DE102015109288A1 - Welding process and apparatus for this purpose - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen eines metallischen Fügepartners mit einem Faserhalbzeug-Fügepartner, wobei an die zusammengeführten Fügepartner eine Elektrode und eine Gegenelektrode kontaktiert wird und dann durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss in wenigstens einem Fügepartner bewirkt wird, sodass sich die Fügepartner erwärmen, wobei im Bereich der Erwärmung dann die Fügepartner miteinander verpresst werden.The invention relates to a method for welding a metallic joining partner with a semi-finished fiber joining partner, wherein an electrode and a counter electrode is contacted to the merged joining partner and then by applying an electrical voltage, a current flow is effected in at least one joining partner, so that heat the joining partners, wherein in the field of heating then the joining partners are pressed together.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen eines metallischen Fügepartners mit einem Faserhalbzeug-Fügepartner zur Herstellung eines Metall-Hybrid-Faserverbundbauteils. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung hierzu. The invention relates to a method for welding a metallic joining partner with a semi-finished fiber-joining partner for producing a metal-hybrid fiber composite component. The invention also relates to a device for this purpose.

Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, sogenannte Faserverbundbauteile, sind der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich findet die Verwendung derartiger Werkstoffe immer mehr Zuspruch. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können Bauteile exakt an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus. Components made of a fiber composite material, so-called fiber composite components, have become indispensable to the aerospace industry today. But also in the automotive sector, the use of such materials is becoming more and more popular. In particular, critical structural elements are made of fiber reinforced plastics due to the high weight specific strength and stiffness with minimal weight. Due to the anisotropic properties of the fiber composite materials resulting from the fiber orientation, components can be adapted exactly to local loads and thus enable optimal material utilization in terms of lightweight construction.

Faserverbundbauteile werden in der Regel durch Aushärten eines Matrixmaterials, bspw. ein Harz, das in ein Fasermaterial infundiert ist, hergestellt. Das benötigte Fasermaterial kann dabei in verschiedenen Ausprägungen als sogenannte Faserhalbzeuge bereitgestellt werden und bietet somit die Grundlage für den eigentlichen Herstellungsprozess des Faserverbundbauteils. Faserhalbzeuge können dabei bspw. trockene Faserhalbzeuge oder vorimprägnierte Faserhalbzeuge (sogenannte Prepregs) sein, wobei den Faserhalbzeugen gegebenenfalls noch weitere Inhaltsstoffe, wie bspw. Bindematerialien, hinzugefügt sein können. Fiber composite components are generally produced by curing a matrix material, for example a resin, which has been infused into a fiber material. The required fiber material can be provided in various forms as so-called semi-finished fiber products and thus provides the basis for the actual manufacturing process of the fiber composite component. Semi-finished fiber products may be, for example, dry semifinished fiber products or preimpregnated semifinished fiber products (so-called prepregs), it being possible for the semifinished fiber products to be supplemented by further ingredients, such as, for example, binding materials.

Faserhalbzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung können somit neben trockenen Faserhalbzeugen wie Gelege, Gewebe oder auch vorbebinderte trockene Rovings auch vorimprägnierte Faserhalbzeuge (Prepregs) sein, wobei unter einem Faserhalbzeug schließlich jedwedes Fasermaterial zu verstehen ist, aus dem sich schließlich ein Faserverbundbauteil herstellen lässt. Insbesondere Fasermaterial aus Kohlenstofffasern oder anderen elektrisch leitfähigen oder leitfähig gemachten Fasern sind Faserhalbzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung. Auch Glasfaserhalbzeuge sind Faserhalbzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung.For the purposes of the present invention, semifinished fiber products can thus also be preimpregnated semifinished products (prepregs) in addition to dry semifinished fiber products such as scrim, fabric or also precast dry rovings. Finally, a semifinished fiber product is to be understood as meaning any fibrous material from which finally a fiber composite component can be produced. In particular, fiber material made of carbon fibers or other electrically conductive or conductive made fibers are semi-finished fiber products in the context of the present invention. Glass fiber semi-finished products are semi-finished fiber products in the context of the present invention.

Durch die immer größere Verbreitung von Faserverbundwerkstoffen rücken auch die Anwendungsfälle mehr und mehr in Betracht, bei denen neben einem Faserverbundwerkstoff noch weitere Materialien, insbesondere Metallwerkstoffe, zu einer gemeinsamen Hybridverbindung zusammengesetzt werden sollen. Aufgrund der immanent verschiedenen Materialeigenschaften rücken daher auch die Anforderungen an die Verbindungstechniken dieser Materialien immer mehr in den Fokus. Due to the ever-increasing use of fiber composite materials, the use cases are becoming more and more suitable, in which, in addition to a fiber composite material, further materials, in particular metal materials, are to be assembled into a common hybrid compound. Due to the inherently different material properties, the demands on the joining techniques of these materials are becoming more and more important.

Verbreitete Verfahren neben dem Kleben sind die formschlüssigen Verbindungstechniken. Als Nachteile der formschlüssigen Verbindungstechniken sind jedoch die hohen Fügekräfte einerseits und die hohen Toleranzanforderungen andererseits zu nennen. Common methods besides gluing are the positive connection techniques. However, the disadvantages of the positive connection techniques are the high joining forces on the one hand and the high tolerance requirements on the other hand.

Aus der EP 2 754 546 A1 ist ein Ultraschweißverfahren für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe und Metallwerkstoffe bekannt, bei dem die zu verschweißenden Werkstoffe überlappt werden und anschließend mittels eines Ultraschallgebers ultraschallverschweißt werden. Der Nachteil dieser Techniken liegt jedoch darin, dass ein Schweißpunkt mit ca. 6 Sekunden relativ lange dauert und darüber hinaus die Anlagekosten für eine solche Metallultraschweißanlage relativ hoch sind. Dies und das hohe Gewicht schließt insbesondere den Einsatz in leichten und hochbeweglichen Ablegeköpfen an Industrierobotern aus. From the EP 2 754 546 A1 is an ultrasonic welding process for carbon fiber reinforced plastics and metal materials known in which the materials to be welded are overlapped and then ultrasonically welded by means of an ultrasonic generator. The disadvantage of these techniques, however, is that a welding point takes about 6 seconds relatively long and, moreover, the investment costs for such a Metallultraschweißanlage are relatively high. This and the high weight excludes in particular the use in light and highly mobile depositing heads on industrial robots.

Aus der DE 10 2005 018 478 A1 ist des Weiteren ein Induktionsschweißverfahren bekannt, bei dem insbesondere Kunststoffbauteile und faserverstärkte Kunststoffbauteile miteinander verschweißt werden sollen. Dabei wird mit Hilfe eines Induktors die Schweißzone erwärmt, sodass unter Druckbeaufschlagung der Schweißzone dann die beiden Werkstücke miteinander verschweißt werden können. Zwar treten hier gegenüber dem Ultraschallverschweißen deutlich geringere Zugscherkräfte auf, sodass dieses Verfahren deutlich materialschonender ist. Allerdings sind derartige Anlagen ähnlich kostenintensiv in der Anschaffung und Wartung, was schließlich die Gesamtanlage an sich deutlich unwirtschaftlicher macht. Außerdem ist auch eine derartige Anlage schwer in die auf Leichtbau konzipierten Ablegeköpfe moderner Faserablegevorrichtungen integrierbar, da hierdurch ein enorm hoher Anlagenaufwand betrieben werden muss, wobei die Gewichtserhöhungen im Ablegekopf schließlich den vorteilhaften Effekt dieser Technik zunichtemachen würden.From the DE 10 2005 018 478 A1 Furthermore, an induction welding method is known, in particular plastic components and fiber-reinforced plastic components to be welded together. In this case, the welding zone is heated by means of an inductor, so that under pressure of the welding zone then the two workpieces can be welded together. Although significantly lower tensile shear forces occur here compared with ultrasonic welding, this method is significantly more gentle on the material. However, such systems are similarly costly in terms of purchase and maintenance, which eventually makes the overall system itself significantly less economical. In addition, such a system is difficult to integrate into the designed for lightweight Ablegeköpfe modern Faserablegevorrichtungen, as this an enormous amount of equipment must be operated, the weight increases in the laying head would eventually ruin the beneficial effect of this technique.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Schweißverfahren anzugeben, mit dem ein metallischer Werkstoff und ein Faserverbundwerkstoff schnell und effizient verschweißt werden kann. Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Faserablegekopf anzugeben, mit dem ein Metall-Hybrid-Faserverbundbauteil kontinuierlich bei herstellbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide an improved welding method, with which a metallic material and a fiber composite material can be welded quickly and efficiently. It is also an object of the present invention to provide an improved Faserablegekopf, with a metal-hybrid fiber composite component is continuously produced at.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 11 erfindungsgemäß gelöst. The object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 11 according to the invention.

