WO2017036444A1 - Neue fügetechnologie für mischverbindungen - Google Patents

Neue fügetechnologie für mischverbindungen Download PDF

Info

Publication number
WO2017036444A1
WO2017036444A1 PCT/DE2016/100363 DE2016100363W WO2017036444A1 WO 2017036444 A1 WO2017036444 A1 WO 2017036444A1 DE 2016100363 W DE2016100363 W DE 2016100363W WO 2017036444 A1 WO2017036444 A1 WO 2017036444A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joining
metallic
partner
joining partner
wire
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/100363
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michailov Vesselin
Holger Seidlitz
Leander Schleuss
Original Assignee
Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg filed Critical Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg
Publication of WO2017036444A1 publication Critical patent/WO2017036444A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/64—Joining a non-plastics element to a plastics element, e.g. by force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/14—Riveting machines specially adapted for riveting specific articles, e.g. brake lining machines
    • B21J15/147—Composite articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • B23K9/092—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits characterised by the shape of the pulses produced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K9/232—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded of different metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/3404—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" characterised by the type of heated elements which remain in the joint
    • B29C65/342—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" characterised by the type of heated elements which remain in the joint comprising at least a single wire, e.g. in the form of a winding
    • B29C65/3432—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" characterised by the type of heated elements which remain in the joint comprising at least a single wire, e.g. in the form of a winding comprising several wires, e.g. in the form of several independent windings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/34—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement"
    • B29C65/3472—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" characterised by the composition of the heated elements which remain in the joint
    • B29C65/3476—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated elements which remain in the joint, e.g. "verlorenes Schweisselement" characterised by the composition of the heated elements which remain in the joint being metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/562—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits using extra joining elements, i.e. which are not integral with the parts to be joined
    • B29C65/564—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits using extra joining elements, i.e. which are not integral with the parts to be joined hidden in the joint, e.g. dowels or Z-pins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/62—Stitching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/08—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of welds or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/15—Magnesium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/32—Material from living organisms, e.g. skins
    • B23K2103/34—Leather
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/38—Fabrics, fibrous materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/40—Paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/42—Plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B29C66/7422—Aluminium or alloys of aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B29C66/7428—Transition metals or their alloys
    • B29C66/74281—Copper or alloys of copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/74—Joining plastics material to non-plastics material
    • B29C66/742—Joining plastics material to non-plastics material to metals or their alloys
    • B29C66/7428—Transition metals or their alloys
    • B29C66/74283—Iron or alloys of iron, e.g. steel

Definitions

  • a disadvantage is that in joining process for the joining of metallic and non-metallic joining partners (especially Kunststoffhegepartnern) from the prior art, the fibers are partially destroyed area in the joining.
  • Another disadvantage is that only occasional or discrete connections along the joint zone can be produced. The transferable loads are thus achieved only in certain load directions. The bond strengths are often not high enough.
  • the bond strengths are often not high enough.
  • Overlapping length can be selected to achieve a satisfactory connection strength.
  • DE 10201321 1580 a method for thermo-mechanical forming is described. Here, the local penetration of the joint by means of dome is revealed. Thus, a kind of draft, which then around the joint point on the opposite side
  • connection stiffness is impaired. In addition, moderate heat is generated in the component.
  • CMT Cold Metal Transfer
  • Metal surfaces have a three-dimensional surface. Here metallic pins are welded with a CMT system onto a metallic joining surface. It usually arises
  • FKV component fiber-reinforced plastic composite component
  • the FKV component is locally melted by heat and pressed onto the CMT pins. It comes to the fiber displacement with the desired preservation of the fibers. The distortion and the visual appearance are poor. The heating of the FRP component is also particularly time consuming.
  • the invention relates to a joining method for joining at least two joining partners, wherein at least one first joining partner is a metallic joining partner and at least one second joining partner is a non-metallic joining partner, characterized in that at least the first and the second
  • Joining partners are joined via a CMT pin method, comprising the following steps: a) pushing a wire through the second non-metallic joining partner, b) firmly welding a wire end of the wire to the surface of the first
  • a particular innovation of this method is that the joining direction is on the side of the non-metallic joining partner.
  • the wire for the CMT pins is pushed by the non-metallic joining partner so that the pins do not form during the joining process itself. This is a
  • thermo-mechanical forming disadvantages arise in particular through pre-drilling. Piercing creates a continuous hole that lets media through. This can be avoided by the method according to the invention.
  • the joining method additionally comprises the step c) melting the wire at a certain point, preferably by a
  • this closing head is a further particular advantage of the invention, since it is accompanied by an increase in the head tensile strength, that is to say the direction of vertical load to the component surface.
  • the process is characterized among other things by a high-precision process control, which allows an exact adjustment of the pin length.
  • the metallic joining partner comprises materials selected from the group comprising aluminum, steel, magnesium, copper or their alloys. It is also preferred that the metallic joining partner consists of these mentioned materials.
  • the non-metallic joining partner comprises materials selected from the group comprising plastic, fiber-reinforced plastic, paper, leather and / or textiles. It is also preferred that the non-metallic
  • Joining partner consists of the materials mentioned. Any of the possible combinations of metallic and non-metallic joining partners may be advantageous for a particular application.
  • the two joining partners are cut to size and adapted to each other. It is also preferred that the non-metallic joining partner is tensioned.
  • Embodiment may be advantageous for the joining method, with a person skilled in the relevant field of the prior art knows when to work with tense joining partners.
  • the metal surface of the metallic joining partner is activated for welding.
  • scale layers and / or oxide layers and / or impurities are preferably removed. Thereafter, the non-metallic joining partner is placed and possibly tensioned.
