DE69736958T2

DE69736958T2 - Reibrührschweissverfahren einer Plattenstruktur

Info

Publication number: DE69736958T2
Application number: DE69736958T
Authority: DE
Inventors: Kinya Hitachi-shi Aota; Tsuyoshi Kumage-gun Takenaka; Yasuo Kudamatsu-Shi Ishimaru
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2017-03-20
Also published as: US7032805B2; US6983873B2; US20060191981A1; EP1222991B1; CN1880002A; EP1190806B1; DE69732260D1; CN1216713C; EP1676668B1; EP1222993A3; EP1190808A3; KR100428539B1; US6946206B2; DE69735905T2; EP1222999A1; DE69736017T2; DE69735388D1; DE69736959D1; EP1222998B1; DE69739407D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren für das Plattenschweißen, wie es zum Beispiel bei Eisenbahnwaggons und Gebäuden aus Aluminiumlegierungen angewendet wird.
Eine zweiseitige Struktur (eine Platte) für Eisenbahnwaggons mit Hohlformelementen ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 246863/1990 sowie in US-A-5 433 151 beschrieben, und eine weitere Struktur mit laminierten Platten wie Wabenplatten ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 106661/1994 beschrieben.
Reibrührschweißen wird durch Rotieren eines runden Werkzeugs ausgeführt, das in einen Verbindungsbereich eingeführt wird, um den Verbindungsbereich aufzuheizen und zu erweichen und so eine Schweißung zu bilden. Dieses Schweißen wird sowohl bei stumpfen als auch überlappenden Stößen angewendet. Es ist in der WO 93/10935 (die WO 0615480 B1 und der veröffentlichten japanischen Übersetzung der ausländischen PCT-Patentanmeldung 505090/1995 entspricht) und in Welding & Metal Fabrication, Januar 1995, Seiten 13-16 beschrieben. Zur Erläuterung des bei der vorliegenden Erfindung angewendeten Reibrührschweißens wird auf diese Literaturstellen verwiesen.
Beim Reibrührschweißen hat die Reaktion des aufgeweichten Metalls, das beim Schweißen unmittelbar unter dem rotierenden Werkzeug (Rundstab) an die Oberfläche tritt, eine nach unten gerichtete Kraft zur Folge, die auf den Verbindungsbereich einwirkt. Wenn ein solches Schweißverfahren bei einer zweiseitigen Struktur (einer Platte) angewendet wird, bewirkt diese nach unten gerichtete Kraft, daß das Verbindungsmaterial im Verbindungsbereich nach unten fließt und die Verbindung verformt. Es wird dadurch unmöglich, eine zufriedenstellende Schweißung zu erhalten.
Zweiseitige Strukturen umfassen Hohlformelemente aus extrudierten Aluminiumlegierungen und Wabenplatten. Das Verbinden solcher Platten erfolgt mit einem MIG-Schweißen oder einem TIG-Schweißen. Wenn bei solchen Verbindungen ein Reibungsschweißen angewendet wird, biegt sich die Verbindung wegen der beim Reibungsschweißen entstehenden, nach unten gerichteten Kraft nach unten, oder es fließt das Material im Verbindungsbereich nach unten.
Die Erfinder haben diese Phänomene bei vielen Experimenten festgestellt.
Vorzugsweise ist es eine erste Aufgabe, eine zufriedenstellende geschweißte Verbindung durch Vermindern der Verformung des Verbindungsbereichs zu schaffen, wenn zwei Seiten einem Reibschweißen unterworfen werden.
Vorzugsweise ist es eine zweite Aufgabe, eine zufriedenstellende geschweißte Verbindung zu schaffen, wenn eine Seite einem Reibschweißen unterworfen wird.
Die zweite Aufgabe wird gelöst, indem die Elemente am Verbindungsbereich mit einem erhöhten Teil versehen sind, der zur Seite des Reibschweißwerkzeugs hin vorsteht.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbinden zweier Elemente durch Reibrührschweißen, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.
1 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
2 ist ein vertikaler Querschnitt wie in der 1 nach dem Reibschweißen.