Demnach ist ein Verfahren zum Verschweißen von wenigstens einem metallischen Fügepartner und wenigstens einem Faserhalbzeug-Fügepartner zur Herstellung eines Metall-Hybrid-Faserverbundbauteils vorgesehen, wobei der wenigstens eine metallische Fügepartner aus einem Metallwerkstoff besteht oder einen solchen Metallwerkstoff aufweist. Der metallische Fügepartner kann somit bspw. ein Metall aufweisen oder aus einem solchen bestehen, bspw. auch aus einer Legierung. Der Faserhalbzeug-Fügepartner besteht vorteilhafterweise aus einem Faserhalbzeug, wie es für die Herstellung eines Faserverbundbauteils klassischerweise verwendet wird. Dies kann bspw. ein trockenes Faserhalbzeug oder auch ein vorimprägniertes Faserhalbzeug sein. Der Faserhalbzeug-Fügepartner kann vorteilhafterweise ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial aufweist oder aus einem solchen besteht. Accordingly, a method for welding at least one metallic joining partner and at least one semi-finished fiber joining partner for producing a metal-hybrid fiber composite component is provided, wherein the at least one metallic joining partner consists of a metal material or has such a metal material. The metallic joining partner can thus have, for example, a metal or consist of such a metal, for example also of an alloy. The semifinished fiber joining partner advantageously consists of a semi-finished fiber product, as is conventionally used for the production of a fiber composite component. This can be, for example, a dry semi-finished fiber product or else a preimpregnated semi-finished fiber product. The semifinished fiber joining partner may advantageously comprise or consist of an electrically conductive fiber material.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die beiden an ihren jeweiligen Fügeflächen zusammengeführten Fügepartner mit wenigstens einer Elektrode und wenigstens einer Gegenelektrode kontaktiert werden, sodass die zusammengeführten Fügepartner sowohl Kontakt zu einer Elektrode als auch Kontakt zu einer Gegenelektrode haben. Mit zusammengeführten Fügepartner ist hierbei gemeint, dass die Fügepartner an ihren jeweiligen Fügeflächen, an denen sie zumindest teilweise verschweißt werden sollen, formschlüssig anliegen und so gegebenenfalls in Teilbereichen verschweißt werden können. Die Elektrode und Gegenelektrode kann dabei auch an nur einem der beiden zusammengeführten Fügepartner kontaktiert werden. Denkbar ist aber auch, dass die Elektrode an dem einen Fügepartner und die Gegenelektrode an dem anderen Fügepartner kontaktiert werden.According to the invention, it is now provided that the two joining partners joined together at their respective joining surfaces are contacted with at least one electrode and at least one counterelectrode so that the joined joining partners both have contact with an electrode and also contact with a counterelectrode. By merging joining partner is meant that the joining partners at their respective joining surfaces, where they are at least partially welded, fit form-fitting and can be optionally welded in some areas. The electrode and counterelectrode can also be contacted on only one of the two joining partners. It is also conceivable, however, for the electrode to be contacted at one joining partner and the counterelectrode at the other joining partner.

Anschließend wird an die wenigstens eine Elektrode und/oder Gegenelektrode, die mit einer elektrischen Spannungsquelle bzw. Spannungsversorgung verbunden sind, eine elektrische Spannung angelegt, sodass ein Stromfluss zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode in einem Heizabschnitt in wenigstens einem der Fügepartner bewirkt wird. Denn durch den Kontakt der Elektrode und der Gegenelektrode mit den Fügepartnern wird durch die beabstandete Distanz, mit der die Elektrode und die Gegenelektrode in Bezug auf die zusammengeführten Fügepartner beabstandet kontaktiert sind, einen Heizabschnitt definiert, innerhalb dessen ein Stromfluss in den Fügepartnern bewirkt wird. Dabei wird der Stromfluss in den Fügepartnern derart bewirkt, dass die Fügepartner im Heizabschnitt erwärmt werden. Das Anlegen der elektrischen Spannung erfolgt dabei insbesondere derart, dass aufgrund des bewirkten Stromflusses innerhalb des Heizabschnittes die Fügepartner so erwärmt werden, dass sie zumindest in einem Teilbereich des Heizabschnittes verschweißt werden können. Der durch den Stromfluss bewirkte thermische Energieeintrag ist somit so zu wählen, dass die Fügepartner in einer Schweißzone, die innerhalb des Heizabschnittes liegt, verschweißt werden können. Während oder nach dem Erwärmen der Fügepartner im Heizabschnitt werden die Fügepartner durch Druckbeaufschlagung in einer Schweißzone verpresst, wobei die Schweißzone innerhalb des Heizabschnittes liegt, um die Fügepartner an ihren Fügeflächen in der Schweißzone zu verschweißen. Subsequently, an electrical voltage is applied to the at least one electrode and / or counterelectrode, which are connected to an electrical voltage source or voltage supply, so that a current flow between the electrode and the counterelectrode is effected in a heating section in at least one of the joining partners. Because by the contact of the electrode and the counter electrode with the joining partners is defined by the spaced distance with which the electrode and the counter electrode are spaced in relation to the merged joining partners, a heating section, within which a current flow is effected in the joining partners. The current flow in the joining partners is effected in such a way that the joining partners are heated in the heating section. The application of the electrical voltage is carried out in particular such that due to the induced current flow within the heating section, the joining partners are heated so that they can be welded at least in a portion of the heating section. The thermal energy input caused by the flow of current must thus be selected such that the joining partners can be welded in a welding zone that lies within the heating section. During or after the heating of the joining partners in the heating section, the joining partners are pressed by applying pressure in a welding zone, wherein the welding zone lies within the heating section in order to weld the joining partners to their joining surfaces in the welding zone.

Durch das Zusammenspiel des thermischen Energieeintrags aufgrund eines in den Fügepartnern bewirkten Stromflusses zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode sowie einem Verpressen durch Druckbeaufschlagung können die beiden Fügepartner in der Schweißzone entsprechend stoffschlüssig verschweißt werden und somit dauerhaft zusammengefügt werden. Due to the interplay of the thermal energy input due to a current flow between an electrode and a counterelectrode caused in the joining partners as well as compression by pressurization, the two joining partners in the welding zone can be materially welded and thus permanently joined together.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit ein einfaches und präzises Verschweißen eines metallischen Fügepartners mit einem Faserhalbzeug-Fügepartner, ohne dass hierbei teurer Anlagenaufwand eingekauft werden muss. Somit lässt sich ein derartiges Verfahren insbesondere in Ablegeköpfe integrieren, denen zum Einen ein metallischer Fügepartner und zum Anderen ein Faserhalbzeug-Fügepartner zugeführt werden, und wobei diese beiden Fügepartner dann kontinuierlich innerhalb des Ablegekopfes kontinuierlich verschweißt werden, sodass das dadurch entstandene Metall-Hybrid-Faserverbundbauteil in Form eines Halbzeuges auf einem Werkzeug ablegbar ist. The present invention thus enables a simple and precise welding of a metallic joining partner with a semi-finished fiber-joining partner, without this expensive equipment costs must be purchased. Thus, such a method can be integrated in particular in deposition heads to which a metallic joining partner and on the other hand a semi-finished fiber joining partners are supplied, and wherein these two joining partners are then continuously continuously welded within the deposition head, so that the resulting metal-hybrid fiber composite component can be stored in the form of a semi-finished product on a tool.

Eine weitere Anwendungsperspektive stellt der Aufbau von ebenen Preformen von Faserhalbzeugen mit Metallschichten dar. Diese Aufbauten können anschließend verpresst werden. Ein punktuelles Fixieren kann hierbei den Transport sicherer gestalten.Another application perspective is the construction of planar preforms of fiber semi-finished products with metal layers. These structures can then be pressed. A selective fixation can make the transport safer.