  • non-metallic joining partner it may be useful or necessary to heat the wire before piercing.
  • an additional device of the wire located in a CMT welding machine can be heated at the wire end in the vicinity of the joint to a preferred preheating temperature.
  • the wire is not heated to a desired preheating temperature, but the non-metallic joining partner itself is heated.
  • Embodiment for the respective application is most suitable, knows one of skill in the relevant field of the prior art, without being self-inventive.
  • the wire is preferably pushed with the wire feed of the CMT device through the non-metallic joining partner.
  • the CMT pin process is started and the wire end is welded to the metal.
  • the wire is then preferably melted when passing through an electrical separation pulse at a certain point. It forms a melting droplet to a head directly on the non-metallic joining partner.
  • the result is a pin with a head, similar to a nail that securely and firmly connects the metallic and non-metallic joining partners.
  • the wire is thus preferably preferably separated after welding in a second stage by means of welding current. In the case of precise parameter control, a drop can be generated at the pin end, thereby optimizing the connection in the vertical direction to significantly increased connection strength.
  • the joining method of the invention is repeated several times, so that several pins connect the joining partners with each other. As a result, a particular connection strength is achieved.
  • a person skilled in the relevant field of the prior art knows how many pins are to be set depending on the material of the joining partner, the area of application and the size of the joining partners in order to achieve an optimal result, without being inventive themselves.
  • the length of the pins is automatically adapted to the graded wall thickness profile of the non-metallic joining partners.
  • the wall thickness profile can preferably be detected or predetermined via two paths. On the one hand, this can be done by the structural specifications according to joining plan or by sensors.
  • the invention is not limited to any particular type of sensors. For example, sensors that evaluate current-voltage signals are possible, but also optical sensors or tactile sensors. A person skilled in the art is able to select suitable sensors, depending on the application, without being inventive himself. It is also preferred that three-pieced or multi-sectioned compounds be reacted with the joining method of the invention. It was particularly surprising that the method of the invention could also provide satisfactory results and particularly high bond strengths in this embodiment.
  • the joining zone is not flat.
  • One of the joining partners is preferably a structured joining partner.
  • structured sheets can be used as metallic joining partners.
  • structured plastic joint partners it is also possible to use structured plastic joint partners.
  • the structured joining partner comprises stiffening elements, in particular honeycomb (hexagonal) basic geometry, comprising webs. It was completely surprising that the same high bond strengths could be achieved even with uneven joining zones.
  • the wire tip the non-metallic joining partner, preferably the plastic, softens the fibers and offers to push the fiber to the side so that it dodges and maintains the wire tip.
  • the temperature of the wire tip does not destroy the fiber.
  • the expression of the head can be varied depending on the area of application.
  • the head is preferably varied by the process parameters.
  • current, voltage, current flow times, feed rates and times, and the heating heat for the wire can be varied to affect the character of the head.
  • pin material By choosing the pin material or the number of pins per square centimeter, a stress-oriented design option of the joining zone can be implemented.
  • the optimum number of pins depends on the forces to be transmitted, and in some cases also fixations with very small forces are sufficient.
  • pin materials in particular ordinary filler materials are in question, which are preferably selected according to the type of metallic joining partner.
  • the pin material is selected on the basis of the base material, the joining task, joining partner material and secondary connection properties (for example, current-conducting tasks).
  • secondary connection properties for example, current-conducting tasks.
  • loops are placed around the fabric / scrim with the welded wire and then re-welded.
  • the wire is brought in the form of an eyelet after the first hard welding and welded at another location. Afterwards a separation pulse is set.
  • Joining partner along the joining zone does not have to be constant in order to achieve optimal results.
  • the detection of this wall thickness curve can be in the novel
  • Joining methods of the invention are integrated and taken into account when setting the pins accordingly.
  • the method there is no mechanical or thermal destruction of the fibers.
  • the preservation of the fibers becomes an example of a fiber-reinforced
  • Plastic composite achieved as a non-metallic joining partner.
  • the invention is also distinguished by the fact that no or only minor rework is necessary.
  • the connection need not be additionally glued - as is often the case in the prior art - to ensure lasting stability. Therefore, the method provides directly without additional processing steps a mixed composite, which is characterized by a high connection strength but also visually
  • the plant for carrying out the method according to the invention is also characterized by low operating costs, which is of particular importance to many industries and brings with it a huge reduction in overall costs.
  • the instruction of the staff to operate the system is possible without lengthy training and also the maintenance costs are low.
  • Another advantage is that automated processing becomes possible.
  • the variable use of the systems, for example for conventional welding processes or for the further processing of components is a further advantage of the invention.
  • the invention also allows increased plant flexibility, since different component thicknesses can be realized directly by selecting the parameters and a rapid changeover of the equipment can be made. This flexibility is a decisive advantage which can not be found in the prior art.
  • the invention in another preferred embodiment, relates to a mixed compound comprising at least one non-metallic joining partner and at least one metallic joining partner, wherein the joining partners are joined to one another via CMT pins.
  • the aforementioned preferred embodiments of the method are also preferred embodiments of the mixed compound.
  • the mixed compound is produced by a previously described joining method.
  • the mixing compound thus produced is characterized by the advantages mentioned above. It is further preferred that the mixed compounds have media-dense properties.
  • a decisive advantage is the short process times of just a few seconds. For many sectors, this advantage is of particular importance, as it can greatly reduce costs and increase production.
  • the novel joining method and / or the mixed compound is used in the automotive industry, in rail vehicle construction, but also in the air and
  • FIG. 1 shows a sketch of a preferred process sequence.
  • a torch of a CMT pin welder 18 is used.
  • the heating elements 17 are shown.
