DE102005026505A1 - Method for connecting two components by means of friction welding and welded connection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Antriebselement eines Nockenwellentriebes, bei dem ein erstes Bauelement (11) und ein zweites Bauelement (12) über ein Reibschweißverfahren miteinander verbunden sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein "keilförmiges", rotationssymmetrisches Zwischenelement (22) rotierend in einen Zwischenraum (29) zwischen erstem Bauelement (11) und zweitem Bauelement (12) eingepresst, so dass sich zwischen einer gekrümmten Schweißfläche (27) des Verbindungselementes (22) und der Gegenfläche (18) des ersten Bauelementes (11) eine Reibschweißung ergibt. Die hergestellte Reibschweißverbindung ist betriebs- und zeitfest, beseitigt ein Mikrowandern zwischen den Bauelementen (11, 12) und weist ein niedrigeres Gewicht und einen kleinen erforderlichen Bauraum auf.The invention relates to a drive element of a camshaft drive, in which a first component (11) and a second component (12) are connected to one another via a friction welding process. DOLLAR A According to the invention a "wedge-shaped", rotationally symmetrical intermediate element (22) is rotationally pressed into a gap (29) between the first component (11) and the second component (12), so that between a curved welding surface (27) of the connecting element (22). and the counter surface (18) of the first component (11) results in a friction weld. The manufactured friction-welded joint is operational and time-proof, eliminates micro-sanding between the components (11, 12) and has a lower weight and a small required installation space.
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauelementes mit einem zweiten Bauelement über ein zusätzliches Verbindungselement unter Verwendung eines Reibschweißens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schweißverbindung, bei dem ein erstes Bauelement und ein zweites Bauelement über ein zusätzliches Verbindungselement mittels einer Reibschweißung miteinander verbunden sind.The The invention relates to a method for connecting a first component with a second component over an additional Connecting element using a friction welding. Farther the invention relates to a welded joint in which a first Component and a second component via an additional connecting element by means of a friction welding connected to each other.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Aus
der Druckschrift
Aus
der Druckschrift
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Verbinden von Bauelementen über ein Reibschweißen vorzuschlagen, welches hinsichtlich
- – der Herstellung der Reibschweißverbindung,
- – der Herstellung der Bauelemente und/oder
- – der Eigenschaften der hergestellten Verbindung
- The manufacture of the friction-welded connection,
- - The production of components and / or
- - the properties of the compound produced
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Schweißverbindung entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 5 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 4 sowie 6 bis 18.According to the invention Task by a method according to the features of the independent claim 1 solved. Furthermore, the object is achieved by a welded joint according to Characteristics of the independent claim 5 solved. Further embodiments The invention will become apparent according to the features of the dependent claims 2 to 4 and 6 to 18.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden die Bauelemente derart angeordnet, dass zwischen diesen ein Zwischenraum gebildet ist, beispielsweise ein radialer Zwischenraum oder radialer Spalt. Das Verbindungselement weist eine Schweißfläche auf, welche im Zuge des Reibschweißverfahrens zur Anlage an eine den Zwischenraum begrenzende Gegenfläche des ersten Bauelementes kommt und hier über ein Reibschweißen mit dem ersten Bauelement verschweißt wird. Eine Verbindung mit dem zweiten Bauelement kann ebenfalls in demselben Arbeitsgang mittels eines Reibschweißverfahrens hergestellt werden. Alternativ ist es möglich, dass eine Verbindung mit dem zweiten Bauelement in einem vor- oder nachgeschalteten Arbeitsgang hergestellt wird, wobei es sich bei dieser Verbindung ebenfalls um eine Reibschweißverbindung handeln kann oder aber eine beliebige andere, an sich bekannte feste Verbindungsherstellung.For the inventive method the components are arranged such that between them Interspace is formed, for example, a radial gap or radial gap. The connecting element has a welding surface, which in the course of the friction welding process for abutment with a space bounding the gap of the first component comes and here via a friction welding welded to the first component becomes. A connection with the second component can also in the same operation by means of a friction welding process getting produced. Alternatively, it is possible for a connection made with the second component in a preceding or subsequent operation is, wherein this compound is also a Reibschweißverbindung can act or any other, known per se solid Connect.