3 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
4 ist ein vertikaler Querschnitt wie in der 3 nach dem Reibschweißen.
5 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
6 ist ein vertikaler Querschnitt wie in der 5 nach dem Reibschweißen.
7 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein vertikaler Querschnitt wie in der 7 nach dem Reibschweißen.
9 ist ein vertikaler Querschnitt, der den Vorgang des Reibschweißens bei einem weiteren Beispiel zeigt, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
10 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
11 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
12 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
13 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein weiteres Beispiel.
14 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine perspektivische Ansicht des Strukturkörpers eines Eisenbahnwaggons.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN UND VON BEISPIELEN, DIE ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNG NÜTZLICH SIND
Das in der 1 gezeigte Beispiel weist eine Verbindungskonfiguration vom stumpfen Stoßtyp zwischen Hohlformelementen 31, 32 als Platten auf. Die Hohlformelemente 31, 32 weisen an ihren Enden in der Breitenrichtung vertikale Platten 36, 36 auf. Vor dem Schweißen werden die vertikalen Platten 36, 36 unmittelbar unter einem rotierenden Werkzeug 50 angeordnet. Die vertikalen Platten 36, 36 stehen miteinander gegenüberliegend in Kontakt. Wenn sie voneinander beabstandet sind, ist der Abstand klein und beträgt etwa 1 mm. In der Verlängerung der Zwischenfläche zwischen den vertikalen Platten 36, 36 liegt der Mittelpunkt eines Vorsprungs 52. Die vertikalen Platten 36, 36 sind ausreichend steif, um der oben erwähnten, nach unten gerichteten Kraft widerstehen zu können. Die vertikalen Platten 36 verlaufen senkrecht zu zwei Platten 33, 34. Die Hohlformelemente 31, 32 bestehen aus einer extrudierten Aluminiumlegierung. Die Ober- und Unterseiten der Hohlformelemente 31 schließen glatt an die entsprechenden Ober- und Unterseiten des Hohlformelements 32 an. Das heißt, daß die Hohlformelemente 31, 32 die gleiche Dicke haben. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele und Ausführungsformen. Beim Reibschweißen befindet sich der Übergang 53 zwischen einem Abschnitt 51 mit großem Durchmesser und einem Abschnitt 52 mit kleinem Durchmesser am rotierenden Werkzeug 50 über den Oberseiten der Hohlformelemente 31, 32. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine Anzahl von Elementen, die die beiden Platten 36, 36 fachwerkartig verbinden. Die Hohlformelemente 31, 32 weisen jeweils bilateral symmetrische Endabschnitte auf. Die Hohlformelemente 31, 32 sind auf einer Auflage (nicht gezeigt) angeordnet und unbeweglich befestigt. Die Auflage liegt auch unter den vertikalen Platten 36, 36.
Das Reibrührschweißen erfolgt durch Rotieren des Werkzeugs 50, Eintauchen des Vorsprungs 52 in den Verbindungsbereich der Hohlformelemente 31, 32 und Bewegen des Vorsprungs 52 längs des Verbindungsbereichs. Der Rotationsmittelpunkt des Vorsprungs 52 liegt zwischen den beiden vertikalen Platten 36, 36.
Die 2 zeigt die beiden Platten nach dem Reibschweißen. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet die Form der Schweißraupe nach dem Schweißen. Die Mitte der Schweißraupe 45 in Breitenrichtung liegt auf der Verlängerung der Grenzlinie zwischen den vertikalen Platten 36, 36. Die Schweißraupe 45 liegt im Bereich der Verlängerung der Breite der vertikalen Platten 36, 36. Die Tiefe der Schweißraupe 45 wird von der Höhe des Vorsprungs 52 am unteren Ende des rotierenden Werkzeugs 50 bestimmt, der in den Verbindungsbereich eingeführt wird.
Da bei diesem Aufbau die vertikalen Platten 36, 36, die senkrecht zu den Platten 33, 34 liegen, die beim Reibschweißen entstehenden vertikalen Kräfte aufnehmen, verbiegt sich der Verbindungsbereich nicht, so daß eine zufriedenstellende Verbindung entsteht, wie es in der 2 gezeigt ist. Die vertikale Platte 36 ist zu den Platten 33, 34 so vertikal wie möglich.