  • the heating heat for the wire is indicated by dashes starting from the heating elements.
  • the wire 15 is preheated in step a).
  • step b) the piercing of the non-metallic joining partner (here plastic) 11 and welding of the wire 15 takes place on the surface of the metallic joining partner 10.
  • step c) the wire 15 is separated by melting and associated melting of the closing head 13 on the workpiece.
  • FIG. 2 illustrates the welding of pins.
  • FIG. 2 a) shows the state before joining
  • FIG. 2 b) illustrates the state after joining.
  • the metallic joining partner 10, the non-metallic joining partner 11 and the CMT pin connections 12 are shown.
  • FIG. 3 shows preferred joining compounds of the invention.
  • the metallic joining partner 10, the non-metallic joining partner 11 and the CMT pin connections 12 and the closing head 13 are shown.
  • FIG. 3 a) shows an embodiment with a pin 12.
  • FIG. 3 b) shows an embodiment with a plurality of pins 12 arranged in the direction of loading.
  • FIG. 4 shows further preferred embodiments of the joint connections.
  • the metallic joining partner 10, the non-metallic joining partner 11 and the CMT pin connections 12 are shown.
  • Figure 4 a) corresponds to the embodiment of Figure 3 b).
  • FIG. 4 b) shows the preferred embodiment of the loop laying.
  • the loops are provided with reference numeral 14.
  • Figure 5 illustrates the freedom in the design of joints by CMT pin process.
  • the density of the pins 12, the pin length and the shape of the head 13 can be varied.
  • pins 12 are shown with a closing head 13.
  • FIG. 5b shows the pins without a closing head. This figure illustrates what differences can be achieved in the pin end. It also shows how tight the individual pins can be set. At high forces many pins must be set. reference numeral

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Standing Axle, Rod, Or Tube Structures Coupled By Welding, Adhesion, Or Deposition (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Fügeverfahren zum Fügen von metallischen (10) und nicht metallischen (11) Fügepartnern über ein CMT-Pin-Verfahren, wobei die Pins durch den nicht metallischen Fügepartner (11) gestoßen werden. Mischverbund, der durch das Fügeverfahren hergestellt wird.

Description

Neue Fügetechnologie für Mischverbindungen
Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind Fügeverbindungen zwischen metallischen und nicht metallischen Werkstoffen bekannt. Ziel ist hierbei immer, eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit zu erzielen.
Nachteilig ist, dass bei Fügeverfahren für das Fügen von metallischen und nicht metallischen Fügepartnern (vor allem Kunststofffügepartnern) aus dem Stand der Technik die Fasern teilweise im Füge bereich zerstört werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur vereinzelnd beziehungsweise diskret Verbindungen entlang der Fügezone herstellbar sind. Die übertragbaren Belastungen werden somit nur in bestimmten Belastungsrichtungen erzielt. Die Verbindungsfestigkeiten sind oft nicht ausreichend hoch. Außerdem sind die
Prozesszeiten bei Fügeverfahren aus dem Stand der Technik nachteilig lang.
Im Stand der Technik werden die Verbindungen zwischen metallischen und nicht
metallischen Werkstoffen häufig durch Kleben hergestellt. Die Prozesszeiten dieses
Verfahrens sind jedoch besonders lang und für viele Branchen daher nachteilig. Die erzielbaren Verbindungsfestigkeiten sind gering beziehungsweise muss eine große
Überlappungs länge gewählt werden, um eine zufriedenstellende Verbindungsfestigkeit zu erzielen. In der DE 10201321 1580 wird eine Methode zum thermomechanischen Ausformfügen beschrieben. Dabei wird das lokale Durchstoßen der Fügestelle mittels Dom offenbart. Somit entsteht eine Art Durchzug, der sich dann um den Fügepunkt auf der Gegenseite
umkrempelt. Der entfernte Dom hinterlässt ein Loch im Bauteil, wodurch die
Verbindungssteifigkeit beeinträchtigt wird. Außerdem wird in dem Bauteil mäßig Wärme erzeugt.
Im Stand der Technik sind außerdem bereits Verfahren unter Verwendung der CMT (Cold Metal Transfer)-Pin-Technologie zum Fügen von metallischen Werkstoffen und Kunststoff bekannt. Diese Methode weist jedoch noch einige Nachteile auf. Eine Lösung setzt zum Beispiel auf das Aufstecken der noch nicht im Kunststoff imprägnierten Fasergelege. Somit wird das Metall schon mit den Fasern verbunden und anschließend wird erst der Kunststoff aufgebracht. Die Funktion einer CMT Pin-Verbindung beruht darauf, dass die
Metalloberflächen eine dreidimensionale Oberfläche erhalten. Dabei werden metallische Pins mit einem CMT-System auf eine metallische Fügefläche geschweißt. Es entstehen meist
l kugelförmige Stecknadelköpfe, die in Kunststoff eingedrückt werden können und so einen klettenartigen Reißverschlusseffekt ausbilden. Diese Art der Verbindung kann zusätzlich mit Klebstoff gesichert werden. Dadurch steigt die Prozesszeit erheblich an und die Herstellung ist deutlich erschwert.
Eine andere Lösung nutzt ein fertig hergestelltes Faserkunststoffverbunds- Bauteil (FKV- Bauteil). Das FKV-Bauteil wird durch Wärme lokal aufgeschmolzen und auf die CMT-Pins gedrückt. Es kommt zur Faserdrängung mit gewünschtem Erhalt der Fasern. Der Verzug und das optische Aussehen sind jedoch mangelhaft. Die Erwärmung des FKV-Bauteils ist außerdem besonders zeitaufwendig.