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass nicht eine unmittelbare Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauelement hergestellt werden muss, sondern hierzu ein zusätzliches Verbindungselement eingesetzt wird. Durch die Verwendung der drei Elemente (erstes Bauelement, zweites Bauelement, Verbindungselement) können diese im Bereich der herzustellenden Verbindung zunächst eine Vielfalt unterschiedlicher Geometrien aufweisen, die vielfältige Möglichkeiten für die hergestellte Reibschweißverbindung bieten. Weiterhin ist erfindungsgemäß der Einsatz gleicher oder unterschiedlicher Werkstoffe für die Elemente möglich. Weiterhin kann für das Verbindungselement ein Werkstoff entsprechend dem ersten Bauelement und/oder dem zweiten Bauelement gewählt werden oder aber ein völlig abweichender Werkstoff. Neben der Möglichkeit der Wahl von gleichen oder unterschiedlichen Stählen oder Legierungen ist damit beispielsweise auch eine Kombination eines Metalls mit einem Kunststoff, einer Keramik oder Glas möglich.The Invention is based on the knowledge that not an immediate Connection made between the first and second component must be, but this an additional connection element is used. By using the three elements (first Component, second component, connecting element) can this In the field of the compound to be produced, initially a variety of different Have geometries that are diverse options for the manufactured friction welded joint Offer. Furthermore, according to the invention, the use of the same or different materials for the elements possible. Furthermore, for the connecting element is a material corresponding to the first component and / or the second component are chosen or a completely different Material. Besides the possibility the choice of the same or different steels or alloys is so for example, a combination of a metal with a plastic, a ceramic or glass possible.
Andererseits ermöglicht die Anordnung eines zusätzlichen Verbindungselementes eine Vervielfältigung der Möglichkeiten für die thermischen und mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Elemente. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass bei Wahl eines Materials, welches im Zuge des Reibschweißverfahrens große Verformungen erleidet, unter Umständen die Toleranzen für die Kontaktkonturen der eingesetzten Elemente verhältnismäßig groß gewählt werden können.on the other hand allows the arrangement of an additional Verbindungselementes a duplication of possibilities for the thermal and mechanical properties of the elements used. This means, for example, that when choosing a material, which in the course of friction welding size Deformations may suffer the tolerances for the contact contours the elements used are chosen to be relatively large can.
Der Einsatz eines Reibschweißverfahrens hat gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren den Vorteil, dass eine rotationssymmetrische Erwärmung und Verschweißung der miteinander zu verbindenden Bauelemente erfolgt. Hierdurch können unerwünschte Verzüge und Deformationen, insbesondere in dünnwandigen Bauteilen, und unerwünschte hohe, ungleichförmig verteilte innere Spannungen vermieden werden, wodurch sich die über die Reibschweißung verbundenen Bauelemente durch ein hohes Maß an Funktionalität, Qualität und Maßhaltigkeit sowie dynamischer Zeitfestigkeit auszeichnen können. Weiterhin kann auf den Einsatz von Schrauben, Nieten, usw. für eine Herstellung von Verbindungen verzichtet werden, wodurch Bauraum eingespart werden kann. Hierdurch ist eine Verbindungsherstellung ermöglicht auch für Bauelemente, die sehr dünn ausgebildet sind und nicht mittels klassischer Technologieverfahren wie Schrumpfen, Schweißen, Kleben, Pressen, Nieten, Schrauben, mit Kraft- oder Formschluss verbunden werden können. Eine Schweißnahtvorbereitung entsprechend anderen Schweißverfahren ist nicht erforderlich. Abweichend zu alternativen Verbindungstechniken treten keine die Umwelt oder den Menschen belastenden Emissionen wie Strahlung, Spritzer, Rauch, Klebedämpfe, usw. auf. Es sind keine Zusatzstoffe oder ein Schutzgas erforderlich. Darüber hinaus ergibt sich u. U. ein günstiger Gefügezustand der Verbindung und der Elemente, insbesondere kein Schmelz- oder Gussgefüge. Ein Fügen kann im Sekundenbereich erfolgen. Es liegt ein potentiell höherer Automatisierungsgrad vor als bei der Herstellung einer