Die vertikale Platte 36 kann zur Gewichtsverringerung gelocht sein. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsformen.
Das Schweißen auf der Unterseite erfolgt nach Umdrehen der Hohlformelemente.
Das Beispiel der 3 besitzt eine vertikale Platte 36 am Ende des einen Hohlformelements 31, aber nicht am gegenüberliegenden Ende des anderen Hohlformelements 32. Die Ecken in der vertikalen Richtung der vertikalen Platte 36 des Hohlformelements 31 sind so ausgespart, daß die Enden von vorspringenden Teilen 38, 38 des Hohlformelements 32 aufgenommen werden können. Diese ausgesparten Abschnitte sind in der Richtung der Dicke des Hohlformelements 31 und in der Richtung senkrecht zur Dickenrichtung (zur Seite des Hohlformelements 32 hin) offen. Wenn die vorspringenden Teile 38 in den ausgesparten Abschnitten angeordnet (damit überlagert) werden, weisen sie einen Abstand voneinander auf, obwohl sie in der Zeichnung miteinander in Kontakt stehen. Es gibt auch einen Spalt zwischen den Vorderenden dieser Elemente (d.h. zwischen den vorspringenden Teilen 38, 38 und den Ecken 33a, 34b). Die aneinander anstoßenden Verbindungsabschnitte an der Oberseite der beiden Hohlformelemente 31, 32 und die vertikale Platte 36 befinden sich direkt unter dem Mittelpunkt des rotierenden Werkzeugs 50. Der Rotations mittelpunkt des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 befindet sich in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Das heißt, der Verbindungsbereich der Platte 33 (34) und der Platte 33 (34) befindet sich in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Die Ecken 33b, 34b, die sich von den Platten 33, 34 zu den ausgesparten Abschnitten erstrecken, liegen auf der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Hinsichtlich des Spalts zwischen den Ecken 33b, 34b und den vorspringenden Teilen 38 befinden sich die Ecken 33b, 34b etwas links von der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36. Die vertikale Platte 36 ist steif genug, um die nach unten gerichtete Kraft aufzunehmen. Der horizontale Spalt zwischen den Vorderenden der vorspringenden Teile 38 und dem Hohlformelement 31 ist ähnlich dem in der 1. Die Höhe des Vorsprungs 52 des Schweißwerkzeugs 50 ist etwa gleich der Dicke des vorspringenden Teils 38. Der Bereich, der weich und flüssig wird, erstreckt sich unter dem vorspringenden Teil 38 und weist eine größere Fläche auf als dem Durchmesser des Vorsprungs 52 entspricht, und die beiden Hohlformelemente 31, 32 werden mittels Reibschweißen verbunden. Die Reibschweißung sollte so ausgebildet sein, daß sie sich über den Kontaktbereich zwischen der Unterseite des vorspringenden Teils 38 und der vertikalen Platte 36 hinaus erstreckt.
Die 4 zeigt den Zustand der Verbindung nach dem Schweißen. Die Schweißraupe 45 ist so geformt, daß die Mitte der Schweißraupe 45 in Breitenrichtung in der Verlängerung der Mitte der vertikalen Platte 36 in Breitenrichtung liegt.