Ein weiterer Nachteil der Verfahren aus dem Stand der Technik ist, dass sowohl
Nacharbeiten als auch Vorarbeiten (wie z.B. Reinigen und Behandeln der Werkstoffe) notwendig sind. Dies ist zeitintensiv und wirkt sich somit auch auf die Kosten der Bauteile aus.
Die Verfahren im Stand der Technik zum Fügen von metallischen und nicht metallischen Werkstoffen weisen daher unterschiedliche Nachteile auf. Es war die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Mischverbindung bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweisen und sich vor allem durch eine hohe Verbindungsfestigkeit und eine schnelle Prozesszeit auszeichnen.
Beschreibung der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche der Patentanmeldung.
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Fügeverfahren zum Fügen von mindestens zwei Fügepartnern, wobei mindestens ein erster Fügepartner ein metallischer Fügepartner ist und mindestens ein zweiter Fügepartner ein nicht metallischer Fügepartner ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der erste und der zweite
Fügepartner über ein CMT-Pin-Verfahren gefügt werden, umfassend die folgenden Schritte a) Stoßen eines Drahtes durch den zweiten nicht metallischen Fügepartner, b) Festschweißen eines Drahtendes des Drahtes an der Oberfläche des ersten
metallischen Fügepartners. Eine besondere Innovation dieses Verfahrens liegt darin, dass die Fügerichtung auf Seiten des nicht metallischen Fügepartners liegt. Der Draht für die CMT-Pins wird während des Fügeverfahrens durch den nicht metallischen Fügepartner gestoßen, sodass die Pins erst während des Fügeverfahrens selbst entstehen. Hierbei handelt es sich um einen
entscheidenden Vorteil gegenüber den Verfahren aus dem Stand der Technik, die häufig mit Pins arbeiten, die bereits am metallischen Fügepartner vorliegen. Das optische Ergebnis dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert.
Beim thermomechanischen Ausformfügen aus dem Stand der Technik entstehen Nachteile vor allem durch das Vorbohren. Durch das Durchbohren entsteht ein durchgängiges Loch, welches Medien hindurch lässt. Dies kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Fügeverfahren zusätzlich den Schritt c) Aufschmelzen des Drahtes an einer bestimmten Stelle, bevorzugt durch einen
elektrischen Trenn-Impuls und Erzeugung eines Schließkopfes am zweiten nicht metallischen Fügepartner, umfasst.
Das Entstehen dieses Schließkopfes ist ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung, da damit eine Erhöhung der Kopfzugfestigkeit, also der vertikale Belastungsrichtung zur Bauteiloberfläche, einhergeht. Das Verfahren zeichnet sich unter anderem durch eine hochpräzise Prozessregelung aus, die eine exakte Einstellung der Pin-Länge ermöglicht.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass beim Fügen nur eine einseitige Zugängigkeit der
Verbindungsstelle gefordert ist. Dies erleichtert den Prozess und den entsprechenden Aufbau. Es ist bevorzugt, dass der metallische Fügepartner Materialien umfasst, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Aluminium, Stahl, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen. Es ist auch bevorzugt, dass der metallische Fügepartner aus diesen genannten Materialien besteht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der nicht metallische Fügepartner Materialien ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff, Papier, Leder und/oder Textilien. Es ist auch bevorzugt, dass der nicht metallische
Fügepartner aus den genannten Materialien besteht. Jede der möglichen Kombinationen aus metallischen und nicht metallischen Fügpartnern kann für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft sein.
Es ist dabei bevorzugt, dass die beiden Fügepartner (mindestens ein metallischer und ein nicht metallischer Fügepartner) zugeschnitten und aufeinander angepasst werden. Es ist außerdem bevorzugt, dass der nicht metallische Fügepartner gespannt wird. Diese
Ausführungsform kann vorteilhaft für das Fügeverfahren sein, wobei ein Fachmann auf dem relevanten Gebiet des Standes der Technik weiß, wann mit gespannten Fügepartnern gearbeitet werden sollte.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Metalloberfläche des metallischen Fügepartners für das Schweißen aktiviert wird. Dabei werden bevorzugt Zunderschichten und/oder Oxidschichten und/oder Verunreinigungen entfernt. Danach wird der nicht metallische Fügepartner aufgelegt und gegebenenfalls gespannt.
Je nach Wahl des nicht metallischen Fügepartners kann es sinnvoll oder notwendig sein, den Draht vor dem Durchstoßen zu erwärmen. Hierzu kann zum Beispiel mit einem Zusatzgerät der in einem CMT-Schweißgerät befindliche Draht am Drahtende in der Nähe der Fügestelle auf eine bevorzugte Vorwärmtemperatur erhitzt werden.
Auch bevorzugt ist, dass nicht der Draht auf eine gewünschte Vorwärmtemperatur erhitzt wird, sondern der nicht metallische Fügepartner selbst erwärmt wird. Welche
Ausführungsform für die jeweilige Anwendung am geeignetsten ist, weiß ein Fachmann auf dem relevanten Gebiet des Standes der Technik, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden.