Die Erfinder haben dabei erkannt, dass mit Hilfe der Elektrode und der Gegenelektrode gezielt ein Stromfluss in den zusammengeführten Fügepartnern derart bewirkt werden kann, dass der thermische Wärmeeintrag dabei zum Verschweißen der beiden Fügepartner geeignet ist, ohne dabei einen der Fügepartner dauerhaft zu beschädigen. Denn genau diese Gefahr besteht insbesondere bei dem Faserhalbzeug-Fügepartner, da die elektrisch leitfähigen Fasern in der Regel ab einem gewissen thermischen Energieeintrag degradieren. The inventors have recognized that with the help of the electrode and the counter electrode targeted a flow of current in the merged joining partners can be effected such that the thermal heat input is suitable for welding the two joining partners, without permanently damaging one of the joining partners. Because exactly this danger exists in particular in the semi-finished fiber joining partner, since the electrically conductive fibers usually degrade from a certain thermal energy input.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Druckbeaufschlagung in der Schweißzone durch die wenigstens eine Elektrode und/oder Gegenelektrode, indem die wenigstens eine Elektrode und/oder Gegenelektrode mit einer Kraft in Richtung der Fügeflächen der Fügepartner beaufschlagt wird. In einer vorrichtungsgemäßen Ausgestaltung ist demnach vorgesehen, dass die Elektrode und/oder Gegenelektrode ausgebildet ist, eine Kraft in Richtung der Fügeflächen der Fügepartner zu bewirken, sodass die Fügepartner an ihrer jeweiligen Fügefläche miteinander verpresst werden, wobei in diesen Bereich dann die Schweißzone ausgebildet wird und aufgrund des Wärmeeintrags und des Verpressens dann die Fügepartner verschweißt werden. In an advantageous embodiment, the pressure is applied in the welding zone by the at least one electrode and / or counter electrode by the force applied to the at least one electrode and / or counter electrode in the direction of the joining surfaces of the joining partners. In a device according to the invention Accordingly, it is provided that the electrode and / or counterelectrode is designed to bring about a force in the direction of the joining surfaces of the joining partners, so that the joining partners are pressed together at their respective joining surface, in which region the welding zone is formed and due to the heat input and the Pressing then the joining partners are welded.

Wie bereits oben erwähnt, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn der Stromfluss während des Verpressens der Fügepartner in dem Heizabschnitt durch Anlegen der elektrischen Spannung bewirkt wird, sodass der Prozessschritt des Eintrags von thermischer Energie einerseits und des Eintrags von mechanischer Energie andererseits in etwa gleichzeitig ablaufen und somit die Prozesszeiten deutlich verkürzt werden können. As already mentioned above, it is particularly advantageous if the flow of current is effected during the pressing of the joining partners in the heating section by applying the electrical voltage, so that the process step of the entry of thermal energy on the one hand and the entry of mechanical energy on the other hand run approximately simultaneously and thus the process times can be significantly shortened.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der wenigstens eine metallische Fügepartner separat zu dem wenigstens einen Faserhalbzeug-Fügepartner vor dem Anlegen der elektrischen Spannung vorgewärmt, was bspw. dadurch geschehen kann, dass eine Elektrode und eine Gegenelektrode ausschließlich an dem metallischen Fügepartner kontaktiert und ausschließlich in dem metallischen Fügepartner ein Stromfluss bewirkt wird. Denn der metallische Fügepartner ist in der Regel deutlich hitzeunempfindlicher, sodass hierdurch ein Degradieren des Faserhalbzeug-Fügepartners beim Erwärmen der Fügepartner im Heizabschnitt vermieden wird. In an advantageous embodiment, the at least one metallic joining partner is preheated separately from the at least one semifinished fiber joining partner prior to application of the electrical voltage, which can be done, for example, by contacting an electrode and a counterelectrode exclusively at the metallic joining partner and exclusively in the metallic joining partner Joining a current flow is effected. Because the metallic joining partner is generally much less sensitive to heat, so that thereby a degradation of the semi-finished fiber joining partner is avoided when heating the joining partners in the heating section.

In einer konkreten Ausführungsform ist es denkbar, dass die wenigstens Elektrode und Gegenelektrode an einer gemeinsame Seite einer der Fügepartner kontaktiert wird, um einen Stromfluss zumindest in dem kontaktierten Fügepartner zu bewirken, sodass die Fügepartner im Heizabschnitt erwärmt werden. Hier ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn zunächst nur der metallische Fügepartner mit der Elektrode und der Gegenelektrode kontaktiert wird. In a specific embodiment, it is conceivable that the at least electrode and counterelectrode is contacted on a common side of one of the joining partners, in order to effect a flow of current at least in the contacted joining partner, so that the joining partners are heated in the heating section. Here it is particularly advantageous if initially only the metallic joining partner is contacted with the electrode and the counter electrode.

Es ist aber auch denkbar, dass die wenigstens eine Elektrode an einer Seite eines ersten Fügepartners und die wenigstens eine Gegenelektrode an einer Seite eines zweiten Fügepartners kontaktiert wird, sodass ein Stromfluss durch die Fügepartner und ihre jeweiligen Fügeflächen bewirkt wird. Hierdurch wird es bspw. möglich, einen Stromfluss im Wesentlichen senkrecht zur Faserorientierung des Faserhalbzeug-Fügepartners zu bewirken. In der ersten Ausführungsform kann der Stromfluss hingegen auch in Faserrichtung erfolgen. However, it is also conceivable for the at least one electrode on one side of a first joining partner and the at least one counterelectrode to be contacted on one side of a second joining partner, so that a current flow through the joining partners and their respective joining surfaces is effected. This makes it possible, for example, to effect a flow of current substantially perpendicular to the fiber orientation of the semi-finished fiber joining partner. In the first embodiment, however, the current flow can also take place in the fiber direction.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die wenigstens eine Elektrode und/oder Gegenelektrode gekühlt, um ein Anhaften der Fügepartner oder deren Bestandteile an der Elektrode zu verhindern. In a further advantageous embodiment, the at least one electrode and / or counter-electrode is cooled in order to prevent adhesion of the joining partners or their constituents to the electrode.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der wenigstens eine metallische Fügepartner und der wenigstens eine Faserhalbzeug-Fügepartner jeweils durch einen Materialspeicher in Form eines Quasi-Endlosmaterials bereitgestellt, wobei die Fügepartner von ihrem jeweiligen Materialspeicher aus zwischen Rollen wenigstens eines Rollenpaares geführt werden. Handelt es sich in dieser Förderkette bspw. um ein erstes Rollenpaar, d.h. dasjenige Rollenpaar, das dem Materialspeicher am Nächsten liegt, so kann hierdurch bspw. auch das Zusammenführen der Fügepartner in ihren jeweiligen Fügeflächen erreicht werden, indem die einzelnen Fügepartner zwischen die Rollen des Rollenpaares gemeinsam geführt werden. In a particularly advantageous embodiment, the at least one metallic joining partner and the at least one semi-finished fiber joining partner each provided by a material storage in the form of a quasi-continuous material, the joining partners are guided by their respective material storage between roles of at least one pair of rollers. Is this conveyor chain, for example, a first pair of rollers, i. that pair of rollers that is closest to the material storage, so for example, the merging of the joining partners in their respective joining surfaces can be achieved by the joint partners are performed jointly between the roles of the pair of rollers.

Zumindest eine der Rollen kann dabei als Elektrode oder Gegenelektrode ausgebildet sein, wobei ein Stromfluss in dem Heizabschnitt der zusammengeführten Fügepartner durch Anlegen einer elektrischen Spannung an wenigstens einer der Rollen als Elektrode oder Gegenelektrode bewirkt wird, und wobei die Fügepartner durch Druckbeaufschlagung der Rollen mindestens eines der Rollenpaare verpresst werden. At least one of the rollers may be formed as an electrode or counter electrode, wherein a current flow is effected in the heating section of the merged joining partners by applying an electrical voltage to at least one of the rollers as an electrode or counter electrode, and wherein the joining partners by pressurizing the rollers at least one of Roller pairs are pressed.

Dabei muss nicht zwangsläufig das Rollenpaar, das die Elektrode oder Gegenelektrode stellt, auch gleichzeitig dasjenige Rollenpaar sein, das die beiden Fügepartner miteinander verpresst. Denkbar ist auch, dass mindestens zwei Rollenpaare vorgesehen sind, von denen das eine Rollenpaar zum Bewirken des Stromflusses ausgebildet ist und das andere Rollenpaar zum Verpressen der Fügepartner. Denkbar ist sicherlich aber auch, dass die Rollen als Elektrode und/oder Gegenelektrode ausgebildet sind und gleichzeitig zum Verpressen der Fügepartner ausgebildet sind. It is not necessarily the same pair of rollers, which provides the electrode or counter electrode, at the same time be that pair of rollers, which presses the two joining partners together. It is also conceivable that at least two pairs of rollers are provided, of which one pair of rollers is designed to effect the flow of current and the other pair of rollers for pressing the joining partners. It is certainly also conceivable that the rollers are formed as an electrode and / or counter-electrode and are formed at the same time for pressing the joining partners.