Um die vertikale Kraft aufnehmen zu können, sollte sich der Rotationsmittelpunkt des Werkzeugs 50 in der Verlängerung der Mittellinie der Dicke der vertikalen Platte 36 befinden. Um das Ausmaß der Verbindung am linken und rechten Hohlformelement 31, 32 gleich zu machen, sollten die Ecken 33b, 34b in der Verlängerung der Mittellinie der vertikalen Platte 36 in Dickenrichtung liegen. Während der Vorsprung 52 des Werkzeugs 50 vorzugsweise im Bereich zwischen den Verlängerungslinien der Dicke der vertikalen Platte 36 liegt, wird die Dicke der vertikalen Platte 36 durch die vertikale Kraft, die Position des Vorsprungs 52 und die Festigkeit der vertikalen Platte 36 bestimmt. Es ist daher möglich, daß die Dicke der Platte 36 kleiner ist als der Durchmesser des Vorsprungs 52. Wegen der möglichen Fehler in der Position des rotierenden Werkzeugs 50 und der Positionen der Ecken 33b, 34b sollten die Ecken 33b, 34b im Bereich zwischen den Verlängerungslinien der Dicke der vertikalen Platte 36 und zumindest teilweise des Vorsprungs 52 des Werkzeugs 50 in diesem Bereich liegen. Dadurch kann die vertikale Platte 36 wenigstens einen Teil der vertikalen Kraft aufnehmen und verhindern, daß sich die Verbindung verformt. Im Ergebnis kann eine zufriedenstellende Verbindung hergestellt werden. Wenn die Schweißraupe 45 als Bezugspunkt genommen wird, kann das gleiche wie oben gesagt werden, auch wenn die Schweißraupe 45 etwas größer ist als der Vorsprung 52. Dies gilt auch für die anderen Beispiele und Ausführungsformen.
Im Vergleich zu der 1 wird bei dieser Ausgestaltung das Einsinken der Oberfläche im Verbindungsbereich auch dann minimal, wenn der horizontale Spalt zwischen dem vorspringenden Teil 38 und dem Hohlformelement 31 groß ist. Die Verbindung weist daher ein gutes Erscheinungsbild auf, und es ist weniger Spachtelarbeit vor dem Bemalen erforderlich. Der Grund dafür ist, daß der Spalt zwischen den beiden Elementen in einer Tiefe endet, die gleich der Dicke des vorspringenden Teils 38 ist. Auch läßt sich mit dieser Verbindungsausgestaltung das Gewicht verringern. Da das eine der Hohlelemente in das andere eingesetzt wird, lassen sich die beiden Elemente auch leicht in Höhenrichtung ausrichten.
Die Enden des Hohlformelements 31 sind in der Form bilateral symmetrisch. Das Hohlformelement 32 ist auch bilateral symmetrisch. Alternativ weist das Hohlformelement 31 ein Ende wie in der 3 auf, und das andere Ende ist wie das Ende des Hohlformelements 32 in der 3 geformt.
Bei dem Beispiel der 5 gibt es unter den Ecken 33b, 34b des ausgesparten Abschnitts des Hohlformelements 31 im wesentlichen keine vertikale Platte 36. Das rechte Ende der vertikalen Platte 36 liegt auf der Verlängerung der Ecken 33b, 34b. Auf dieser Verlängerung liegt auch der Rotationsmittelpunkt des Werkzeugs 50. Der Endabschnitt des Hohlformelements 31 wird dadurch ausreichend steif, um die vertikale Kraft aufnehmen zu können, daß das untere vorspringende Teil 37 an der Verbindung dicker gemacht wird und die Größe der Bögen erhöht wird, die sich von den Vorderenden der vorspringenden Teile 37 zur Platte 36 erstrecken. Die vorspringenden Teile 38 des anderen Hohlformelements 32 werden von den ausgesparten Abschnitten der vorspringenden Teile 37 aufgenommen, wie bei dem vorherigen Beispiel der 3. Das zweite Hohlformelement 32 weist in der Nähe der Vorsprünge 38 zur Verbindung der oberen mit der unteren Platte 33, 34 eine vertikale Platte 36 auf. Mit dieser Anordnung wird verhindert, daß der Verbindungsbereich Fehler aufweist, auch wenn es direkt unter den Ecken der ausgesparten Abschnitte keine vertikale Platte 36 gibt. Unter dem Bereich der Schweißraupe 45 befindet sich jedoch die vertikale Platte 36 der Platte 31. Die 6 zeigt den Zustand nach dem Schweißen.
Bei dem Beispiel der 5 kann die Platte 36 des Hohlformelements 32 weggelassen werden.
