaning of the invention, when the friction body after Reaching the flow temperature both workpieces Completely penetrates and the connecting body is formed on the exit side. This cylindrical body, the from the repressed ones Materials of both workpieces is formed in a second step by a modified movement of the friction body and one at this existing shoulder extended and to one Formed on the exit side bead formed.

Es ist aber auch im Sinne der Erfindung, wenn der Reibkörper nach Erreichen der Fließtemperatur das in Aufsetzrichtung erste Werkstücke vollständig durchdringt und der Verbindungskörper durch entgegen der Eindringrichtung fließendes Materialien des zweiten Werkstückes auf der Eintrittsseite ausgebildet wird. Auch hier wird der dadurch gebildete zylindrische Körper, der wiederum aus zwei in den Randzonen miteinander verschmolzenen Schichten besteht, anschließend durch eine entsprechend ausgeführte Bewegung des Reibkörpers zu einer auf dem ersten Werkstück aufliegenden Wulst ausgeformt.It But is also within the meaning of the invention, when the friction body after Reaching the flow temperature the first workpieces in the direction of insertion completely penetrates and the connecting body through opposite to the direction of penetration flowing materials of the second workpiece is formed on the entrance side. Here, too, is the result formed cylindrical bodies, which in turn consists of two layers fused together in the border zones exists, then by a correspondingly executed Movement of the friction body to one on the first workpiece formed bead resting.

Eine entsprechende Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens ist so ausgebildet, dass ein Reibkörper in der Form eines bekannten Fließbohrers aus einer dem Werkstück zugewandten überwiegend kegel- oder pyramidenförmigen Spitze (1) und einem daran in Richtung Antrieb anschließenden zylindrischen Führungskörper (2) besteht. Zwischen dem Führungskörper (2) sowie einem, diesen mit dem Antrieb verbindenden Spannschaft (5) ist ein Verbindungssteg (3) angeordnet, dessen Durchmesser zumindest in einem an den Führungskörper (2) anschließenden Bereich gegenüber dem Führungskörper um 5 bis 30 Prozent verringert ist. Der so ausgeführte Reibkörper ist mit einem Antrieb verbunden, durch den der Reibkörper sowohl um die Achse (A1) des Reibkörpers als auch um eine zweite Achse (A2), die zumindest im Bereich des Übergangs von Führungskörper (2) zu Verbindungssteg (3) um einen Betrag von der ersten Achse (A1) abweicht, der annähernd gleich der Differenz zwischen dem Durchmesser des Führungskörpers (2) und dem Verbindungssteg (3) ist, gedreht werden kann.A corresponding device for realizing the method is designed such that a friction body in the form of a known flow drill from a workpiece facing predominantly conical or pyramidal tip ( 1 ) and a subsequent thereto in the direction of the drive cylindrical guide body ( 2 ) consists. Between the guiding body ( 2 ) and a, connecting this with the drive clamping shaft ( 5 ) is a connecting bridge ( 3 ) whose diameter is at least in one of the guide body ( 2 ) adjacent area to the guide body is reduced by 5 to 30 percent. The thus executed friction body is connected to a drive, by which the friction body both about the axis (A1) of the friction body and about a second axis (A2), at least in the region of the transition of the guide body ( 2 ) to connecting bridge ( 3 ) differs by an amount from the first axis (A1), which is approximately equal to the difference between the diameter of the guide body ( 2 ) and the connecting bridge ( 3 ), can be turned.

Dabei ist es sowohl im Sinne der Erfindung, wenn die Achse (A2) parallel zur Achse (A1) verläuft, als auch wenn die Achse (A2) unter einem Winkel zur Achse (A1) verläuft, bei dem sich die Achse (A1) mit der Achse (A2) im Bereich der Werkzeugeinspannung kreuzt.there It is both within the meaning of the invention, when the axis (A2) parallel to the axis (A1), as even if the axis (A2) is at an angle to the axis (A1), at the axis (A1) with the axis (A2) in the range of Werkzeuginspannung crosses.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen 1 bis 3 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.In the following the invention with reference to the drawings 1 to 3 be explained in the form of an embodiment.

