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DE102005026505A1 - Method for connecting two components by means of friction welding and welded connection - Google Patents

Method for connecting two components by means of friction welding and welded connection Download PDF

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DE102005026505A1
DE102005026505A1 DE200510026505 DE102005026505A DE102005026505A1 DE 102005026505 A1 DE102005026505 A1 DE 102005026505A1 DE 200510026505 DE200510026505 DE 200510026505 DE 102005026505 A DE102005026505 A DE 102005026505A DE 102005026505 A1 DE102005026505 A1 DE 102005026505A1
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DE
Germany
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component
connecting element
contour
welding
welded joint
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DE200510026505
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German (de)
Inventor
Jürgen Dipl.-Ing. Weber
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Original Assignee
Schaeffler KG
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Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
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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 DE 695 10 770 T2 ist es bekannt, zwei Rohre im Bereich ihrer konisch aufgeweiteten Enden durch ein Verbindungselement miteinander zu verbinden. Das Verbindungselement weist zwei konusförmige Außenflächen mit entgegengesetzten Konuswinkeln auf. Diese Konusflächen sind mittels eines Reibschweißverfahrens mit den Innenflächen der konusförmigen Enden der Rohre verschweißt. Eine Verstärkung der Verbindung der Rohre erfolgt durch Ringe mit keilförmigem Querschnitt, die sich jeweils an der Außenfläche der konusförmigen Enden der Rohre abstützen und außenliegend von einem äußeren Verstärkungsring umgeben sind.From the publication DE 695 10 770 T2 It is known to connect two tubes in the region of their conically widened ends by a connecting element with each other. The connecting element has two conical outer surfaces with opposite cone angles. These conical surfaces are welded to the inner surfaces of the cone-shaped ends of the tubes by means of a friction welding process. Reinforcement of the connection of the tubes is made by rings of wedge-shaped cross-section, which are respectively supported on the outer surface of the cone-shaped ends of the tubes and are externally surrounded by an outer reinforcing ring.

Aus der Druckschrift DE 94 05 814 U1 ist der Einsatz eines Reibschweißverfahrens zur Anbindung von Nocken an eine Nockenwelle bekannt. Aus der Druckschrift DE 44 37 396 A1 ist eine gebaute Nockenwelle aus einzelnen Teilsegmenten bekannt, bei denen die Teilsegmente in radialen Fügeebenen mittels eines Reibschweißverfahrens miteinander verbunden sind. Die Druckschrift DE 40 29 026 A1 betrifft ebenfalls ein Reibschweißverfahren für unterschiedliche Teilsegmente einer Nocken- oder Kurbelwelle. Grundsätzliche Überlegungen zur Durchführung eines Reibschweißverfahrens von beliebigen Werkstücken sind bspw. der Druckschrift DE 33 07 445 C2 zu entnehmen.From the publication DE 94 05 814 U1 is the use of a friction welding method for connecting cams to a camshaft known. From the publication DE 44 37 396 A1 is a built camshaft of individual sub-segments known in which the sub-segments are joined together in radial joining planes by means of a friction welding process. The publication DE 40 29 026 A1 also relates to a friction welding method for different sub-segments of a camshaft or crankshaft. Fundamental considerations for carrying out a friction welding process of any workpieces are, for example, the document DE 33 07 445 C2 refer to.

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
verbessert ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schweißverbindung vorzuschlagen, die die zuvor erwähnten Anforderungen erfüllt. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einer Welle-Nabe-Verbindung, beispielsweise für ein Antriebselement eines Nockenwellentriebes.The invention has for its object to provide a novel method for connecting components via a friction welding, which in terms
  • The manufacture of the friction-welded connection,
  • - The production of components and / or
  • - the properties of the compound produced
is improved. Furthermore, the invention has for its object to propose a welded joint, which meets the aforementioned requirements. In particular, the invention is concerned with a shaft-hub connection, for example for a drive element of a camshaft drive.

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.
According to a particular proposal of the invention, the first component, the second component and / or the connecting element are merely plasticized during the friction welding, but not melted, so that the temperatures reached are below the melting temperature of the selected materials. A plasticizing compound is a stable fusion process that does not melt the material. The material is merely put in a thermo-plastic state and produced layer by layer in the intermediate space. Dough-like mixing of the plastic layers creates a bond characterized by deep diffusion and alloying of the materials. This creates a highly stable welded joint of the components. Due to a lack of melting during friction welding, the following advantages can be achieved:
  • 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:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißverbindung im Halb-Längsschnitt; 1 a first embodiment of a welded joint according to the invention in half longitudinal section;

2 eine Kontur einer Schweißfläche eines Verbindungselementes, welches für einen Einsatz in einer Schweißverbindung gemäß 1 geeignet ist; und 2 a contour of a welding surface of a connecting element, which is suitable for use in a welded joint according to 1 suitable is; and

3 eine alternative Ausgestaltung einer Schweißverbindung entsprechend der vorliegenden Erfindung. 3 an alternative embodiment of a Welded joint according to the present invention.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention

In 1 ist eine Schweißverbindung 10 mit einer Verbindung eines ersten Bauelementes 11 mit einem zweiten Bauelement 12 über ein Reibschweißen dargestellt. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Bauelement 11 um eine Nabe 13, während das zweite Bauelement 12 eine (Hohl-)Welle 14 ist. Die Welle 14 ist hohlzylinderförmig ausgebildet mit einer äußern Mantelfläche 15 und besitzt eine radiale Ölbohrung 16.In 1 is a welded joint 10 with a connection of a first component 11 with a second component 12 represented by a friction welding. For the illustrated embodiment, it is in the first component 11 around a hub 13 while the second component 12 a (hollow) shaft 14 is. The wave 14 is hollow cylindrical with an outer surface 15 and has a radial oil hole 16 ,

Die Nabe 13 verfügt radial innenliegend über einen Teilbereich mit einer zylinderförmigen Innenfläche 17 und einen Teilbereich mit einer Gegenfläche 18, deren Kontur 19 in dem Halblängsschnitt gemäß 1 ersichtlich ist und rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 20 der Schweißverbindung 10 ausgebildet ist. Die Nabe 13 besitzt eine radiale Ölbohrung 21, die korrespondierend zur Ölbohrung 16 ausgebildet ist.The hub 13 has radially inward over a partial area with a cylindrical inner surface 17 and a partial area with a counter surface 18 , whose contour 19 in the semi-longitudinal section according to 1 is apparent and rotationally symmetric to a longitudinal axis 20 the welded joint 10 is trained. The hub 13 has a radial oil hole 21 , which correspond to the oil well 16 is trained.

Ein Verbindungselement 22 ist im in 1 dargestellten Halblängsschnitt vereinfacht als keilförmig zu bezeichnen und rotationssymmetrisch zur Längsachse 20 ausgebildet. Das Verbindungselement 22 besitzt eine zylinderförmige Innenfläche 23 sowie eine radial außen liegende Außenfläche 24, die in dem in 1 aus der Nabe 13 auskragenden Bereich ungefähr zylinderförmig ausgebildet ist und in dem in der Nabe 13 angeordneten Teilbereich eine Kontur 25 bildet. In dem der Kontur 25 gegenüberliegenden Endbereich besitzt das Verbindungselement 22 einen Funktionsbereich 26, welcher geeignet für ein Zusammenwirken mit einem Werkzeug, einer Halte- und/oder Anpress- und Antriebseinrichtung ausgebildet ist.A connecting element 22 is in the 1 Halflängsschnitt shown simplified as wedge-shaped and rotationally symmetrical to the longitudinal axis 20 educated. The connecting element 22 has a cylindrical inner surface 23 and a radially outer outer surface 24 in the in 1 from the hub 13 cantilevered area is approximately cylindrical and in which in the hub 13 arranged portion of a contour 25 forms. In the contour 25 opposite end portion has the connecting element 22 a functional area 26 , which is suitable for cooperation with a tool, a holding and / or pressing and driving device is formed.

2 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungsformen für die Kontur 25 des Verbindungselementes 22. Eine erste Kontur 25a ist entsprechend einem Kreisbogen, einer Ellipse, einem geneigten Halbast einer Parabel, einer Kurve oder einer Spirale ausgebildet. Die alternativen Konturen 25b25e sind mit einem Geradenabschnitt mit einem Winkel α oder mehreren Geradenabschnitten unterschiedlicher Winkel α1, α2 gegenüber der Längsachse 20 ausgebildet. Für die Kontur 25b ist der Winkel α über die gesamte Länge der Kontur 25b konstant, so dass die radiale Erstreckung des Verbindungselementes 22 ausgehend von einer Spitze, die auch stumpf oder abgerundet ausgebildet sein kann, kontinuierlich bis zu dem zylinderförmigen Bereich der Außenfläche 24 zunimmt. Die Kontur 25c besitzt zunächst eine größere Steigung α1 und geht dann über einen Knick oder abgerundeten Knick über in einen weiteren Teilbereich mit einer Steigung α2. Die Kontur 25d setzt sich zusammen aus drei Teilbereichen mit Steigungen α1 > α2 > α3. Die Kontur 25e besitzt entsprechend der Kontur 25c zwei Teilabschnitte mit Steigungen α1 und α2, wobei für die Kontur 25e die Steigung α1 kleiner ist als für die Kontur 25c und die Steigung α2 für die Kontur 25e kleiner ist als die Steigung α2 für die Kontur 25c. 2 shows different embodiments of the contour 25 of the connecting element 22 , A first contour 25a is formed according to a circular arc, an ellipse, an inclined half-load of a parabola, a curve or a spiral. The alternative contours 25b - 25e are with a straight line section with an angle α or more straight line sections of different angles α 1 , α 2 with respect to the longitudinal axis 20 educated. For the contour 25b is the angle α over the entire length of the contour 25b constant, so that the radial extent of the connecting element 22 starting from a tip, which may also be formed blunt or rounded, continuously up to the cylindrical portion of the outer surface 24 increases. The contour 25c first has a larger pitch α 1 and then goes over a bend or rounded kink over in another sub-area with a slope α 2 . The contour 25d consists of three subregions with gradients α 1 > α 2 > α 3 . The contour 25e owns according to the contour 25c two sections with gradients α 1 and α 2 , where for the contour 25e the slope α 1 is smaller than for the contour 25c and the slope α 2 for the contour 25e is smaller than the slope α 2 for the contour 25c ,

Die Kontur 25 bildet eine um die Längsachse 20 umlaufende Schweißfläche 27, im Bereich welcher das Verbindungselement 22 über ein Reibschweißverfahren mit der Gegenfläche 18 der Nabe 13 verbunden wird.The contour 25 forms one around the longitudinal axis 20 circumferential welding surface 27 , in the area of which the connecting element 22 via a friction welding process with the counter surface 18 the hub 13 is connected.