Die 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung des vorstehenden Beispiels der 5 ist, wobei der Verbindungsbereich der beiden Hohlformelemente 31, 32 mit erhöhten Abschnitten 37a, 38a versehen ist, die nach außen vorstehen. Dadurch wird der Verbindungsbereich dicker. Die Höhen der erhöhten Abschnitte 37a, 38a sind gleich. Die anderen Teile sind denen in der 5 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die vertikale Platte 36 und die Vorsprünge 37 etwas dünner sind.
Bei dieser Ausgestaltung wird, wenn es zwischen den erhöhten Abschnitten 37a und 38a vor dem Schweißen einen Spalt gibt, der Spalt beim Schweißen mit dem Material der erhöhten Abschnitte 37a, 38a gefüllt, wodurch sich das Erscheinungsbild verbessert und das Ausmaß an Spachtelarbeit verringert.
Bei herkömmlichen Schweißverbindungen weist die Schweißraupe eine Einsenkung auf, die dem Volumen des verlorenen Materials 41 entspricht, das aufgrund der nach unten gerichteten Kraft nach unten geflossen ist. Bei der Verbindungsausgestaltung der 7 weicht das rotierende Werkzeug 50 die erhöhten Abschnitte 37a, 38a auf und zwingt sie nach unten, wodurch das verlorene Volumen des Materials 41 ersetzt wird. Es kann dadurch verhindert werden, daß sich eine Einsenkung ausbildet, mit dem Ergebnis einer zufriedenstellenden Schweißverbindung. Die 8 zeigt die Form der Schweißraupe 45 nach dem Schweißen. Nach dem Schweißen werden unnötige Teile wie gezeigt abgeschnitten.
Die erhöhten Abschnitte 37a, 38a können auch bei den 1, 3 und 5 und den folgenden Beispielen ausgebildet werden.
Die 9 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem das Schweißen an der Ober- und Unterseite von einer Seite aus erfolgt. Die Enden der Hohlformelemente 31, 32 weisen an der Unterseite vorspringende Teile 34a, 34a auf, die glatt an die unteren Platten 34, 34 der gegenüberliegenden Seiten der Hohlformelemente anschließen. Die Vorderenden der vorspringenden Teile 34a, 34a stehen praktisch miteinander in Kontakt. Die Vorderenden der oberen Platten 33, 33 sind gegen die Vorderenden der unteren Platten 34a, 34a zurückgesetzt. Die Vorderenden der oberen Platten 33, 33 sind mit den unteren Platten 34, 34 über die vertikalen Platten 36, 36 verbunden. Die vertikalen Platten 36, 36 sind mit Zwischenabschnitten der unteren Platten 34 verbunden. Die oberen Teile der vertikalen Platten 36, 36 sind mit ausgesparten Abschnitten 39, 39 versehen, die ein Verbindungsstück 60 aufnehmen. An den ausgesparten Abschnitten 39, 39 angebracht schließt die Oberseite des Verbindungsstücks 60 glatt mit der Oberseite der oberen Platten 33, 33 ab. Der Abstand zwischen den beiden vertikalen Platten 36, 36 ist groß genug, damit das rotierende Werkzeug 50 eingesetzt werden kann, und er ist so klein wie möglich. Die Beziehung zwischen den vertikalen Platten 36 und den ausgesparten Abschnitten 39 ist die gleiche wie bei dem Beispiel der 5 und der Ausführungsform der 7.
Es wird nun der Schweißvorgang beschrieben. Im Zustand der 9(A) werden die Vorderenden der unteren Platten 34a, 34a durch das rotierende Werkzeug 50 zusammengeschweißt. Dabei sind die Hohlformelemente 31, 32 einschließlich des Verbindungsbereichs der Platten 34a, 34a auf einer Auflage angebracht. Die Oberseite der Auflage, die die Schweißraupe unterstützt, ist flach. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist kleiner als die Dicke der Platten 34a, 34a. Dadurch wird sichergestellt, daß die Bodenfläche nach dem Schweißen flach ist. Die Bodenfläche kann daher ohne weiteres als die Außenseite des Aufbaus eines Eisenbahnwaggons oder eines Gebäudes verwendet werden (wobei die Außenseite die Seite ist, an der keine Verkleidungsplatten angebracht werden). Im allgemeinen neigt die Oberseite der Reibschweißverbindung dazu, uneben zu sein (am Übergangsabschnitt 51).