Dabei zeigtIt shows

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Reibkörpers, 1 a side view of a friction body according to the invention,

2 die Fertigung eines Verbindungspunktes in verschiedenen Phasen bei vollständiger Durchdringung der zu verbindenden Körper, 2 the production of a connection point in different phases with complete penetration of the bodies to be connected,

3 die Fertigung eines Verbindungspunktes in verschiedenen Phasen bei nur teilweise Durchdringung der zu verbindenden Körper. 3 the production of a connection point in different phases with only partial penetration of the body to be joined.

Dabei ist in den 2e bis g dargestellt, wie die Wulst auf der Gegenseite des Werkstückes durch Rotation des Reibkörpers um eine parallel zur Achse A1 angeordnete Achse A2 ausgeformt wird. In der 2h wird angedeutet, wie das Gleiche bei einer zur Achse A1 geneigte Achse A2 erfolgen kann.It is in the 2e to g shown how the bead is formed on the opposite side of the workpiece by rotation of the friction body about an axis A2 arranged parallel to the axis A1. In the 2h indicates how the same thing can be done with an axis A2 inclined to the axis A1.

Ein Reibkörper zur Realisierung des Verfahrens besteht, wie aus 1 ersichtlich, aus einer dem Werkstück zugewandten überwiegend kegelförmigen Spitze (1) und einem daran in Richtung Antrieb anschließenden zylindrischen Führungskörper (2). Zwischen dem Führungskörper (2) sowie einem, diesen mit dem Antrieb verbindenden Spannschaft (5) ist ein ebenfalls zylindrischer Verbindungssteg (3) angeordnet, dessen Durchmesser gegenüber dem Führungskörper um 25 % verringert ist. Der so ausgeführte Reibkörper ist mit einem Antrieb verbunden, durch den der Reibkörper sowohl um die Achse (A1) des Reibkörpers als auch um eine zweite Achse (A2), die parallel zur ersten verläuft und um einen Betrag von der ersten Achse (A1) abweicht, der 20% des Durchmesser entspricht, gedreht werden kann.A friction body for the realization of the method consists of how 1 seen from a workpiece facing the predominantly conical tip ( 1 ) and a subsequent thereto in the direction of the drive cylindrical guide body ( 2 ). Between the guiding body ( 2 ) and a, connecting this with the drive clamping shaft ( 5 ) is a likewise cylindrical connecting web ( 3 ), whose diameter is reduced relative to the guide body by 25%. The friction body designed in this way is connected to a drive by which the friction body deviates both about the axis (A1) of the friction body and about a second axis (A2) which runs parallel to the first and deviates by an amount from the first axis (A1) , which corresponds to 20% of the diameter, can be turned.

Beispiel 1example 1

Um zwei Bleche miteinander zu verbinden, werden diese aufeinander gelegt. An den vorgesehenen Verbindungspunkten wird der um seine Achse A1 rotierende konischer Reibkörper unter Einwirkung einer in Richtung des Werkstückes wirkenden Kraft auf die Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt. Durch die Reibungswärme werden die Werkstücke am Aufsetzpunkt auf die Fließtemperatur aufgeheizt, so dass der Reibkörper unter Fortführung der Rotation in die Werkstücke hinein gepresst werden kann. Dabei werden Druck, Vorschub und Drehzahl so gesteuert, dass aus dem verdrängten Material zumindest des einen Werkstückes ein das zweite Werkstück durchdringender zylindrischer Verbindungskörper gebildet wird. Anschließend wird der aus dem zweiten Werkstück herausragende Teil des Verbindungskörpers wie in den Zeichnungen 2e bis 2g zu erkennen ist, durch eine Veränderung der Bewegungsrichtung des Reibkörpers so verformt, dass er eine auf der Oberfläche des zweiten Werkstückes aufliegende Wulst ausbildet.To connect two sheets together, they are placed on top of each other. At the intended connection points of the rotating about its axis A1 conical friction body is placed under the action of a force acting in the direction of the workpiece force on the surface of the workpiece. Due to the frictional heat, the workpieces are heated to the flow temperature at the touchdown point, so that the friction body can be pressed into the workpieces while continuing the rotation. In this case, the pressure, feed and speed are controlled so that from the displaced material of at least one workpiece a second workpiece penetrating cylindrical connecting body is formed. Subsequently, the protruding from the second workpiece part of the connecting body as in the drawings 2e to 2g can be seen, deformed by a change in the direction of movement of the friction body so that it forms a resting on the surface of the second workpiece bead.