Wenn als nicht metallischer Fügepartner zum Beispiel textile Materialien verwendet werden, kann gegebenenfalls auf ein Erhitzen des Drahtes oder des nicht metallischen Fügepartners verzichtet werden. Im Anschluss wird bevorzugt mit dem Drahtvorschub des CMT-Gerätes der Draht durch den nicht metallischen Fügepartner gestoßen. Sofort nach Erreichen der Metalloberfläche wird der CMT-Pin-Prozess gestartet und das Drahtende am Metall festgeschweißt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Draht anschließend bevorzugt beim Durchlaufen eines elektrischen Trenn-Impulses an einer bestimmten Stelle aufgeschmolzen wird. Es formt sich ein Schmelztropfen zu einem Kopf direkt am nicht metallischen Fügepartner aus. Es entsteht ein Pin mit Kopf, ähnlich einem Nagel, der den metallischen und den nicht metallischen Fügepartner sicher und fest miteinander verbindet. Der Draht wird also bevorzugt nach dem Anschweißen in einer zweiten Stufe bevorzugt mittels Schweißstrom getrennt. Bei der genauen Parametersteuerung kann ein Tropfen am Pinende erzeugt und dadurch die Verbindung in vertikaler Richtung zu deutlich erhöhter Verbindungsfestigkeit optimiert werden. Außerdem ist bevorzugt, dass das Fügeverfahren der Erfindung mehrmals wiederholt wird, sodass mehrere Pins die Fügepartner mit einander verbinden. Dadurch wird eine besonders Verbindungsfestigkeit erzielt. Ein Fachmann auf dem relevanten Gebiets des Standes der Technik weiß wie viele Pins je nach Material der Fügepartner, Anwendungsgebiet und Größe der Fügepartner zu setzen sind um ein optimales Ergebnis zu erzielen, ohne selbst erfinderisch tätig zu werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Länge der Pins dem gradierten Wandstärkenverlauf der nicht metallischen Fügepartner automatisch angepasst.
Der Wandstärkenverlauf kann bevorzugt über zwei Wege erfasst beziehungsweise vorgegeben sein. Zum einen kann dies durch die konstruktiven Vorgaben laut Fügeplan erfolgen oder durch Sensoren. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art von Sensoren eingeschränkt. Es sind beispielsweise Sensoren, die Strom-Spannungssignale auswerten möglich, aber auch optische Sensoren oder taktile Sensoren. Ein Fachmann ist in der Lage je nach Anwendung geeignete Sensoren auszuwählen, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden. Es ist außerdem bevorzugt, dass mit dem Fügeverfahren der Erfindung dreischnittige oder mehrschnittige Verbindungen umgesetzt werden. Es war besonders überraschend, dass das Verfahren der Erfindung auch bei dieser Ausführungsform zufriedenstellende Ergebnisse und besonders hohe Verbindungsfestigkeiten liefern konnte.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Fügezone nicht eben. Bevorzugt handelt es sich bei einem der Fügepartner um einen strukturierten Fügepartner. In dieser Ausführungsform können zum Beispiel strukturierte Bleche als metallische Fügepartner eingesetzt werden. Es können aber auch strukturierte Kunststofffügepartner verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass der strukturierte Fügepartner Versteifungselemente insbesondere wabenförmiger (hexagonaler) Grundgeometrie, umfasst von Stegen, aufweist. Es war völlig überraschend, dass auch bei unebenen Fügezonen die gleichen hohen Verbindungsfestigkeiten erzielt werden konnten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Fügeverfahrens werden die
Verstärkungsfasern des nicht metallischen Fügepartners beim Setzen der Pins
belastungsgerecht umorientiert. Bevorzugt wird dabei durch die Erwärmung der Drahtspitze der nicht metallische Fügepartner, bevorzugt der Kunststoff, um die Fasern erweicht und bietet ein zur-Seite-schieben der Faser an, sodass diese der Drahtspitze ausweicht und erhalten bleibt. Die Temperatur der Drahtspitze zerstört die Faser dabei nicht.
Durch die neuartige Verwendung des CMT-Pin-Prozess wird eine hohe Freiheit bei der Gestaltung von Fügeverbindungen erzielt. Die Dichte der Pins, die Pinlänge und die
Ausprägung des Kopfes können je nach Anwendungsgebiet variiert werden. Der Kopf wird dabei bevorzugt durch die Prozessparameter variiert. Insbesondere Stromstärke, Spannung, Stromflusszeiten, Vorschubgeschwindigkeiten und Zeiten und die Heizwärme für den Draht können variiert werden, um Einfluss auf die Ausprägung des Kopfes zu nehmen. Die so erhaltene Flexibilität ist besonders vorteilhaft gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik und ermöglicht den Einsatz des neuen Verfahrens in einer Vielzahl von
unterschiedlichen Anwendungen.
Durch die Wahl des Pin- Werkstoffes oder der Pin-Anzahl je Quadratzentimeter kann eine beanspruchungsgerechte Gestaltungsmöglichkeit der Fügezone umgesetzt werden. Die optimale Anzahl der Pins richtet sich nach den zu übertragenden Kräften, wobei in einigen Fällen auch Fixierungen mit sehr geringen Kräften genügen.
Als Pin-Werkstoffe kommen insbesondere gewöhnliche Zusatzwerkstoffe in Frage, die bevorzugt nach der Art des metallischen Fügepartners ausgewählt werden. Der Pin- Werkstoff wird dabei an Hand des Grundwerkstoffs, der Fügeaufgabe, Fügepartnerwerkstoff und sekundären Verbindungseigenschaften (beispielsweise stromleitende Aufgaben) ausgewählt. Ein Fachmann weiß, welche Werkstoffe am besten für das jeweilige Material geeignet sind, ohne bei der Auswahl selbst erfinderisch tätig zu werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mit dem angeschweißten Draht Schlaufen um das Gewebe/Gelege gelegt und anschließend erneut festgeschweißt. Bei dieser Ausführungsform wird der Draht nach dem ersten Festschweißen in Form einer Öse gebracht und an einer weiteren Stelle festgeschweißt. Im Anschluss wird ein Trennimpuls gesetzt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Wandstärke des nicht metallischen
Fügepartners entlang der Fügezone nicht konstant sein muss, um zu optimalen Ergebnissen zu führen. Die Erfassung dieses Wandstärkenverlaufes kann in dem neuartigen
Fügeverfahren der Erfindung integriert werden und beim Setzen der Pins entsprechend berücksichtigt werden. Durch das Verfahren kommt es zu keiner mechanischen oder thermischen Zerstörung der Fasern. Dadurch wird der Erhalt der Fasern zum Bespiel eines faserverstärkten
Kunststoffverbunds als nicht metallischer Fügepartner erzielt.