Schrumpfverbindung. Die erfindungsgemäße Reibschweißverbindung kann mit einem geringen Energiebedarf hergestellt werden. Weiterhin kann eine Schweißverbindung mit hoher Güte hergestellt werden, wobei nur eine geringe Wärmeeinbringung in das Schweißgut erfolgt, so dass keine Schmelze entsteht. Es erfolgt eine symmetrische Erwärmung und Abkühlung, was zu einer besonders verzugsarmen Verbindung führt mit unter Umständen symmetrischen Eigenspannungen. Die Reibschweißverbindung gewährleistet damit u. U. auch eine hohe Genauigkeit der verbundenen Bauelemente.Of the Use of a friction welding process has across from usual Welding process Advantage that a rotationally symmetrical heating and welding of the takes place with each other to be connected components. As a result, undesirable distortions and deformations, especially in thin-walled Components, and undesirable high, unequal distributed internal stresses are avoided, which over the Friction welding connected components by a high degree of functionality, quality and dimensional stability as well as dynamic time stability can distinguish. Furthermore, on the Use of screws, rivets, etc. for making connections be omitted, which space can be saved. hereby is a connection also allows for components, the very thin formed are and not by classical technology methods such as shrinking, Welding, Gluing, pressing, riveting, screwing, with positive or positive locking can be connected. A weld preparation according to other welding methods not necessary. Unlike alternative joining techniques do not pollute the environment or humans such as radiation, splashes, smoke, adhesive fumes, etc. on. There are not any Additives or a protective gas required. Furthermore results u. U. a cheaper microstructure the compound and the elements, in particular no melting or Cast structure. Insert can be done in seconds. There is a potentially higher level of automation before than in the production of a shrink connection. The friction-welded connection according to the invention can be produced with a low energy requirement. Farther can be a welded joint with high quality be produced, with only a small heat input into the weld metal, so that no melt arises. There is a symmetrical heating and Cooling, which leads to a particularly low-distortion connection with possibly symmetrical Residual stresses. The friction welding connection guaranteed so u. U. also a high accuracy of the connected components.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ruht das erste und zweite Bauelement während des Reibschweißens, während das Verbindungselement in Rotation versetzt wird. Eine Wirkverbindung des Verbindungselementes mit dem ersten Bauelement wird dadurch herbeigeführt, dass das Verbindungselement in eine Fügerichtung bewegt wird, in die Fügerichtung mit einer Anpresskraft beaufschlagt wird und gleichzeitig ein Antriebsmoment auf das Verbindungselement aufgebracht wird, so dass die notwendige Reibung für das Reibschweißverfahren zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Bauelement hervorgerufen wird. Insbesondere für verhältnismäßig große Bauelemente und/oder unsymmetrische Bauelemente mit einer Unwucht kann es von Vorteil sein, wenn die Bauelemente nicht in Rotation versetzt werden müssen. Hier ist die Bewegung eines kleinen Verbindungselementes mit einem niedrigen Massenträgheitsmoment vorteilhaft. Weiterhin ermöglicht diese Ausgestaltung der Erfindung, dass die Bauelemente als ruhende Teile in einer fixierten Position zueinander angeordnet werden, so dass nach Herstellung der Reibschweißverbindung die Bauteile eine exakt vordefinierte Orientierung zueinander und Lage besitzen.According to one Another proposal of the invention rests the first and second components during the friction welding, while the connecting element is set in rotation. An active compound of Connecting element with the first component is thereby brought about that the connecting element in a joining direction is moved, in the joining direction is acted upon by a contact force and at the same time a drive torque is applied to the connecting element, so that the necessary Friction for the friction welding between caused the connecting element and the first component. Especially for relatively large components and / or unbalanced components with an imbalance can it from Be beneficial if the components are not rotated have to. Here is the movement of a small connector with a low Moment of inertia advantageous. Furthermore possible This embodiment of the invention that the components as a dormant Parts are arranged in a fixed position to each other, so that after production of the friction-welded joint, the components a have exactly predefined orientation to each other and location.