Hierbei ist es insbesondere im Sinne der Erfindung, wenn der Reibkörper nach Erreichen der Fließtemperatur beide Werkstücke vollständig durchdringt und der Verbindungskörper auf der Austrittsseite ausgebildet wird. Dieser zylindrische Körper, der sich aus den verdrängten Materialien beider Werkstücke gebildet hat, wird in einem zweiten Schritt durch eine geänderte Bewegung des Reibkörpers und eine an diesem vorhandene Schulter ausgeweitet und zu einer auf der Austrittsseite aufliegenden Wulst ausgeformt.in this connection it is in particular within the meaning of the invention, when the friction body after Reaching the flow temperature both workpieces Completely penetrates and the connecting body is formed on the exit side. This cylindrical body, the from the repressed ones Materials of both workpieces is formed in a second step by a modified movement of the friction body and one at this existing shoulder extended and to one Formed on the exit side bead formed.

Beispiel 2Example 2

Wie in den 3a bis 3d angedeutet, kann mit Hilfe der Erfindung auch ein Blech auf einem massiveren Körper befestigt werden. Dazu wird der rotierende Reibkörper auf die Oberseite des Bleches aufgesetzt. Nach Erreichen der Fließtemperatur durchdringt dieser das aufgesetzte Blech vollständig, wobei sich dieses bereits zu einer Wulst aufwölbt. Beim weiteren Eindringen des Reibkörpers in den massiven Körper und wird auch dessen fließfähig gemachtes Material verdrängt. Dieses tritt durch die Öffnung im aufliegenden Blech aus und bildet den zylindrischen Verbindungskörper. Anschließend wird dieser so gebildete zylindrische Körper, der wiederum aus zwei in den Randzonen miteinander verschmolzenen Schichten besteht, durch eine entsprechend ausgeführte Bewegung des Reibkörpers zu einer auf dem ersten Werkstück aufliegenden Wulst ausgeformt.As in the 3a to 3d indicated, with the help of the invention, a sheet can be mounted on a solid body. For this purpose, the rotating friction body is placed on top of the sheet. After reaching the flow temperature of this penetrates the patch sheet completely, which bulges already to a bead. Upon further penetration of the friction body in the massive body and its flowable material is displaced. This exits through the opening in the resting sheet and forms the cylindrical connecting body. Subsequently, this thus formed cylindrical body, which in turn consists of two fused together in the edge zones layers, formed by a correspondingly executed movement of the friction body to a resting on the first workpiece bead.

Claims (6)