Durch die reduzierte thermische Beanspruchung kommt es außerdem zu keinem Verzug, Aufschmelzen und/oder Verformen der Fügezone, was letztlich in einer erhöhten
Verbindungsfestigkeit resultiert und zu einem erheblich verbesserten optischen
Gesamteindruck führt.
Die Erfindung zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass keine beziehungsweise nur geringfügige Nacharbeit notwendig ist. Die Verbindung muss nicht zusätzlich verklebt werden - wie es im Stand der Technik häufig der Fall ist -, um eine dauerhafte Stabilität zu gewährleisten. Das Verfahren liefert daher direkt ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte ein Mischverbund, der sich durch eine hohe Verbindungsfestigkeit aber auch optisch
einwandfreie Ergebnisse auszeichnet. Im Stand der Technik kann es außerdem vorkommen, dass durch lokales Erhitzen und Andrücken die geometrischen Maße des nicht metallischen Fügepartners verändert werden, sodass ein Breitdrücken des erwärmten Bauteils erfolgt.
Diese Verformung muss im Anschluss beschnitten werden, wenn es an weitere Bauteile oder Baugruppen angrenzt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren entfällt dieser Schritt der Nachbearbeitung.
Außerdem kommt es durch die Verfahren im Stand der Technik häufig zu optisch
ungenügenden Ergebnissen, sodass eine weitere Nachbehandlung der Oberflächen notwendig ist. Dies erfolgt zum Beispiel durch Beschichten, Glätten oder Verkleiden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert auch solche Nachbehandlungen nicht, da der optische Eindruck der Mischverbindung einwandfrei ist und keine Verbesserungen notwendig sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik ist, dass häufig umfangreiche Vorarbeiten notwendig sind. Z.B. müssen die Fügepartner vor einem
Verkleben gereinigt und zusätzlich mit Primern oder Haftvermittlern behandelt werden. Dies kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.
Es ist jedoch möglich, die Nachbehandlungen oder Vorbereitungen aus dem Stand der Technik mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren, falls dies erwünscht ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass keine aufwendigen Fügevorrichtungen und somit keine Neuentwicklung einer Anlage notwendig sind, um das Verfahren
durchzuführen. Die geringen Investitionskosten für die Anlage sind ein entscheidender
Vorteil der Erfindung. Die Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich außerdem durch geringe Betriebskosten aus, was für viele Branchen von besonderer Bedeutung ist und eine enorme Reduzierung der Gesamtkosten mit sich bringt. Die Einweisung des Personals zum Betrieb der Anlage ist ohne langwierige Schulungen möglich und auch der Wartungsaufwand ist gering. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine automatisierte Verarbeitung möglich wird. Die variable Nutzung der Anlagen, zum Beispiel für konventionelle Schweißprozesse beziehungsweise zur Weiterverarbeitung von Bauteilen ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.
Die Erfindung ermöglicht außerdem eine erhöhte Anlagenflexibilität, da unterschiedliche Bauteildicken direkt durch Wahl der Parameter realisiert werden können und ein schnelles Umstellen der Anlagen vorgenommen werden kann. Diese Flexibilität ist ein entscheidender Vorteil der so im Stand der Technik nicht zu finden ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Mischverbindung umfassend mindestens einen nicht metallischen Fügepartner und mindestens einen metallischen Fügepartner, wobei die Fügepartner über CMT-Pins aneinander gefügt vorliegen. Die zuvor genannten bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens sind auch bevorzugte Ausführungsformen der Mischverbindung.
Es ist bevorzugt, dass die Mischverbindung hergestellt ist mit einem zuvor beschriebenen Fügeverfahren. Die so hergestellt Mischverbindung zeichnet sich durch die zuvor genannten Vorteile aus. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Mischverbindungen mediendichte Eigenschaften aufweist.
Durch das Verfahren und die Mischverbindung der Erfindung wird eine Vielzahl von Vorteilen verwirklicht. Ein entscheidender Vorteil sind die kurzen Prozesszeiten von nur wenigen Sekunden. Für viele Branchen ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung, da somit die Kosten enorm gesenkt werden können und die Produktion gesteigert wird.
Bevorzugt findet das neuartige Fügeverfahren und/oder die Mischverbindung Anwendung in der Automobilindustrie, im Schienenfahrzeugbau, aber auch in der Luft- und
Raumfahrttechnik. Darüber hinaus sind in allen Bereichen des Leichtbaus Anwendungen von Mischbauweisen möglich, so dass auch hier das neuartige Fügeverfahren vorteilhaft zum Einsatz kommen kann. Insbesondere in Bereichen der Elektromobilität sind zur Erhöhung der Reichweite Michbauweisen zur deutlichen Senkung des Fahrzeuggewichts und damit des Energiebedarfs notwendig. Figuren und Beispiele
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Figur 1 zeigt in einer Skizze einen bevorzugten Prozessablauf. Es wird ein Brenner eines CMT-Pin-Schweißgerätes 18 verwendet. Außerdem sind die Heizelemente 17 gezeigt. Die Heizwärme für den Draht ist durch Striche ausgehend von den Heizelementen dargestellt. Dabei wird in Schritt a) der Draht 15 vorgeheizt. In Schritt b) erfolgt das Durchstoßen des nicht metallischen Fügepartners (hier Kunststoff) 11 und Anschweißen des Drahtes 15 an der Oberfläche des metallischen Fügepartners 10. In Schritt c) erfolgt das Trennen des Drahtes 15 durch Abschmelzen und einhergehendes Schmelzen des Schließkopfes 13 am Werkstück.