Hierdurch wird es schließlich möglich, dass die Fügepartner in Form eines Quasi-Endlosmaterials kontinuierlich verschweißt werden, während sie durch das eine oder die mehreren Rollenpaare hindurch befördert werden. Somit lässt sich eine derartige Faserführungsvorrichtung in einen Ablegekopf integrieren oder in eine Fertigungsanlage zum kontinuierlichen Fertigen von Hybridprofilen. This eventually makes it possible for the joining partners to be continuously welded in the form of a quasi-continuous material as they pass through the one or more pairs of rolls. Thus, such a fiber guiding device can be integrated in a laying head or in a manufacturing plant for the continuous production of hybrid profiles.

So ist es bspw. denkbar, dass ein Stromfluss im Heizabschnitt zwischen einem ersten Rollenpaar und einem zweiten Rollenpaar bewirkt wird, wobei bei dem ersten Rollenpaar zumindest eine Rolle als Elektrode vorgesehen ist und bei dem zweiten Rollenpaar zumindest eine Rolle als Gegenelektrode vorgesehen ist. Die zusammengeführten Fügepartner werden somit erst durch das erste Rollenpaar und dann durch das zweite Rollenpaar geführt, wobei der Heizabschnitt zwischen dem ersten Rollenpaar und dem zweiten Rollenpaar in den Fügepartnern gebildet wird, wenn die Elektrode und/oder Gegenelektrode mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird. Hierdurch können gezielt die Fügepartner, die durch die Rollenpaare geführt werden, gezielt in dem Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Rollenpaar erwärmt werden, wobei das erste und/oder das zweite Rollenpaar des Weiteren ausgebildet sein kann, durch Druckbeaufschlagung in Richtung der Fügepartner die Fügepartner während des kontinuierlichen Erwärmens zu verpressen. Thus, for example, it is conceivable for a current flow in the heating section to be effected between a first pair of rollers and a second pair of rollers, wherein at least one roller is provided as the electrode in the first pair of rollers and at least one roller is provided as the counterelectrode in the second pair of rollers. The merged joining partners are thus guided first through the first pair of rollers and then through the second pair of rollers, wherein the heating section between the first roller pair and the second roller pair is formed in the joining partners, when the electrode and / or counter electrode is subjected to an electrical voltage. As a result, the joining partners, which are guided by the pairs of rollers, can be specifically heated in the section between the first and the second pair of rollers, wherein the first and / or the second pair of rollers can further be formed by joining the joining partners in the direction of the joining partners during continuous heating to press.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die zusammengeführten Fügepartner einer Ablegerolle oder einem Ablegeschuh zugeführt und die Fügepartner dann durch die Ablegerolle oder den Ablegeschuh auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche abgelegt. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Ablegerolle oder dem Ablegeschuh die bereits verschweißten Fügepartner zugeführt werden, um so ein zusammengeschweißtes Metallhybridhalbzeug auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche abzulegen. Denkbar ist aber auch, dass die Fügepartner zunächst zusammengeführt und während des Ablegens der zusammengeführten und erwärmten Fügepartner diese dann verpresst werden, sodass sie während des Ablegens auf der Werkzeugoberfläche erst stoffschlüssig verschweißt werden. Die Ablegerolle bzw. Ablegeschuh ist dabei Bestandteil eines Ablegekopfes, wobei der Ablegekopf ausgebildet sein kann, die ihm zugeführten oder bereitgestellten Fügepartner im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verschweißen.In a particularly advantageous embodiment, the merged joining partners are fed to a deposition roller or a Ablegeschuh and then the joining partners deposited by the Ablegerolle or the Ablegeschuh on a forming tool surface. In this case, it is particularly advantageous if the depositing roller or the Ablegeschuh be supplied to the already welded joining partners, so as to store a welded together metal hybrid semi-finished product on a forming tool surface. It is also conceivable that the joining partners are first brought together and then pressed during the deposition of the merged and heated joining partners, so that they are first welded cohesively while depositing on the tool surface. The depositing roller or Ablegeschuh is part of a deposition head, wherein the deposition head may be formed to weld him supplied or provided joining partner in the sense of the present invention.

So ist es des Weiteren denkbar, dass bspw. die Gegenelektrode durch eine elektrisch leitfähige Werkzeugoberfläche gebildet wird, sodass ein Stromfluss von einer Rolle eines Rollenpaares des Ablegekopfes einerseits und der elektrisch leitfähigen Werkzeugoberfläche als Gegenelektrode andererseits bewirkt wird, während die zusammengeführten Fügepartner auf die Werkzeugoberfläche abgelegt werden. Thus, it is also conceivable that, for example, the counter electrode is formed by an electrically conductive tool surface, so that a current flow is caused by a roll of a pair of rollers of the laying head on the one hand and the electrically conductive tool surface as a counter electrode on the other hand, while the merged joining partners deposited on the tool surface become.

Grundsätzlich kann Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet werden. Der Stromfluss kann dabei in Bezug auf die Faserhalbzeug-Fügepartner senkrecht oder in Faserrichtung erfolgen. Zur Steuerung der elektrischen Widerstände und damit der Wärmeentwicklung kann die Anpresskraft und die eingebrachte elektrische Leistung während des Prozesses variabel mit Hilfe einer Steuereinheit gesteuert werden, um so die optimalen Verschweißbedingungen zu erzeugen. Durch die Kraftaufbringung und Kraftvariation in Verbindung mit Wärmeerzeugen kann dabei sichergestellt werden, dass die eventuell vorhandene Matrix (bei Prepregs) aus der Fügezone bzw. Schweißzone verdrängt wird. Basically, DC or AC can be used. The current flow can take place perpendicular or in the fiber direction with respect to the semi-finished fiber joining partners. To control the electrical resistances and thus the heat development, the contact pressure and the introduced electrical power during the process can be variably controlled by means of a control unit so as to produce the optimum welding conditions. By the force application and force variation in connection with heat generation can be ensured that the possibly existing matrix (in prepregs) is displaced from the joining zone or welding zone.

Als Elektrode und/oder Gegenelektrode kommen insbesondere Rollen in Betracht, die an ihrer Mantelfläche ein elektrisch leitfähiges Material zum Anlegen einer elektrischen Spannung haben. Denkbar sind aber auch statische, nicht drehende Elektroden und/oder Gegenelektroden mit jeglicher Querschnittsform, bspw. einer runden, einer viereckigen, einer quaderförmigen oder länglichen Elektrodenform. Rollers which have an electrically conductive material for applying an electrical voltage on their lateral surface are particularly suitable as the electrode and / or counterelectrode. Also conceivable, however, are static, non-rotating electrodes and / or counterelectrodes with any cross-sectional shape, for example a round, a quadrangular, a cuboidal or oblong electrode shape.

Durch die Druckbeaufschlagung und gegebenenfalls dynamische Anpassung der Druckbeaufschlagung kann ein Eindringen der Kohlenstofffasern in den metallischen Fügepartner forciert werden, was einen besseren Verbund zum Ergebnis hat. Dabei kann durch eine Oberflächenvorbehandlung des metallischen Fügepartners die Fügewirkung erheblich verbessert werden. Durch die Integration von Widerhaken in den metallischen Fügepartnern, um die sich die Faserhalbzeuge ablegen, kann das Fügeergebnis ebenfalls deutlich verbessert werden. Um Hotspots zu vermeiden, wird eine hohe Flächenpressung angestrebt, d.h. es werden vorzugsweise Kleinelektroden mit weniger als 20 cm2 und besonders vorzugsweise weniger als 10 cm2 verwendet. Due to the pressurization and optionally dynamic adaptation of the pressurization penetration of the carbon fibers can be forced into the metallic joining partner, resulting in a better bond to the result. In this case, the joining effect can be considerably improved by a surface pretreatment of the metallic joining partner. By the integration of barbs in the metallic joining partners around which the semi-finished fiber products deposit, the joining result can also be significantly improved. In order to avoid hotspots, a high surface pressure is sought, that is, preferably small electrodes with less than 20 cm 2 and particularly preferably less than 10 cm 2 are used.