Dann wird, wie in der 9(B) gezeigt, das Verbindungsstück 60 zwischen die beiden Hohlformelemente 31, 32 eingesetzt. Das Verbindungsstück 60 ist im vertikalen Querschnitt T-förmig. Wenn die beiden Enden des Verbindungsstücks 60 in die ausgesparten Abschnitte 39, 39 eingesetzt sind, besteht zwischen dem unteren Ende des vertika len Abschnitts 61 und der Schweißraupe an der unteren Platte ein Abstand. Der vertikale Abschnitt 61 kann auch weggelassen werden.
Dann wird, wie in der 9(C) gezeigt, der Verbindungsabschnitt zwischen dem Verbindungsstück 60 und dem Hohlformelement 31 durch das rotierende Werkzeug 50 mittels Reibschweißen zusammengeschweißt. Das rotierende Werkzeug 50 braucht nicht das gleiche zu sein wie in der 9(A).
Dann wird, wie in der 9(D) gezeigt, der Verbindungsabschnitt zwischen dem Verbindungsstück 60 und dem Hohlformelement 32 durch das rotierende Werkzeug 50 mittels Reibschweißen zusammengeschweißt.
Dadurch kann das Schweißen von einer Seite her erfolgen, und es braucht nichts umgedreht zu werden. Ohne Umdrehen spart man die Zeit dafür und für das Positionieren und auch die Einrichtung dafür, und es steigt auch die Genauigkeit beim Zusammenbau.
Die 10 zeigt ein anderes Beispiel, bei dem sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Hohlformelemente 51, 52 gleichzeitig mittels Reibschweißen zusammengeschweißt werden. Vertikal unter dem Schweißwerkzeug 50 für die Oberseite ist ein rotierendes Werkzeug 50a für die Unterseite vorgesehen. Der Vorsprung 52 des zweiten Schweißwerkzeugs 50a zeigt nach oben. Die beiden Schweißwerkzeuge 50 und 50a, die einander gegenüberliegen, werden zum Reibschweißen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Mit 70, 70 sind Auflagen (Tische) bezeichnet. Die Rotationsmittelpunkte der Werkzeuge 50 und 50a liegen auf der gleichen Linie, auf der sich auch der Verbindungsbereich der Hohlformelemente 31, 32 befindet.
Da bei dieser Anordnung der Rotationsmittelpunkt des zweiten Werkzeugs 50a in der Verlängerung des Rotationsmittelpunkts des ersten Werkzeugs 50 liegt, gleichen sich die Kräfte aus, so daß die Verbindung in kurzer Zeit mit wenig Deformation hergestellt werden kann. Da es auch nicht erforderlich ist, die Hohlformelemente 31, 32 umzudrehen, kann das Schweißen in kurzer Zeit mit wenig Deformation der Verbindung erfolgen.
Dieses Beispiel kann auch auf die anderen Beispiele und Ausführungsformen angewendet werden.
Bei den obigen Beispielen und Ausführungsformen wurden für die zu verbindenden Platten Hohlformelemente verwendet. Die folgenden Beispiele zeigen die Anwendung des Reibschweißens auf Wabenplatten. Wie in der 11 gezeigt, umfassen die Wabenplatten 80a, 80b zwei Oberflächenplatten 81, 82, Kernelemente 83 mit wabenartigen Zellen, und Randelemente 84, die entlang der Ränder der Oberflächenplatten 81, 82 angeordnet sind, wobei die Kernelemente 83 und die Randelemente 84 an den Oberflächenplatten 81, 82 festgelötet sind, um eine einheitliche Struktur zu erzeugen. Die Oberflächenplatten 81, 82, die Kernelemente 83 und die Randelemente 84 sind aus einer Aluminiumlegierung. Die Randelemente 84 werden durch Extrusion hergestellt und besitzen einen rechteckigen Querschnitt. Alle Seiten dieses rechteckigen Querschnitts haben eine größere Dicke als die Oberflächenplatten 81, 82. Die vertikalen Seiten der miteinander in Kontakt stehenden Randelemente 84, 84 haben die gleiche Dicke wie in der 1 gezeigt. Die beiden Wabenplatten 80a, 80b haben die gleiche Dicke.