Figur 2 veranschaulicht das Anschweißen von Pins. Figur 2a) zeigt dabei den Zustand vor dem Fügen, während 2 b) den Zustand nach dem Fügen illustriert. Es werden der metallische Fügepartner 10, der nicht metallische Fügepartner 11 und die CMT-Pin- Verbindungen 12 gezeigt.
Figur 3 zeigt bevorzugte Fügeverbindungen der Erfindung. Es werden der metallische Fügepartner 10, der nicht metallische Fügepartner 11 und die CMT-Pin- Verbindungen 12 und der Schließkopf 13 gezeigt. Figur 3 a) zeigt eine Ausführungsform mit einem Pin 12. Figur 3 b) zeigt eine Ausführungsform mit mehreren in Belastungsrichtung angeordneten Pins 12.
Figur 4 zeigt weitere bevorzugte Ausführungsformen der Fügeverbindungen. Es werden der metallische Fügepartner 10, der nicht metallische Fügepartner 11 und die CMT-Pin- Verbindungen 12 gezeigt. Figur 4 a) entspricht der Ausführungsform von Figur 3 b). In Figur 4 b) wird hingegen die auch bevorzugte Ausführungsform der Schlaufenlegung gezeigt. Die Schlaufen sind mit Bezugszeichen 14 versehen.
Figur 5 verdeutlicht die Freiheit bei der Gestaltung von Fügeverbindungen mittels CMT-Pin- Prozess. Die Dichte der Pins 12, die Pinlänge und die Ausprägung des Kopfes 13 können variiert werden. In Figur 5a sind Pins 12 mit einem Schließkopf 13 gezeigt. In Figur 5b sind die Pins ohne einen Schließkopf zu sehen. Durch diese Abbildung wird verdeutlicht, welche Unterschiede im Pin-Ende erzielt werden können. Außerdem wird gezeigt, wie dicht die einzelnen Pins gesetzt werden können. Bei hohen Kräften müssen viele Pins gesetzt werden. Bezugszeichen
10 metallischer Fügepartner
1 1 nicht metallischer Fügepartner
12 CMT-Pin- Verbindung
13 Schließkopf
14 Schlaufe
15 Draht
16 angeschweißtes Drahtende
17 Heizelement
18 Brenner des CMT-PIN-Schweißgeräts

Claims

Ansprüche
1. Fügeverfahren zum Fügen von mindestens zwei Fügepartnern, wobei mindestens ein erster Fügepartner ein metallischer Fügepartner ist und mindestens ein zweiter Fügepartner ein nicht metallischer Fügepartner ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der erste und der zweite Fügepartner über ein CMT-Pin-Verfahren gefügt werden, umfassend die folgenden Schritte
a) Stoßen eines Drahtes durch den zweiten nicht metallischen Fügepartner, b) Festschweißen eines Drahtendes des Drahtes an der Oberfläche des ersten metallischen Fügepartners.
2. Fügeverfahren nach Anspruch 1 umfassend zusätzlich den Schritt
c) Aufschmelzen des Drahtes an einer bestimmten Stelle durch einen elektrischen Trenn-Impuls und Erzeugung eines Schließkopfes am zweiten nicht metallischen Fügepartner.
3. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2 umfassend zusätzlich den Schritt
c') Legen von Drahtschlaufen um den zweiten nicht metallischen Fügepartner, wobei der Draht erneut am metallischen Fügepartner festgeschweißt wird.
4. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der die Oberfläche des metallischen Fügepartners vor dem Auflegen des nicht metallischen Fügepartners aktiviert wird, wobei bevorzugt Zunderschichten,
Oxidschichten und/oder Verunreinigungen entfernt werden.
5. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügepartner zunächst zugeschnitten und/oder aufeinander angepasst werden.
6. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren mehrmals wiederholt wird.
7. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der Pins dem gradierten Wandstärkenverlauf der nicht metallischen
Fügepartner automatisch angepasst wird.
8. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 3- schnittige oder mehrschnittige Verbindungen umgesetzt werden können.
9. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügezone nicht eben ist.
10. Fügeverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verstärkungsfasern des nicht metallischen Fügepartners, beim Setzen der Pins belastungsgerecht umorientiert werden.
1 1. Mischverbindung umfassend mindestens einen nicht metallischen Fügepartner und mindestens einen metallischen Fügepartner, wobei die Fügepartner über CMT-Pins aneinander gefügt vorliegen.
12. Mischverbindung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mischverbindung hergestellt ist mit einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 - 10.
13. Mischverbindung nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12 oder Fügeverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der metallische Fügepartner Aluminium, Stahl, Magnesium, Kupfer oder deren Legierungen umfasst und/oder der nicht metallische Fügepartner ein faserverstärkter Kunststoff ist.
14. Mischverbindungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 1 - 13, wobei die
Verbindung mediendichte Eigenschaften aufweisen kann.