Verfahren zur Verbindung mindestens zweier flächiger Werkstücke aus Werkstoffen, die unter Druck- und Wärmeeinwirkung fließfähig werden mit Verbindungselementen, die aus dem Material der Werkstücke ausgeformt sind und diese gegenseitig durchdringen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zueinander ausgerichteten und fixierten Werkstücke ein um eine zum Werkstück ausgerichtete Achse rotierender konischer Reibkörper, unter Einwirkung einer in Richtung des Werkstückes wirkenden Kraft auf die Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt wird, dass das Werkstück durch die Reibungswärme auf seine Fließtemperatur aufgeheizt wird, dass der Reibkörper unter Fortführung der Rotation in die Werkstücke so weit hinein gepresst wird, dass aus dem verdrängten Material kegelstumpfförmige Durchzüge gebildet werden, wobei der aus dem Material eines Werkstückes gebildete Durchzug das zweite Werkstück durchdringt sowie dass nach Ausbildung der Durchzüge die Bewegungsrichtung des Reibkörpers so geändert wird, das der aus dem zweiten Werkstück herausragende Teil beider Durchzüge zu einer auf der Oberfläche des zweiten Werkstückes aufliegenden Wulst umgeformt wird.A method for connecting at least two flat workpieces made of materials, which are flowable under pressure and heat with connecting elements, which are formed from the material of the workpieces and these mutually penetrate, characterized in that on the mutually aligned and fixed workpieces to one to the workpiece aligned axis rotating conical friction body is placed under the action of a force acting in the direction of the workpiece on the surface of the workpiece, that the workpiece is heated by the frictional heat to its flow temperature, that the friction body is pressed so far into the workpieces while continuing the rotation in that truncated cone-shaped passages are formed from the displaced material, wherein the passage formed from the material of a workpiece penetrates the second workpiece and that after the passage has been formed the direction of movement of the friction body It is changed so that the protruding from the second workpiece part of both passages is formed into a resting on the surface of the second workpiece bead. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkörper nach Erreichen der Fließtemperatur beide Werkstücke vollständig durchdringt und die Durchzüge auf der Austrittsseite ausgebildet werden.Method according to claim 1, characterized in that that the friction body after reaching the flow temperature both workpieces Completely permeates and the passages be formed on the exit side. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkörper nach Erreichen der Fließtemperatur mindestens das in Aufsetzrichtung erste Werkstücke vollständig durchdringt und der Durchzug durch entgegen der Eindringrichtung fließende Materialien des zweiten Werkstückes auf der Eintrittsseite ausgebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that that the friction body after reaching the flow temperature at least the first in the direction Aufsetzrichtung work completely penetrates and the passage by opposite to the direction of penetration flowing materials of the second workpiece is formed on the entrance side. Vorrichtung zur Verbindung mindestens zweier flächiger Werkstücke nach einem Verfahren entsprechend einem oder mehreren der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibkörper in der Form eines bekannten Fließbohrers aus einer dem Werkstück zugewandten überwiegend kegel- oder pyramidenförmigen Spitze (1) und einem daran in Richtung Antrieb anschließenden zylindrischen Führungskörper (2) besteht, dass zwischen dem Führungskörper (2) sowie einem, diesen mit dem Antrieb verbindenden Spannschaft (5), ein Verbindungssteg (3) angeordnet ist, dessen Durchmesser zumindest in einem an den Führungskörper (2) anschließenden Bereich gegenüber dem Führungskörper um 5 bis 30 Prozent verringert ist, dass der Reibkörper mit einem Antrieb verbunden ist, durch den der Reibkörper sowohl um die Achse (A1) des Reibkörpers als auch um eine zweite Achse (A2), die zumindest im Bereich des Übergangs von Führungskörper (2) zu Verbindungssteg (3) um einen Betrag von der ersten Achse (A1) abweicht, der annähernd gleich der Differenz zwischen dem Durchmesser des Führungskörpers (2) und dem Durchmesser des Verbindungsstegs (3) ist, in Rotation versetzt werden kann.Device for connecting at least two flat workpieces according to a method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a friction body in the form of a known flow drill from a workpiece facing predominantly conical or pyramidal tip ( 1 ) and a subsequent thereto in the direction of the drive cylindrical guide body ( 2 ) exists that between the guide body ( 2 ) and a, connecting this with the drive clamping shaft ( 5 ), a connecting bridge ( 3 ) is arranged, whose diameter at least in one of the guide body ( 2 ) adjoining the guide body by 5 to 30 percent is reduced, that the friction body is connected to a drive, by which the friction body both about the axis (A1) of the friction body and about a second axis (A2), at least in the area the transition of leadership body ( 2 ) to connecting bridge ( 3 ) differs by an amount from the first axis (A1), which is approximately equal to the difference between the diameter of the guide body ( 2 ) and the diameter of the connecting web ( 3 ) can be set in rotation. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (A2) parallel zur Achse (A1) verläuft.Device according to claim 4, characterized in that the axis (A2) runs parallel to the axis (A1). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (A2) unter einem Winkel zur Achse (A1) verläuft, bei dem sich die Achse (A1) mit der Achse (A2) im Bereich der Werkzeugeinspannung kreuzt.Apparatus according to claim 4, characterized in that the axis (A2) under a Win To the axis (A1) extends, in which the axis (A1) with the axis (A2) intersects in the range of Werkzeuginspannung.
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