Das Beispiel der 11 entspricht dem der 1. Die Höhe des Vorsprungs 52 des rotierenden Werkzeugs 50 ist größer als die Dicke der Seitenplatten 81, 82. Dadurch können die Seitenplatten 81, 82 und die Randelemente 84, 84 miteinander verschweißt werden. Die auf die Platten 80a, 80b einwirkende Last wird hauptsächlich durch die Randelemente 84 übertragen. Nach der Herstellung werden die Platten 80a, 80b zusammengesetzt und mittels Reibschweißen miteinander verschweißt.
Das Beispiel der 12 entspricht dem der 3. Das Randelement 84 der Wabenplatte 80a weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit Aussparungen an den Ecken auf. Das Randelement 84 der Wabenplatte 80b ist rinnenförmig, wobei die Öffnung der Rinne zur Wabenplatte 80a zeigt. Die offenen Enden des Randelements 84 liegen in den ausgesparten Abschnitten des Randelements 84 der Wabenplatte 80a.
Die der 5 entsprechende Wabenplatte kann auf eine ähnliche Weise hergestellt werden.
Die 13 zeigt ein weiteres Beispiel, das der 7 entspricht. Nach dem Zusammensetzen von zwei Wabenplatten 80a, 80b wird eine Platte 86 auf die Seitenplatten 81, 81 gesetzt und vorübergehend daran festgeschweißt. Die Platte 86 ersetzt das Material, das verflüssigt wird und herausfließt. In der 12 ist ein vertikales Stück des Randelements der Wabenplatte 80a weggelassen. Die vertikale Kraft wird von der Dicke des horizontalen Stücks des Randelements 84 und den umgebenden Teilen aufgenommen.
Die 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die vorstehenden Beispiele und die Ausführungsform bis zur 13 umfassen Platten mit zwei Seiten (Seitenplatten), während die Ausführungsform der 14 Platten 91, 92 mit praktisch nur einer einzigen Seitenfläche (Seitenplatten 94, 94) umfaßt. An zwei Stellen erfolgt an den zusammenstoßenden Enden der Platten 91, 92 ein Reibschweißen, nämlich an der Außenseite mit den Seitenplatten 94 und an der Innenseite ohne eine Seitenplatte. Die Verbindungsbereiche an der Innenseite sind daher mit schmalen Seitenplatten (Seitenplatten 93, 93) versehen. Die schmalen Seitenplatten 93, 93 werden von vertikalen Platten 96, 96 gehalten. Bei diesem Beispiel stehen die vertikalen Platten 96 auch praktisch senkrecht auf den Seitenplatten 93, 94. Die Seitenplatten 93, 94 sind mit erhöhten Abschnitten 37a, 38a versehen, die denen in der 7 ähnlich sind. Die Seitenplatten 94, 94 weisen in festgesetzten Abständen eine Anzahl von Verstärkungsrippen (Platten) 95, 95 auf. Die Rippen 95 haben einen T-förmigen Querschnitt. Die Oberseiten der Rippen 95 verlaufen glatt mit denen der Seitenplatten 93 des Verbindungsbereichs. An die Oberseiten können Verstärkungselemente (etwa Stützen) angeschweißt sein, oder die Oberseiten dienen als Befestigungssitze für bestimmte Gegenstände. Außerdem dienen die Seitenplatten 93, 93 auch als Sitz zur Kontrolle der Höhe des Werkzeugs 50. Ein beweglicher Körper, an dem das Werkzeug 50 angebracht ist, läuft die Seitenplatten 93, 93 entlang. Wegen des Vorsehens der Seitenplatten 93, 94 kann von den Platten 91, 92 auch gesagt werden, daß sie eine zweiseitige Struktur bilden. Die Platten 91, 92 sind extrudierte Formelemente.