Ein bevorzugtes Verbindungsverfahren kann derart ausgestaltet sein, dass das erste Bauelement und das zweite Bauelement zunächst mit einer Überdeckung in Fügerichtung zueinander angeordnet werden, wobei zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement quer zur Fügerichtung ein (umlaufender) Zwischenraum ausgebildet wird. Hieran anschließend werden das erste und zweite Bauelement gegenüber der Umgebung, beispielsweise durch geeignete Halterungen, und/oder gegeneinander fixiert. Im nächsten Schritt wird das Verbindungselement rotierend und unter Aufbringung eines Antriebsmomentes sowie einer Anpresskraft in den zuvor erwähnten Zwischenraum eingeführt. Dies führt zu einem Reibkontakt zwischen der Schweißfläche des Verbindungselementes und einer geeigneten Gegenfläche des ersten Bauelementes, so dass eine Reibschweißverbindung hergestellt wird. Mit ausreichender Erwärmung und Verbindung des Verbindungselementes und des ersten Bauelementes wird die Rotation des Verbindungselementes beendet und es erfolgt eine Abkühlung der Elemente.One preferred connection method can be designed in such a way that the first component and the second component first with a cover in joining direction arranged to each other, wherein between the first component and the second component transverse to the joining direction a (circulating) Interspace is formed. Following this, the first and second components across from the environment, for example by suitable brackets, and / or fixed against each other. In the next step the connecting element is rotating and under application of a Drive torque and a contact force in the aforementioned gap introduced. this leads to to a frictional contact between the welding surface of the connecting element and a suitable mating surface of the first component, so that a Reibschweißverbindung is produced. With sufficient warming and connection of the connecting element and the first component is the rotation of the connecting element is terminated and there is a Cooling of the elements.
Für den Fall, dass in Folge der bisherigen Fertigung der Elemente und/oder infolge der Herstellung der Verbindung noch störende Bereiche der Elemente vorhanden sind, können diese durch eine spanende Nachbearbeitung, beispielsweise ein Drehen, beseitigt werden. Im Zuge der spanenden Nachbearbeitung können die Elemente alternativ oder zusätzlich auf ein exaktes Maß gebracht werden.In the case, that as a result of the previous production of the elements and / or as a result the preparation of the compound still disturbing areas of the elements can exist this by a machining rework, for example, a turning eliminated become. In the course of the machining, the elements can alternatively or additionally brought to a precise level become.
Für den Fall, dass die Bauelemente einerseits als Welle und andererseits als Nabe ausgebildet sind, ist es von Vorteil, wenn der Zwischenraum als (umlaufender) radialer Spalt zwischen Welle und Nabe ausgebildet ist. Dieser Spalt kann in axialer Richtung durchgehend ausgebildet sein. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass der Spalt und Zwischenraum lediglich über einen Teilbereich der axialen Länge der Nabe existiert, während Im Bereich eines anderen Teilbereiches ein Spiel oder eine Übergangspassung zwischen Welle und Nabe gegeben ist, so dass bereits eine Vorpositionierung zwischen Welle und Nabe möglich ist.In the event that the components are formed on the one hand as a shaft and on the other hand as a hub, it is advantageous if the intermediate space is formed as a (circumferential) radial gap between the shaft and the hub. This gap can be in axial Direction be formed continuously. Alternatively, it is also possible that the gap and gap exists only over a portion of the axial length of the hub, while in the area of another portion of a game or a transition fit between the shaft and hub is given, so that already a pre-positioning between the shaft and hub possible is.