PCT/DE2016/100363 2015-08-31 2016-08-15 Neue fügetechnologie für mischverbindungen WO2017036444A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015114511 2015-08-31
DE102015114511.1 2015-08-31
DE102015118058.8A DE102015118058A1 (de) 2015-08-31 2015-10-22 Neue Fügetechnologie für Mischverbindungen
DE102015118058.8 2015-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017036444A1 true WO2017036444A1 (de) 2017-03-09

Family

ID=58011050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2016/100363 WO2017036444A1 (de) 2015-08-31 2016-08-15 Neue fügetechnologie für mischverbindungen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015118058A1 (de)
WO (1) WO2017036444A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019106160A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-17 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verbindungsverfahren für mindestens zwei bauteile, eine damit erzielte fügeverbindung sowie eine fügevorrichtung für das genannte verbindungsverfahren

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018104701A1 (de) 2018-03-01 2019-09-05 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur mechanischen Verbindung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN108856983A (zh) * 2018-07-10 2018-11-23 湖南机电职业技术学院 一种冷金属过渡焊接工艺
DE102019102234A1 (de) 2019-01-29 2020-07-30 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur mechanischen Verbindung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Werkstück
CN110000440A (zh) * 2019-03-29 2019-07-12 江苏理工学院 一种层合板与金属板接头搭接的方法
FR3117936A1 (fr) * 2020-12-18 2022-06-24 Centre Technique des Industries Mécaniques Procédé de fabrication d’une roue de véhicule automobile sans air

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT506217A4 (de) * 2008-05-28 2009-07-15 Fronius Int Gmbh Verfahren zur herstellung einer struktur an einer oberfläche eines metallischen werkstücks
DE102012004499A1 (de) * 2012-02-28 2013-08-29 INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils aus Kunststoff wie aus thermoplasischem Polymer an einem Bauteil aus Metall beim Fügen der Bauteile
DE102013211580A1 (de) 2012-06-19 2013-12-19 Technische Universität Dresden Verfahren zum Verbinden von flächigen oder profilartigen Strukturen aus thermoplastischen Faserverbundkunststoffen mit metallischen Strukturen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT506217A4 (de) * 2008-05-28 2009-07-15 Fronius Int Gmbh Verfahren zur herstellung einer struktur an einer oberfläche eines metallischen werkstücks
DE102012004499A1 (de) * 2012-02-28 2013-08-29 INPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils aus Kunststoff wie aus thermoplasischem Polymer an einem Bauteil aus Metall beim Fügen der Bauteile
DE102013211580A1 (de) 2012-06-19 2013-12-19 Technische Universität Dresden Verfahren zum Verbinden von flächigen oder profilartigen Strukturen aus thermoplastischen Faserverbundkunststoffen mit metallischen Strukturen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
UCSNIK S ET AL: "Experimental investigation of a novel hybrid metalcomposite joining technology", COMPOSITES PART A: APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 41, no. 3, 1 March 2010 (2010-03-01), pages 369 - 374, XP026862605, ISSN: 1359-835X, [retrieved on 20091114] *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019106160A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-17 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verbindungsverfahren für mindestens zwei bauteile, eine damit erzielte fügeverbindung sowie eine fügevorrichtung für das genannte verbindungsverfahren
WO2020182764A1 (de) 2019-03-11 2020-09-17 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verbindungsverfahren für mindestens zwei bauteile, eine damit erzielte fügeverbindung sowie eine fügevorrichtung für das genannte verbindungsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015118058A1 (de) 2017-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017036444A1 (de) Neue fügetechnologie für mischverbindungen
EP3116705B1 (de) Verfahren zum verbinden von bauteilen von denen eines aus einem faserverstärkten kunststoff besteht
EP2830790A1 (de) Verfahren zum fügen von werkstücklagen sowie verbindungselement und fügevorrichtung
WO2015022174A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus organoblechen
DE102015106563B4 (de) Verfahren zum Verbinden von faserverstärkten Strukturbauteilen
DE102011109815A1 (de) Verbindung zumindest zweier aneinander anliegender Bauteile
DE102009056580A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von thermoplastischen Faserverbundbauteilen mittels stiftförmiger Funktionselemente
EP1790462A1 (de) Verfahren zum Verbinden eines metallischen Bolzens mit einem Kunststoff-Werkstück
DE102009008329A1 (de) Preform-Vorrichtung zum Preformen eines Textilhalbzeugs
DE102011001522A1 (de) Verbindungselement, mit diesem hergestellte Verbindung zwischen wenigstens zwei sich überlappenden Bauteilen und Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung
DE102015206534A1 (de) Verbindungsanordnung sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung
WO2015135712A1 (de) Verfahren zum fügen eines stahlteils mit einem faserverstärkten kunststoffteil mittels eines verbindungselements
DE102016007698B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds
EP3450141A1 (de) Verfahren und system zum verbinden zweier flugzeugbauteile aus einem thermoplastischen verbundwerkstoff
DE102016213578A1 (de) Verfahren zum unlösbaren Einbringen von Fügehilfselementen in ein Bauteil, Bauteil mit Fügehilfselementen und Bauteilverbund
DE102008011151A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Gegenständen
EP3034276B1 (de) Bauteil mit stoffschlüssiger Verbindung und ein Fügeverfahren
DE102015222704A1 (de) Schweißwerkzeug und Verfahren zum Widerstandspunktschweißen
DE102016200357B4 (de) Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen mittels eines gehärteten Fügeelements
DE102015119437B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundbauteils sowie faserverstärktes Verbundbauteil
EP3134218A1 (de) Verfahren für die serienmässige erzeugung von stanznietverbindungen zwischen fvk-werkstücken und metall-werkstücken
DE102017208274A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit integriertem Fügehilfselement und Halbzeug
DE102018104701A1 (de) Verfahren zur mechanischen Verbindung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102011109812B4 (de) Bearbeitungsvorrichtung zur Herstellung einer Bauteilverbindung
DE102006011643A1 (de) Befestigungselement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16784386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16784386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1