Auch wenn die 14 die vertikalen Platten 96, 96 der Platten 91 und 92 im Verbindungsbereich gegenüberliegend zeigt wie beim Aufbau der 1, ist es möglich, eine der vertikalen Platten über die andere zu setzen, wie es in den 3, 5 und 7 gezeigt ist.
Die 15 zeigt ein Beispiel der Anwendung auf den Strukturkörper eines Eisenbahnwaggons. Der Strukturkörper weist Seitenkörper 101, ein Dach 102, einen Boden 103 und Stirnkörper 104 an den Enden in Längsrichtung auf. Die Seitenkörper 101 und das Dach 102 bestehen aus Platten 31, 32, 80a, 80b, 91, 92, deren Längsseiten in der Längsrichtung des Waggons ausgerichtet sind. Die Verbindung zwischen den Seitenkörpern 101 und dem Dach 102 und zwischen den Seitenkörpern 101 und dem Boden 103 erfolgt durch MIG-Schweißen. Das Dach 102 und die Seitenkörper 101 sind im Querschnitt oft bogenförmig. Wenn für die Seitenkörper 101 die Platten 91, 92 verwendet werden, zeigt die Seite mit den vertikalen Platten 96 und den Rippen 96 zur Innenseite des Waggons und den verstärkenden Elementen, die Stützen bilden.
Die Platten 31, 32 der 9 können spiegelbildlich kombiniert werden. Das Ende der vorstehenden Platte 34a jeder Platte wird auf den ausgesparten Abschnitt 39 der Platte 33 der anderen Platte aufgesetzt. Dadurch wird kein Verbindungsstück 60 benötigt, und es ist ein gleichzeitiges Reibschweißen im Verbindungsbereich sowohl von oben als auch von unten möglich. Die Platten 33, 34a können mit erhöhten Abschnitten versehen werden, wie es in der 7 gezeigt ist.

Claims

Verfahren zur Verbindung zweier Elemente (31, 32, 91, 92) durch Reibrührschweißen, wobei die Elemente jeweils Seitenflächen aufweisen und mindestens eines der Elemente einen erhöhten Abschnitt (37a, 38a) als Schweißsenkkompensation aufweist, der an der Seitenfläche des Elements hervorsteht und bei der Kante des einen Elements verläuft, die mit dem anderen Element verbunden werden soll, wobei der erhöhte Abschnitt bei der Kante eine örtliche Verdickung bildet und bei der Verbindung der beiden Elemente durch Reibrührschweißen, während die Seitenflächen coplanar zueinander angeordnet sind, Material von dem erhöhten Abschnitt (37a, 38a) in eine etwaige Lücke zwischen der Kante und dem anderen Element gezwungen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Seitenfläche des Elements zur Bildung des erhöhten Abschnitts bei der Kante stufenförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das genannte eine Element eine erste und eine zweite Außenlage (33, 34) und zumindest einen die Außenlagen verbindenden Verbindungssteg (35, 36) aufweist und die durch Reibrührschweißen zu verbindende Kante eine Kante der ersten Außenlage ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich der erhöhte Abschnitt (37a, 38a) auf einer von der zweiten Außenlage weg weisenden Fläche der ersten Außenlage befindet.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei an der ersten Außenlage bei deren Kante mindestens ein Verbindungssteg (35, 36) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verbindungssteg (36) bei Ansicht im Querschnitt des Elements senkrecht zur ersten Außenlage verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die zweite Außenlage (34) ebenfalls eine Kante zur Verbindung mit dem anderen Element durch Reibrührschweißen und einen erhöhten Abschnitt (37a, 38a) als Schweißsenkkompensation, der von einer Seitenfläche des Elements vorsteht und benachbart zur Kante der zweiten Außenlage verläuft, so daß eine örtliche Verdickung der zweiten Außenlage gebildet wird, aufweist, wobei beim Verbinden der beiden Elemente durch Reibrührschweißen Material von den beiden erhöhten Abschnitten in eine etwaige Lücke zwischen den entsprechenden Kanten und dem jeweils anderen Element gezwungen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Außenlage eine von einer Hinterschneidung in der Nähe ihres erhöhten Abschnitts gebildete Einkerbung an ihrer genannten Kante aufweist.