Vorzugsweise ist das Verbindungselement sowohl mit dem ersten Bauelement als auch mit dem zweiten Bauelement über ein Reibschweißverfahren verbunden, insbesondere in einem einzigen Reibschweiß-Verbindungsschritt. Hierbei ist das Verbindungselement radial innen liegend mit dem zweiten Bauelement verbunden, während eine Verbindung mit dem ersten Bauteil im Bereich der Schweißfläche außen liegend von dem Verbindungselement erfolgt.Preferably is the connecting element with both the first component as also with the second component over a friction welding process is connected, in particular in a single friction welding connection step. in this connection is the connecting element radially inward with the second component connected while a connection with the first component in the area of the welding surface lying outside from the connecting element.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich der Kontur der Schweißfläche des Verbindungselementes gegenüber der Fügerichtung um einen Winkel α mit 0 < α < 90° geneigt. Kommt das Verbindungselement in einem derartigen Teilbereich zur Anlage an dem ersten Bauelement, so wird die Anpresskraft nach Maßgabe des Winkels α aufgeteilt in eine Komponente, welche in Richtung der Kontur orientiert ist und eine Komponente quer zu der Kontur. Ähnlich eines Keileffektes kann über die Gestaltung der Schweißfläche mit einer Kontur im Winkel α mit kleinen Anpresskräften eine große Kontaktkraft in der Schweißfläche erzeugt werden, die für die Herstellung der Schweißverbindung verantwortlich ist. Gleichzeitig führt die Kontaktkraft-Komponente unter Umständen dazu, dass das Verbindungselement quer zu der Kontur der Schweißfläche beansprucht und verformt wird, was zu einer Verformung des Verbindungselementes führen kann, die abhängig von der Kontaktkraft ist. Eine derartige Verformung kann genutzt werden zur Erhöhung der Anpresskraft des Verbindungselementes auf einer der Kontur der Schweißfläche gegenüberliegenden Seite an das zweite Bauelement.Corresponding a development of the invention is at least a subarea the contour of the welding surface of the Connecting element opposite the joining direction by an angle α with 0 <α <90 ° inclined. If the connecting element in such a sub-area to Attachment to the first component, the contact pressure in accordance with the Angle α divided in a component which is oriented in the direction of the contour and a component across the contour. Similar to a wedge effect can over the Design of the welding surface with a contour at an angle α with small contact forces one size Contact force generated in the welding surface, the for the production of the welded joint responsible for. At the same time the contact force component leads in certain circumstances for the fastener to stress transversely to the contour of the weld surface and is deformed, resulting in deformation of the connecting element to lead can that be dependent from the contact force. Such deformation can be used become an increase the contact pressure of the connecting element on one of the contour of the Weld surface opposite Side to the second component.
Weiterhin kann die Kontur der Schweißfläche nicht nur einen Winkel α, sondern mindestens zwei Teilbereiche mit unterschiedlichen Winkeln α1 und α2 aufweisen. Über die Vorgabe der Winkel α1 und α2 können in unterschiedlichen Teilbereichen der Schweißfläche eine unterschiedliche Erwärmung und/oder eine unterschiedliche plastische und/oder elastische Verformung konstruktiv vorgegeben werden. Die vorgenannten Winkel α, α1 und α2 können lediglich in diskreten Abschnitten über die Kontur der Schweißfläche gegeben sein oder aber über einen Bereich der Kontur. Hierbei kann die Gestaltung dieser Kontur mit den Winkeln α, α1 und α2 nur über einen Teilumfang gegeben sein oder über den gesamten Umfang. Hieraus kann dann bspw. eine Kontur der Schweißfläche resultieren, die mehrfach konusförmig, insbesondere doppelt konisch ausgebildet ist, wobei der Konuswinkel in Richtung der Längserstreckung des Verbindungselementes abgestuft zu- oder abnimmt. Die Wahl einer konusförmigen Schweißfläche hat u. U. den zusätzlichen Vorteil, dass mit einem Eintritt des Verbindungselementes in das Bauelement in Folge der Konusfläche eine Selbstzentrierung erfolgen kann.Furthermore, the contour of the welding surface can not only have an angle α but at least two partial regions with different angles α 1 and α 2 . By specifying the angles α 1 and α 2 , a different heating and / or a different plastic and / or elastic deformation can be structurally predetermined in different subregions of the welding surface. The abovementioned angles α, α 1 and α 2 can be given only in discrete sections over the contour of the welding surface or over an area of the contour. Here, the design of this contour with the angles α, α 1 and α 2 may be given only over a partial circumference or over the entire circumference. This may then result, for example, a contour of the welding surface, which is formed in a plurality of conical, in particular double conical, wherein the cone angle gradually increases or decreases in the direction of the longitudinal extent of the connecting element. The choice of a cone-shaped welding surface has u. U. the additional advantage that with an entry of the connecting element in the component in consequence of the conical surface can be done self-centering.
Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung ist die Kontur der Schweißfläche kurvenförmig ausgebildet, so dass die Steigung der Kontur nicht stufenartig veränderlich ist, sondern kontinuierlich, ggf. mit einzelnen Sprüngen.Corresponding an alternative embodiment, the contour of the welding surface is curved, so that the slope of the contour does not vary step-by-step is, but continuously, possibly with individual jumps.
Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei herausgestellt, wenn die Kontur der Schweißfläche einem Teilbereich einer Spirale entspricht.When it has turned out to be particularly advantageous if the Contour of the welding surface one Part of a spiral corresponds.
Beispielsweise kann es sich hierbei um eine so genannte "goldene Spirale" oder "logarithmische Spirale" handeln. Die Gestaltung einer derartigen goldenen Spirale ist hierbei dem Fachmann oder Mathematiker bekannt. Beispielsweise ergibt sich eine derartige Konturgestaltung aus einschlägigen Seiten des Internets zu dem Begriff "goldene Spirale", beispielsweise www.mathe.tu-freiburg.de sowie mit Hilfe einfacher Zeichnungsmittel und Fibbonacci-Zahlen oder auf Basis der so genannten "Goldene – Dreieck – Methode", s. a. die Ausführungen zu Fibonacci- Rechtecke und -Spirale unter www.netlinx.de/fibonacci.For example This may be a so-called "golden spiral" or "logarithmic spiral". The design Such a golden spiral is here the expert or Mathematician known. For example, such results Contour design from relevant Pages of the Internet on the term "golden spiral", for example www.mathe.tu-freiburg.de as well as using simple drawing means and fibbonacci numbers or based on the so - called "Golden Triangle Method", s. a. the designs on Fibonacci squares and spirals at www.netlinx.de/fibonacci.
Gemäß einer ersten Ausgestaltungsform einer Weiterbildung entspricht die Kontur einer zugeordneten Gegenfläche eines Bauelementes der Kontur der Schweißfläche (zumindest in Teilbereichen). Die entsprechenden Konturen kommen somit während des Reibschweißens zum selben Zeitpunkt aneinander zur Anlage, so dass für diese Konturbereiche gleichzeitig eine Schweißverbindung hergestellt wird.According to one first embodiment of a development corresponds to the contour an associated counter surface a component of the contour of the welding surface (at least in partial areas). The corresponding contours thus occur during friction welding same time to each other to the plant, so for this Contour areas simultaneously a welded joint is made.
Für eine alternative Ausgestaltung sind die Konturen der Gegenfläche eines Bauelementes und der Schweißfläche abweichend zueinander ausgebildet. Hierbei kann durch die Abweichungen gezielt vorgegeben werden, dass die Konturen während des Reibschweißverfahrens nicht gleichzeitig aneinander zur Anlage kommen, sondern zeitlich versetzt. Hierdurch kann ein "schichtweiser Aufbau" der Reibschweißverbindung hergestellt werden, wobei für zeitlich früher hergestellte Kontaktbereiche eine größere Verformung während des Reibschweißverfahrens hergestellt wird als für zeitlich später kontaktierende Konturbereiche.For an alternative Design are the contours of the counter surface of a component and the Welding surface deviating formed to each other. This can be specified by the deviations targeted be that contours during the friction welding process not at the same time to each other to the plant, but temporally added. This can be a "layer by layer Structure of the friction-welded connection produced for earlier produced earlier Contact areas a greater deformation while the friction welding process is manufactured as for later in time contacting contour areas.