Die vorliegende Erfindung ist dabei speziell zum vorläufigen Fixieren von metallischen Inserts (z.B. Gewindeinserts) auf Kohlenstofffaserhalbzeugen besonders geeignet. The present invention is particularly suitable for preliminarily fixing metallic inserts (e.g., thread inserts) on carbon fiber semi-finished products.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können dabei auch mehr als zwei Fügepartner verschweißt werden, wobei die Abfolge bzw. Reihenfolge der einzelnen Fügepartner in der Schichtung variabel ist. Ein weiterer Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung ist bspw. die Reparatur von CFK-Bauteilen, die gewöhnlich geschäftet werden und danach mit einem neuen Fasermaterial inklusive Metallschichten belegt werden und mit der Primärstruktur verschweißt werden müssen. With the aid of the present invention, more than two joining partners can also be welded, the sequence or sequence of the individual joining partners in the layering being variable. Another application of the present invention is, for example, the repair of CFRP components, which are usually business and then covered with a new fiber material including metal layers and must be welded to the primary structure.

Das Erwärmen der Fügezone bzw. Schweißzone durch Anlegen der elektrischen Spannung kann auch mit anderen Erwärmungsmethoden, wie beispielsweise Ultraschall, Induktion oder Strahlungswärme, kombiniert werden. The heating of the joining zone or welding zone by applying the electrical voltage can also be combined with other heating methods, such as, for example, ultrasound, induction or radiant heat.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the attached figures. Show it:

1 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Stromfluss in Dickenrichtung; 1 schematic representation of an embodiment with current flow in the thickness direction;

2 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Stromfluss in der Ebene; 2 schematic representation of an embodiment with current flow in the plane;

3 schematische Darstellung einer Fördervorrichtung zum Fördern der Fügepartner mit gleichzeitigem Verschweißen; 3 schematic representation of a conveying device for conveying the joining partners with simultaneous welding;

4 schematische Darstellung eines Hybridablegekopfes mit erfindungsgemäßer Verschweißvorrichtung; 4 schematic representation of a Hybridablegekopfes with inventive welding device;

5 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der 4. 5 schematic representation of an embodiment of the 4 ,

1 zeigt schematische ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Stromfluss in Dickenrichtung, d.h. durch die beiden zusammengefügten Fügepartner hindurch bewirkt wird. Dabei wurde ein metallischer Fügepartner 10 mit einem Faserhalbzeug-Fügepartner 12 zusammengeführt, sodass sich ein Metall-Hybrid-Faserverbund 14 ergibt. 1 schematically shows an embodiment in which the flow of current in the thickness direction, that is caused by the two joined joint partners through. This was a metallic joining partner 10 with a semi-finished fiber joining partner 12 merged, creating a metal-hybrid fiber composite 14 results.

An einer Seite 11 des metallischen Fügepartners 10 wird eine Elektrode 20 kontaktiert, sodass die Elektrode 20 elektrisch leitend mit dem metallischen Fügepartner 10 an der einen Seite 11 des metallischen Fügepartners 10 kontaktiert ist. An einer Seite 13 des Faserhalbzeug-Fügepartners wird eine Gegenelektrode 22 kontaktiert, sodass die Gegenelektrode 22 elektrisch leitend mit dem Faserhalbzeug-Fügepartner 12 über die Seite 13 verbunden ist. Sowohl die Elektrode 20 als auch die Gegenelektrode 22 sind mit einer elektrischen Spannungsquelle 24 verbunden. On one side 11 of the metallic joining partner 10 becomes an electrode 20 contacted so that the electrode 20 electrically conductive with the metallic joining partner 10 on one side 11 of the metallic joining partner 10 is contacted. On one side 13 of the semi-finished fiber joining partner becomes a counter electrode 22 contacted so that the counter electrode 22 electrically conductive with the semi-finished fiber joining partner 12 over the page 13 connected is. Both the electrode 20 as well as the counter electrode 22 are with an electrical power source 24 connected.

Wird nun eine elektrische Spannung an der Elektrode 20 und/oder Gegenelektrode 22 angelegt, so wird bspw. ein Stromfluss von der Elektrode 20 zur Gegenelektrode 22 durch die Fügepartner 10, 12 hindurch bewirkt. Dabei fließt ein Strom von der Elektrode 20 zunächst durch den metallischen Fügepartner 10, durch den Faserhalbzeug-Fügepartner 12 hin zur Gegenelektrode 22, wobei hierdurch der Heizabschnitt 26 definiert wird, innerhalb dessen die Fügepartner 10, 12 aufgrund des Stromflusses erwärmt werden. Will now be an electrical voltage at the electrode 20 and / or counter electrode 22 applied, so for example, a current flow from the electrode 20 to the counter electrode 22 through the joining partners 10 . 12 through. In this case, a current flows from the electrode 20 first by the metallic joining partner 10 , through the semi-finished fiber joining partner 12 towards the counter electrode 22 , whereby thereby the heating section 26 within which are the joining partners 10 . 12 be heated due to the flow of current.

Während oder nach dem Erwärmen aufgrund des bewirkten Stromflusses in dem Heizabschnitt 26 wird eine Kraft F in Richtung der Fügepartner durch die Elektrode und/oder Gegenelektrode erwirkt, sodass die Fügepartner 10, 12 im Bereich ihrer Fügeflächen 15 druckbeaufschlagt werden. Die Querschnittsmenge von Fügefläche 15 und Heizabschnitt 26 bildet dabei die Schweißzone 28 in der die beiden Fügepartner miteinander verschweißt werden. During or after the heating due to the effected current flow in the heating section 26 a force F is obtained in the direction of the joining partners by the electrode and / or counterelectrode so that the joining partners 10 . 12 in the area of their joining surfaces 15 be pressurized. The cross-section quantity of joining surface 15 and heating section 26 forms the welding zone 28 in which the two joining partners are welded together.

Dabei erfolgt in der Schweißzone 28 sowohl ein Wärmeeintrag aufgrund des bewirkten Stromflusses einerseits als auch ein mechanischer Energieeintrag in Form einer Druckbeaufschlagung durch die Elektroden/Gegenelektroden andererseits, sodass aufgrund des Verpressens und der Wärme in der Schweißzone dann ein Verschweißen der Fügepartner erfolgt. This takes place in the weld zone 28 both a heat input due to the induced current flow on the one hand and a mechanical energy input in the form of pressurization by the electrodes / counter-electrodes on the other hand, so that then due to the compression and the heat in the weld zone, a welding of the joining partners.

2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektrode 20 und die Gegenelektrode 22 an einer gemeinsamen Seite 11 des metallischen Fügepartners 10 kontaktiert wird, sodass ein Stromfluss in der Ebene des metallischen Fügepartners bewirkt wird, also bspw. in dem metallischen Fügepartner parallel zu der Faserorientierung des Faserhalbzeug-Fügepartners 12. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die Elektrode und die Gegenelektrode an einer gemeinsamen Seite des Faserhalbzeug-Fügepartners kontaktiert wird, wenn der Faserhalbzeug-Fügepartner elektrisch leitfähig ist. 2 schematically shows an embodiment in which the electrode 20 and the counter electrode 22 on a common page 11 of the metallic joining partner 10 is contacted, so that a current flow in the plane of the metallic joining partner is effected, so for example. In the metallic joining partner parallel to the fiber orientation of the semi-finished fiber joining partner 12 , Of course, it is also conceivable that the electrode and the counter electrode is contacted on a common side of the semi-finished fiber joining partner when the semi-finished fiber joining partner is electrically conductive.

3 zeigt schematisch eine Fördervorrichtung 30, mit der ein Quasi-Endlosmaterial gefördert und gleichzeitig miteinander verschweißt werden soll. Der metallische Fügepartner 10 wird dabei durch einen Metallspeicher 31 bereitgestellt, während der Faserhalbzeug-Fügepartner 12 durch einen Faserhalbzeugspeicher 32 bereitgestellt wird. 3 schematically shows a conveyor 30 , with which a quasi-endless material is promoted and at the same time welded together. The metallic joining partner 10 is doing so by a metal memory 31 provided during the semi-finished fiber joining partner 12 through a semi-finished fiber storage 32 provided.

Der metallische Fügepartner in Form eines Quasi-Endlosmaterials sowie der Faserhalbzeug-Fügepartner 12 in Form eines Quasi-Endlosmaterials werden dann zu einem ersten Rollenpaar 33 geführt, wobei das erste Rollenpaar eine erste Rolle 33a und eine zweite Rolle 33b aufweist. Zwischen der ersten Rolle 33a und der zweiten Rolle 33b des Rollenpaares 33 wird dann sowohl der metallische Fügepartner 10 als auch der Faserhalbzeug-Fügepartner 12 geführt. The metallic joining partner in the form of a quasi-continuous material and the semi-finished fiber joining partner 12 in the form of a quasi-endless material then become a first pair of rollers 33 guided, wherein the first pair of rollers a first role 33a and a second role 33b having. Between the first roll 33a and the second role 33b of the roll pair 33 then becomes both the metallic joining partner 10 as well as the semi-finished fiber joining partners 12 guided.