Vorzugsweise ist mit dem ersten und zweiten Bauelement ein Antriebselement in einem Nockenwellentrieb gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Antriebselement um ein Kettenrad-Stirnrad für einen Nockenwellenversteller, einen Innen- oder Außenrotor eines Nockenwellenverstellers, eine Verbindung einer Nockenwelle mit einem Zahnrad, einem Verstellelement oder ähnlichem. Bekannte derartige Verbindungen werden insbesondere mittels einer Schrumpfverbindung gebildet. Für dünnwandige Konstruktionen resultiert aus einer derartigen Schrumpfverbindung unter Umständen ein Mikrowandern im Betrieb mit dynamischer Belastung, welches unerwünscht ist und zu einer Verschlechterung oder einem Versagen der Funktion eines Nockenwellentriebes führen kann. Weiterhin ist eine derartige Schrumpfverbindung von einer Oberflächenbeschaffung der Kontaktflächen der Schrumpfverbindung und den Fertigungsverfahren wie einem Drehverfahren, Schleifen, Honen oder Strahlen abhängig. Eine Beseitigung eines Mikrowanderns durch eine Erhöhung der Überdeckung in einem Querpressverband kann nur begrenzt erfolgen, da die beteiligten Bauelemente hierfür unter Umständen eine unzureichende mechanische Festigkeit aufweisen. Ein Schweißen beliebiger Art verursacht unzulässige Verzüge im Verzahnungsbereich, die unter Umständen werkstoffabhängig sind. Ebenfalls ein Kleben ist u. U. nicht möglich, da die hergestellte Verbindung für einen Einsatz im Kraftfahrzeug mindestens 15 Jahre lang problemlos und ausfallsicher gestaltet sein muss. Für die Anordnung von Schrauben, Nieten oder einem Form- oder Kraftschluss ist bei den genannten Antriebselementen nicht genügend Bauraum vorhanden. Die vorgenannten Probleme werden durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Reibschweißverfahrens für ein Antriebselement eines Nockenwellentriebes vermieden.Preferably, a drive element is formed in a camshaft drive with the first and second component. For example, it is in the drive element to a sprocket spur gear for a camshaft adjuster, an inner or outer rotor of a camshaft adjuster, a connection of a camshaft with a gear, an adjusting element or the like. Known such compounds are formed in particular by means of a shrink connection. For thin-walled constructions, such a shrink-fit connection may result in micro-walking during dynamic load operation, which is undesirable and may result in degradation or failure of the function of a camshaft drive. Furthermore, such a shrink connection is dependent on a surface procurement of the contact surfaces of the shrink fit and the manufacturing processes such as a turning process, grinding, honing or blasting. An elimination of a micro-sanding by increasing the coverage in a transverse compression bandage can be limited, since the components involved may have insufficient mechanical strength for this purpose. Welding of any kind causes impermissible distortions in the toothing area, which may be material-dependent. Also gluing is u. U. not possible because the compound produced for use in motor vehicles must be designed for at least 15 years without problems and fail-safe. For the arrangement of screws, rivets or a positive or frictional connection is not enough space available in the said drive elements. The aforementioned problems are avoided by the use of the friction welding method according to the invention for a drive element of a camshaft drive.
Entsprechend einem besonderen Vorschlag der Erfindung werden das erste Bauelement, das zweite Bauelement und/oder das Verbindungselement während des Reibschweißens lediglich plastifiziert, nicht jedoch geschmolzen, so dass die erreichten Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der gewählten Werkstoffe liegen. Bei einer Verbindung mittels einer Plastifizierung handelt es sich um einen stabilen Fusionsprozess, bei dem kein Aufschmelzen des Materials erfolgt. Das Material wird lediglich in thermisch-plastischen Zustand versetzt und schichtweise in dem Zwischenraum erzeugt. Durch ein teigartiges Vermischen der plastischen Schichten entsteht eine Verbindung, die durch eine tiefgehende Diffusion und Legierung der Werkstoffe ineinander gekennzeichnet ist. So entsteht eine hochstabile Schweißverbindung der Bauelemente. Durch eine fehlende Aufschmelzung beim Reibschweißen können folgende Vorteile erreicht werden:
- – sehr niedrige Wärmeeinflusszonen in den Bauteilen, da eine rasche Abkühlung der hauchdünnen Thermoplastizitätsschichten schon während des Reibschweißprozesses entsteht,
- – keine Änderung der kristallinen und/oder chemischen Struktur der Werkstoffe der Elemente,
- – keine oder verminderte Neubildung von neuen Kristallstrukturen, die nachteilig sein könnte, beispielsweise Chrom- oder Kohlenstoffkristallzonen, bzw. Faserstrukturen,
- – kein Austritt von Schmelzflüssigkeit aus einer Schweißfuge,
- – gezielte Bildung der Schweißnahtstruktur im plastischen Zustand, beispielsweise "rührmäßig",
- – Herstellung einer geometrisch stabilen Verbindung, da beim Abkühlen kein Schrumpfen erfolgt.