Die zumindest dann so zusammengeführten Fügepartner 10, 12 werden dann zu einem zweiten Rollenpaar 34 geführt, wobei auch das zweite Rollenpaar zwei Rollen 35a, 34b aufweist, zwischen denen dann die Fügepartner hindurchgeführt werden. At least then merged joining partners 10 . 12 then become a second pair of roles 34 guided, with the second pair of rollers two roles 35a . 34b between which then the joining partners are passed.

Im Ausführungsbeispiel der 3 sind dabei die Rollen 33a, 33b des ersten Rollenpaares 33 als Elektroden ausgebildet, während die Rollen 34a, 34b des zweiten Rollenpaares 34 als Gegenelektroden ausgebildet sind, sodass bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss zwischen dem ersten Rollenpaar und dem zweiten Rollenpaar bewirkt wird. Demnach wird der Heizabschnitt zwischen dem beabstandet angeordneten ersten Rollenpaar 33 und zweiten Rollenpaar 34 gebildet. In the embodiment of 3 are the roles 33a . 33b of the first pair of rollers 33 formed as electrodes while the rollers 34a . 34b of the second pair of rollers 34 are formed as counterelectrodes, so that upon application of an electrical voltage, a current flow between the first roller pair and the second roller pair is effected. Accordingly, the heating section between the spaced-apart first pair of rollers 33 and second pair of rollers 34 educated.

Durch eine Druckbeaufschlagung zumindest des zweiten Rollenpaares 34, bei dem die Fügepartner 10, 12 hinreichend erwärmt sind, können dann die Fügepartner miteinander verpresst werden, sodass mindestens zwischen den Rollen 34a, 34b des zweiten Rollenpaares 34 die Schweißzone 28 ausgebildet wird. By pressurizing at least the second roller pair 34 in which the joining partners 10 . 12 are sufficiently heated, then the joining partners can be pressed together, so at least between the rollers 34a . 34b of the second pair of rollers 34 the welding zone 28 is trained.

Mit einer derartigen Fördervorrichtung 30 können nun kontinuierlich Fügepartner miteinander gefördert und verschweißt werden, um die so bspw. einer Profilumformung zuzuführen oder bspw. auf einem formgebenden Werkzeug abzulegen. With such a conveyor 30 can now be continuously jointing partners promoted together and welded to the example so. to feed a profile forming or, for example. Store on a forming tool.

4 zeigt schematisch einen Ablegekopf 40, mit dem ein verschweißtes Metall-Hybrid-Faserhalbzeug auf einem Werkzeug 41 abgelegt werden soll. Der Ablegekopf 40 weist dabei eine Fördervorrichtung 30 auf, wie sie bspw. in 3 erläutert wurde. Darüber hinaus weist der Ablegekopf 40 eine Ablegerolle 42 auf, der die verschweißten Fügepartner zugeführt werden, damit sie auf dem Werkzeug 41 in Form eines Metall-Hybrid-Faserhalbzeuges 14 abgelegt werden können. 4 schematically shows a deposition head 40 using a welded metal hybrid semi-finished fiber on a tool 41 should be stored. The deposition head 40 has a conveyor device 30 on how they eg in 3 was explained. In addition, the deposition head has 40 an offshoot roll 42 on which the welded joining partners are fed to allow them on the tool 41 in the form of a metal hybrid fiber semi-finished product 14 can be stored.

Im Ausführungsbeispiel der 4 und auch der 5 ist der Metallspeicher 31 und der Faserhalbzeugspeicher 32, mit dem die Fügepartner bereitgestellt werden, schematisch Bestandteil des Ablegekopfes. Praktischerweise wird der Materialspeicher jedoch außerhalb des beweglich ausgeführten Ablegekopfes angeordnet sein, sodass die einzelnen Fügepartner den Faserablegekopf lediglich bereitgestellt werden. Die Darstellung des jeweiligen Materialspeichers innerhalb des Ablegekopfes ist somit lediglich eine vereinfachte Darstellung einer Zuführung der Fügepartner zu dem Ablegekopf von einem feststehenden Materialspeicher und stellt somit ein entsprechendes Äquivalent dar. In the embodiment of 4 and also the 5 is the metal storage 31 and the semi-finished fiber storage 32 , with which the joining partners are provided, schematically part of the laying head. Conveniently, however, the material reservoir will be located outside of the movably running deposition head, so that the individual joining partners are merely provided the Faserablegekopf. The representation of the respective material storage within the deposition head is thus merely a simplified representation of a feeding of the joining partner to the deposition head of a fixed material storage and thus represents a corresponding equivalent.

In dem Ablegekopf werden die Fügepartner nun zwischen den einzelnen Rollen der Rollenpaare 33 und 34 geführt, bestromt und verpresst, sodass die Fügepartner miteinander verschweißt werden. Anschließend werden die so verschweißten Fügepartner dann der Ablegerolle zugeführt, um sie auf dem Werkzeug 41 abzulegen. In the laying head, the joining partners now become between the individual rolls of the roll pairs 33 and 34 guided, energized and pressed, so that the joining partners are welded together. Subsequently, the joining partners welded in this way are then fed to the depositing roller in order to place them on the tool 41 store.

5 zeigt hierbei im Ausführungsbeispiel die Variante, bei der nur ein Rollenpaar 33 vorgesehen ist, dessen Rollen als Elektrode ausgebildet sind, während eine elektrisch leitfähige Werkzeugoberfläche 43 als Gegenelektrode fungiert. Zwischen der Ablegerolle 42 und dem ersten Rollenpaar 33 wird somit der Heizabschnitt 26 definiert, wobei die Ablegerolle 42 dann durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung die Fügepartner schließlich während des Ablegens auf dem Werkzeug verpresst. 5 shows in the embodiment, the variant in which only one pair of rollers 33 is provided, the rollers are formed as an electrode, while an electrically conductive tool surface 43 acts as a counter electrode. Between the depositing roller 42 and the first pair of rollers 33 thus becomes the heating section 26 defined, wherein the Ablegerolle 42 then finally compressed by a corresponding pressurization, the joining partners during placement on the tool.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
metallischer Fügepartnermetallic joining partner
1111
erste Seite des metallischen Fügepartners first side of the metallic joining partner
1212
Faserhalbzeug-Fügepartner Semi-finished fiber-joining partner
1313
erste Seite des Faserhalbzeug-Fügepartners first side of the semi-finished fiber joining partner
1414
Hybrid-Metall-Faserverbundbauteil Hybrid-metal fiber composite component
1515
Fügefläche joining surface
2020
Elektrode electrode
2222
Gegenelektrode counter electrode
2424
elektrische Spannungsversorgung electrical power supply
2626
Heizabschnitt heating section
2828
Schweißzone welding zone
3030
Fördervorrichtung conveyor
3131
Metallspeicher metal storage
3232
Faserhalbzeugspeicher Semi-finished fiber storage
3333
erstes Rollenpaar first pair of roles
33a33a
erste Rolle des ersten Rollenpaares first roll of the first pair of rolls
33b33b
zweite Rolle des ersten Rollenpaares second role of the first pair of rollers
3434
zweites Rollenpaar second pair of rollers
34a34a
erste Rolle des zweiten Rollenpaares first role of the second pair of rollers
34b34b
zweite Rolle des zweiten Rollenpaares second role of the second pair of rollers
4040
Ablegekopf laying head
4141
Werkzeug Tool
4242
Ablegerolle depositing role
4343
elektrisch leitfähige Werkzeugoberfläche electrically conductive tool surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102005018478 A1 [0008] DE 102005018478 A1 [0008]

Claims (18)

Verfahren zum Verschweißen von wenigstens einem metallischen Fügepartner (10) und wenigstens einem Faserhalbzeug-Fügepartner (12) zur Herstellung eines Metall-Hybrid-Faserverbundbauteils (14), wobei der wenigstens eine metallische Fügepartner (10) aus einem Metallwerkstoff besteht oder einen solchen Metallwerkstoff aufweist, gekennzeichnet durch a) Kontaktieren wenigstens einer Elektrode (20) und wenigstens einer Gegenelektrode (22) an die über ihre jeweiligen Fügeflächen (15) zusammengeführten Fügepartner (10, 12), sodass zumindest einer der Fügepartner (10, 12) elektrisch kontaktiert ist, b) Anlegen einer elektrischen Spannung an der wenigstens einen Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22), sodass ein Stromfluss zwischen der Elektrode (20) und der Gegenelektrode (22) in einem Heizabschnitt in wenigstens einem der Fügepartner (10, 12) derart bewirkt wird, dass die Fügepartner (10, 12) im Heizabschnitt (26) erwärmt werden, und c) Verpressen der im Heizabschnitt (26) erwärmten Fügepartner (10, 12) durch Druckbeaufschlagung in einer Schweißzone (28), die innerhalb des Heizabschnittes (26) liegt, um die Fügepartner (10, 12) an ihren Fügeflächen (15) in der Schweißzone (28) zu verschweißen.Method for welding at least one metallic joining partner ( 10 ) and at least one semifinished fiber joining partner ( 12 ) for producing a metal hybrid fiber composite component ( 14 ), wherein the at least one metallic joining partner ( 10 ) consists of a metal material or has such a metal material, characterized by a) contacting at least one electrode ( 20 ) and at least one counter electrode ( 22 ) to the over their respective joining surfaces ( 15 ) joining partners ( 10 . 12 ), so that at least one of the joining partners ( 10 . 12 ) is electrically contacted, b) applying an electrical voltage to the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ), so that a current flow between the electrode ( 20 ) and the counter electrode ( 22 ) in a heating section in at least one of the joining partners ( 10 . 12 ) is effected in such a way that the joining partners ( 10 . 12 ) in the heating section ( 26 ), and c) pressing in the heating section ( 26 ) heated joining partners ( 10 . 12 ) by pressurization in a weld zone ( 28 ) inside the heating section ( 26 ) in order to determine the joining partners ( 10 . 12 ) at their joining surfaces ( 15 ) in the welding zone ( 28 ) to be welded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung in der Schweißzone (28) durch die wenigstens eine Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) bewirkt wird, indem die wenigstens eine Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) mit einer Kraft in Richtung der Fügeflächen (15) der Fügepartner (10, 12) beaufschlagt wird.A method according to claim 1, characterized in that the pressurization in the welding zone ( 28 ) through the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) is effected by the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) with a force in the direction of the joining surfaces ( 15 ) of the joining partners ( 10 . 12 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss während des Verpressens der Fügepartner (10, 12) in dem Heizabschnitt (26) durch Anlegen der elektrischen Spannung bewirkt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the current flow during the pressing of the joining partners ( 10 . 12 ) in the heating section ( 26 ) is effected by applying the electrical voltage. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine metallische Fügepartner (10) separat zu dem wenigstens einen Faserhalbzeug-Fügepartner (12) vor dem Anlegen der elektrischen Spannung vorgewärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic joining partner ( 10 ) separately to the at least one semi-finished fiber-joining partner ( 12 ) is preheated before applying the electrical voltage. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (20) und Gegenelektrode (22) an einem der Fügepartner (10, 12) gemeinsam kontaktiert wird und/oder dass die wenigstens eine Elektrode (20) an einer Seite (11, 13) eines ersten Fügepartners (10, 12) und die wenigstens eine Gegenelektrode (22) an einer Seite (11, 13) eines zweiten Fügepartners (10, 12) kontaktiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrode ( 20 ) and counterelectrode ( 22 ) at one of the joining partners ( 10 . 12 ) is contacted together and / or that the at least one electrode ( 20 ) on one side ( 11 . 13 ) of a first joining partner ( 10 . 12 ) and the at least one counterelectrode ( 22 ) on one side ( 11 . 13 ) of a second joining partner ( 10 . 12 ) is contacted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) gekühlt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) are cooled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine metallische Fügepartner (10) und der wenigstens eine Faserhalbzeug-Fügepartner (12) jeweils durch einen Materialspeicher in Form eines Quasiendlosmaterials bereitgestellt werden, wobei die Fügepartner (10, 12) von ihrem jeweiligen Materialspeicher aus zwischen Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) wenigstens eines Rollenpaares (33, 34) geführt werden, wobei ein Stromfluss in dem Heizabschnitt (26) der zusammengeführten Fügepartner (10, 12) durch Anlegen einer elektrischen Spannung an wenigstens eine der Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) als Elektrode (20) oder Gegenelektrode (22) bewirkt wird, und wobei die Fügepartner (10, 12) durch Druckbeaufschlagung der Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) mindestens eines der Rollenpaare (33, 34) verpresst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallic joining partner ( 10 ) and the at least one semifinished fiber joining partner ( 12 ) are each provided by a material storage in the form of a Quasiendlosmaterials, the joining partners ( 10 . 12 ) from their respective material store between roles ( 33a . 33b . 34a . 34b ) at least one pair of rolls ( 33 . 34 ), wherein a current flow in the heating section ( 26 ) of the merged joint partners ( 10 . 12 ) by applying an electrical voltage to at least one of the rollers ( 33a . 33b . 34a . 34b ) as an electrode ( 20 ) or counter electrode ( 22 ) and the joining partners ( 10 . 12 ) by pressurizing the rollers ( 33a . 33b . 34a . 34b ) at least one of the pairs of roles ( 33 . 34 ) are pressed. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss im Heizabschnitt (26) zwischen einem ersten Rollenpaar (33), bei dem wenigstens eine Rolle (33a, 33b) als Elektrode (20) vorgesehen ist, und einem zweiten Rollenpaar (34), bei dem wenigstens eine Rolle (34a, 34b) als Gegenelektrode (22) vorgesehen ist, bewirkt wird, oder dass ein Stromfluss im Heizabschnitt (26) zwischen einer ersten Rolle (33a, 34a) eines Rollenpaares (33, 34) als Elektrode (20) und einer zweiten Rolle (33b, 34b) des Rollenpaares (33, 34) als Gegenelektrode (22) bewirkt wird.A method according to claim 7, characterized in that a current flow in the heating section ( 26 ) between a first pair of rollers ( 33 ), in which at least one roller ( 33a . 33b ) as an electrode ( 20 ) and a second pair of rollers ( 34 ), in which at least one roller ( 34a . 34b ) as counterelectrode ( 22 ) is caused, or that a current flow in the heating section ( 26 ) between a first roll ( 33a . 34a ) of a pair of rolls ( 33 . 34 ) as an electrode ( 20 ) and a second roll ( 33b . 34b ) of the pair of rolls ( 33 . 34 ) as counterelectrode ( 22 ) is effected. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengeführten Fügepartner (10, 12) einer Ablegerolle (42) oder einem Ablegeschuh zugeführt werden und die Fügepartner (10, 12) dann durch die Ablegerolle (42) oder dem Ablegeschuh auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche abgelegt werden.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the merged joining partners ( 10 . 12 ) of an off-take role ( 42 ) or a delivery shoe and the joining partners ( 10 . 12 ) then by the Ablegerolle ( 42 ) or the Ablegeschuh be placed on a forming tool surface. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss in dem Heizabschnitt (26) der zusammengeführten Fügepartner (10, 12) durch Anlegen einer elektrischen Spannung an der wenigstens einen Rolle (33a, 33b, 34a, 34b) als Elektrode (20) bewirkt wird, wobei die Gegenelektrode (22) durch eine elektrisch leitfähige Werkzeugoberfläche (43) gebildet wird.A method according to claim 9, characterized in that a flow of current in the heating section ( 26 ) of the merged joint partners ( 10 . 12 ) by applying an electrical voltage to the at least one roller ( 33a . 33b . 34a . 