- Very low heat-affected zones in the components, since a rapid cooling of the wafer-thin thermoplasticity layers already occurs during the friction welding process,
- - no change in the crystalline and / or chemical structure of the materials of the elements,
- No or reduced formation of new crystal structures, which could be disadvantageous, for example chromium or carbon-crystal zones, or fiber structures,
- No leakage of molten liquid from a welding joint,
- Targeted formation of the weld seam structure in the plastic state, for example, "stirring",
- - Preparation of a geometrically stable compound, since no shrinkage occurs during cooling.
Bei klassischen Reibschweißverfahren sind die sehr hohen mechanischen Werkstoff- und Bauelementbelastungen in Folge der Stauchkraft und des Reibmomentes nachteilig. Dieses wird durch Minimieren der Stauchkraft über eine geeignet Kontur der Schweißfläche vermieden, da die Anpresskraft im größten Teil nur axial das erste Bauelement auf Druck belastet. In radialer Richtung ist das "goldene Spiralprofil" mit einer geringen Steigung der Kontur ausgestattet, was viele kleinere radiale Verformungen des ersten Bauelementes verursacht. Die erfindungsgemäßen Konturen der Bauelemente und des Verbindungselementes, insbesondere der Schweißfläche, sind leicht durch Sintern, Stanzpakettieren oder Drehen herstellbar.at classic friction welding process are the very high mechanical material and component loads due to the compression force and the friction torque disadvantageous. This is avoided by minimizing the crush force over a suitable contour of the weld area, because the contact pressure in the majority only axially loaded the first component to pressure. In the radial direction is the "golden spiral profile" with a small one Slope of the contour equipped, resulting in many smaller radial deformations caused the first component. The contours of the invention the components and the connecting element, in particular the welding surface, are easily produced by sintering, stamping or turning.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geometrien der Bauteile, der relativen Abmessungen mehrerer dargestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirkverbindungen miteinander, zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher in verschiedenen Figuren dargestellter Ausgestaltungen oder Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt.advantageous Further developments will become apparent from the dependent claims, the description and the Drawings. Other features are the drawing, especially the illustrated geometries of the components, the relative dimensions several illustrated dimensions same or different components, the relative arrangement the components to each other and their operative connections with each other, refer to. The combination of features different in various figures illustrated embodiments or features different claims is also possible and is hereby stimulated.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:Two embodiments The invention are shown schematically in the drawing. Show it:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention
In
Die
Nabe
Ein
Verbindungselement
Die
Kontur
Zur
Verbindung der Nabe
Hieran
anschließend
wird der Antrieb und der Vorschub des Verbindungselementes
Aus
Eine
Verschweißung
zwischen dem Verbindungselement
Abweichend
zu den dargestellten Ausführungsformen
ist es ebenfalls möglich,
dass in einer Umkehrung die Schweißfläche
- 1010
- Schweißverbindungwelded joint
- 1111
- erstes Bauelementfirst module
- 1212
- zweites Bauelementsecond module
- 1313
- Nabehub
- 1414
- Wellewave
- 1515
- Mantelflächelateral surface
- 1616
- Ölbohrungoil well
- 1717
- Innenflächepalm
- 1818
- Gegenflächecounter surface
- 1919
- Konturcontour
- 2020
- Längsachselongitudinal axis
- 2121
- Ölbohrungoil well
- 2222
- Verbindungselementconnecting element
- 2323
- Innenflächepalm
- 2424
- Außenflächeouter surface
- 2525
- Konturcontour
- 2626
- Funktionsbereichfunctional area
- 2727
- Schweißflächewelding surface
- 2828
- Halteeinrichtungholder
- 2929
- Zwischenraumgap
- 3030
- Fügerichtungjoining direction
- 3131
- Wulstbead
- 3232
- unnötiger Teilbereichunnecessary subarea
- 3333
- Grenzlinieboundary line
- 3434
- Zahntooth
- 3535
- Stirnradspur gear
- 3636
- Stirnradspur gear
Claims (18)
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