34b ) as an electrode ( 20 ) is effected, wherein the counter electrode ( 22 ) through an electrically conductive tool surface ( 43 ) is formed. Vorrichtung zum Verschweißen von wenigstens einem metallischen Fügepartner (10) und wenigstens einem Faserhalbzeug-Fügepartner (12) zur Herstellung eines Metall-Hybrid-Faserverbundbauteils (14), wobei der wenigstens eine metallische Fügepartner (10) aus einem Metallwerkstoff besteht oder einen solchen Metallwerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Kontakteinrichtung mit wenigstens einer Elektrode (20) und wenigstens einer Gegenelektrode (22) vorgesehen ist, die zum Kontaktieren wenigstens eines Fügepartners (10, 12) ausgebildet und mit einer elektrischen Spannungsversorgung (24) verbindbar sind, sodass durch Anlegen einer elektrischen Spannung an der Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) ein Stromfluss in einem Heizabschnitt (26) in wenigstens einem Fügepartner (10, 12) derart bewirkt wird, dass die Fügepartner (10, 12) im Heizabschnitt (26) erwärmt werden, wenn die wenigstens eine Elektrode (20) und Gegenelektrode (22) den wenigstens einen Fügepartner (10, 12) der an den Fügeflächen (15) zusammengeführten Fügepartner (10, 12) kontaktiert, und eine Verpresseinrichtung vorgesehen ist, die zum Verpressen der Fügepartner (10, 12) durch Druckbeaufschlagung in einer Schweißzone (28), die innerhalb des Heizabschnittes (26) liegt, ausgebildet ist, um die Fügepartner (10, 12) an ihren Fügeflächen (15) in der Schweißzone (28) zu verschweißen.Device for welding at least one metallic joining partner ( 10 ) and at least one semifinished fiber joining partner ( 12 ) for producing a metal hybrid fiber composite component ( 14 ), wherein the at least one metallic joining partner ( 10 ) consists of a metal material or has such a metal material, characterized in that an electrical contact device with at least one electrode ( 20 ) and at least one counter electrode ( 22 ) is provided, which for contacting at least one joining partner ( 10 . 12 ) and with an electrical power supply ( 24 ) are connectable, so that by applying an electrical voltage to the electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) a current flow in a heating section ( 26 ) in at least one joining partner ( 10 . 12 ) is effected in such a way that the joining partners ( 10 . 12 ) in the heating section ( 26 ) are heated when the at least one electrode ( 20 ) and counterelectrode ( 22 ) the at least one joining partner ( 10 . 12 ) at the joining surfaces ( 15 ) joining partners ( 10 . 12 ), and a pressing device is provided, which is used for pressing the joining partners ( 10 . 12 ) by pressurization in a weld zone ( 28 ) inside the heating section ( 26 ), is formed around the joining partners ( 10 . 12 ) at their joining surfaces ( 15 ) in the welding zone ( 28 ) to be welded. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpresseinrichtung durch wenigstens eine Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) gebildet wird, wobei die wenigstens eine Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) zur Druckbeaufschlagung in der Schweißzone (28) mit einer Kraft in Richtung der Fügeflächen (15) der Fügepartner (10, 12) ausgebildet sind.Apparatus according to claim 11, characterized in that the pressing device by at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ), wherein the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) for pressurizing in the welding zone ( 28 ) with a force in the direction of the joining surfaces ( 15 ) of the joining partners ( 10 . 12 ) are formed. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorwärmeinrichtung vorgesehen ist, die zum Vorwärmen des wenigstens einen metallischen Fügepartners (10) separat zu dem wenigstens einen Faserhalbzeug-Fügepartner (12) vor dem Anlegen der elektrischen Spannung vorgesehen ist, und/oder dass eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die zum Kühlen der wenigstens einen Elektrode (20) und/oder Gegenelektrode (22) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that a preheating device is provided, which is for preheating the at least one metallic joining partner ( 10 ) separately to the at least one semi-finished fiber-joining partner ( 12 ) is provided prior to the application of the electrical voltage, and / or that a cooling device is provided, which is for cooling the at least one electrode ( 20 ) and / or counterelectrode ( 22 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung ausgebildet ist, die wenigstens eine Elektrode (20) und Gegenelektrode (22) an einer gemeinsamen Seite einer der Fügepartner (10, 12) zu kontaktieren oder die wenigstens eine Elektrode (20) an einer Seite (11, 13) eines ersten Fügepartners (10, 12) und die wenigstens eine Gegenelektrode (22) an einer Seite (11, 13) eines zweiten Fügepartners (10, 12) zu kontaktieren.Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the electrical contact device is formed, the at least one electrode ( 20 ) and counterelectrode ( 22 ) on a common side of one of the joining partners ( 10 . 12 ) or the at least one electrode ( 20 ) on one side ( 11 . 13 ) of a first joining partner ( 10 . 12 ) and the at least one counterelectrode ( 22 ) on one side ( 11 . 13 ) of a second joining partner ( 10 . 12 ) to contact. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialbereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, die zum Bereitstellen des wenigstens einen metallischen Fügepartners (10) und des wenigstens einen Faserhalbzeug-Fügepartners (12) jeweils durch einen Materialspeicher in Form eines Quasiendlosmaterials ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Rollenpaar (33, 34) vorgesehen ist, zwischen deren Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) die Fügepartner (10, 12) von ihren jeweiligen Materialspeichern geführt werden, wobei wenigstens eine der Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) als der Teil der elektrischen Kontakteinrichtung die Elektrode (20) bildet, die mit der Gegenelektrode (22) so zusammenwirkt, dass ein Stromfluss in dem Heizabschnitt (26) der zusammengeführten Fügepartner (10, 12) bewirkt wird, und wobei mindestens eines der Rollenpaare (33, 34) die Verpresseinrichtung bildet, indem die Rollen (33a, 33b, 34a, 34b) zur Druckbeaufschlagung in Richtung der Fügefläche (15) ausgebildet sind.Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that a material supply device is provided, which is provided for providing the at least one metallic joining partner ( 10 ) and the at least one semi-finished fiber joining partner ( 12 ) is formed in each case by a material storage in the form of a Quasiendlosmaterials, wherein at least one pair of rollers ( 33 . 34 ) between their roles ( 33a . 33b . 34a . 34b ) the joining partners ( 10 . 12 ) are guided by their respective material stores, wherein at least one of the rolls ( 33a . 33b . 34a . 34b ) as the part of the electrical contact means the electrode ( 20 ) formed with the counter electrode ( 22 ) cooperates such that a flow of current in the heating section ( 26 ) of the merged joint partners ( 10 . 12 ) and at least one of the pairs of rollers ( 33 . 34 ) the pressing device forms by the rollers ( 33a . 33b . 34a . 34b ) for pressurizing in the direction of the joining surface ( 15 ) are formed. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rollenpaar (33) vorgesehen ist, bei dem wenigstens eine Rolle (33a, 33b) die Elektrode (20) bildet, und ein zweiten Rollenpaar (34) vorgesehen ist, bei dem wenigstens eine Rolle (34a, 34b) die Gegenelektrode (22) bildet, und/oder dass eine erste Rolle (33a, 34a) eines Rollenpaares (33, 34) die Elektrode (20) und eine zweite Rolle (33b, 34b) des Rollenpaares (33, 34) die Gegenelektrode (22) bildet.Apparatus according to claim 15, characterized in that a first pair of rollers ( 33 ) is provided, wherein at least one roller ( 33a . 33b ) the electrode ( 20 ) and a second pair of rollers ( 34 ) is provided, wherein at least one roller ( 34a . 34b ) the counterelectrode ( 22 ), and / or that a first roll ( 33a . 34a ) of a pair of rolls ( 33 . 34 ) the electrode ( 20 ) and a second roll ( 33b . 34b ) of the pair of rolls ( 33 . 34 ) the counterelectrode ( 22 ). Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablegeeinrichtung mit einer Ablegerolle (42) oder einem Ablegeschuh vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung zum Zuführen der zusammengeführten und durch mindestens ein Rollenpaar (33, 34) verpressten Fügepartner (10, 12) zu der Ablegeeinrichtung ausgebildet ist, wobei die Ablegeeinheit zum Ablegen der zusammengeführten Fügepartner (10, 12) auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche mittels der Ablegerolle (42) oder mittels des Ablegeschuhs eingerichtet ist.Apparatus according to claim 15 or 16, characterized in that a depositing device with an Ablegerolle ( 42 ) or a delivery shoe, wherein the device for feeding the merged and by at least one pair of rollers ( 33 . 34 ) pressed joint partners ( 10 . 12 ) is formed to the depositing device, wherein the depositing unit for storing the merged joint partners ( 10 . 12 ) on a shaping tool surface by means of the Ablegerolle ( 42 ) or by means of the Ablegeschuhs is set up. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (20) durch wenigstens eine Rolle (33a, 33b, 34a, 34b) eines der Rollenpaare (33, 34) gebildet wird, wobei die Elektrode (20) mit einer elektrisch leitfähigen Werkzeugoberfläche (43) als Gegenelektrode (22) zum Bewirken eines Stromflusses in dem Heizabschnitt (26) zusammenwirkt.Device according to claim 17, characterized in that at least one electrode ( 20 ) by at least one roller ( 33a . 33b . 34a . 34b ) one of the pairs of roles ( 33 . 34 ) is formed, wherein the electrode ( 20 ) with an electrically conductive tool surface ( 43 ) as counterelectrode ( 22 ) for causing a current flow in the heating section (FIG. 26 ) cooperates.
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