Zur Verbindung der Nabe 13 mit der Welle 14 werden zunächst Nabe 13 und Welle 14 relativ zueinander entsprechend der beabsichtigten Endstellung angeordnet, wobei Nabe 13 und Welle 14 durch Halteeinrichtungen 28 gegenüber der Umgebung abgestützt sein können. Zusätzlich können Nabe 13 und Welle 14 in nicht dargestellter Weise unmittelbar gegeneinander fixiert werden, beispielsweise durch einen Sicherungsstift, der durch eine Bohrung entsprechend den Ölbohrungen 16, 21 hindurchtritt. In dieser Stellung bilden die Innenfläche 17 der Nabe 13 und die Mantelfläche 15 der Welle 14 eine Übergangspassung aus. Zwischen der Schweißfläche 27 und der Mantelfläche 15 ist ein um die Längsachse 20 umlaufender Zwischenraum 29 gebildet (1 bei entferntem Verbindungselement 22). Hieran anschließend wird das Verbindungselement 22 in Fügerichtung 30, die koaxial zur Längsachse 20 ist, in den Zwischenraum 29 eingeführt. Hierbei wird das Verbindungselement 22 in konstante, veränderliche oder intermittierende Rotation versetzt, insbesondere mit hoher Drehzahl. Das Verbindungselement 22 kommt im Bereich einer in Fügerichtung 30 vorderen Stirnfläche in Reibkontakt mit der Gegenfläche 18 der Nabe 13, vorzugsweise im Bereich der Kontur 25 mit dem Winkel α1. Dies führt zu einer Plastifizierung im vorderen Bereich des Verbindungselementes 22 und/oder dem zugeordneten Bereich der Gegenfläche 18, wodurch ein weiterer Vorschub in Fügerichtung 30 des Verbindungselementes 22 ermöglicht ist. Sukzessive kommen weitere Bereiche der Kontur 25 zur Anlage an zugeordnete Bereiche der Gegenfläche 18, so dass sich mehrere thermisch plastifizierte Schichten im Verbindungsbereich zwischen Nabe 13 und Verbindungselement 22 ergeben. Diese plastisch verformten Schichten stellen eine mechanische Vermischung, Diffusion und Legierung mit den Grenzschichten von Verbindungselement 22 und Nabe 13 her, die unter Umständen rasch während eines Abkühlens verfestigen können. Je nach Antriebs- und Vorschubbedingungen kann eine Plastifizierung im Bereich der gesamten späteren Schweißfläche gegeben sein oder bereits eine Verfestigung vorderer Teilbereiche erfolgen, während hintere Teilbereiche noch plastifiziert werden oder sind.To connect the hub 13 with the wave 14 be first hub 13 and wave 14 arranged relative to each other according to the intended end position, wherein hub 13 and wave 14 by holding devices 28 can be supported against the environment. In addition, hub can 13 and wave 14 be fixed in a manner not shown directly against each other, for example by a locking pin, which passes through a bore corresponding to the oil holes 16 . 21 passes. In this position form the inner surface 17 the hub 13 and the lateral surface 15 the wave 14 a transitional fit. Between the welding surface 27 and the lateral surface 15 is one around the longitudinal axis 20 circumferential gap 29 educated ( 1 with the connector removed 22 ). Following this is the connecting element 22 in joining direction 30 that are coaxial with the longitudinal axis 20 is, in the gap 29 introduced. This is the connecting element 22 set in constant, variable or intermittent rotation, especially at high speed. The connecting element 22 comes in the area of a joining direction 30 front face in frictional contact with the mating surface 18 the hub 13 , preferably in the area of the contour 25 with the angle α 1 . This leads to a plasticization in the front region of the connecting element 22 and / or the associated area of the mating surface 18 , thus providing a further feed in the joining direction 30 of the connecting element 22 is possible. Gradually, further areas of the contour come 25 for abutment with assigned areas of the mating surface 18 , so that several thermally plasticized layers in the connecting area between hub 13 and connecting element 22 result. These plastically deformed layers provide mechanical mixing, diffusion and alloying with the interface layers of interconnecting element 22 and hub 13 which may possibly solidify rapidly during cooling. Depending on the drive and feed conditions, plasticization may be present in the area of the entire subsequent welding surface, or solidification of front portions may occur, while rear portions are still plasticized or are.

Hieran anschließend wird der Antrieb und der Vorschub des Verbindungselementes 22 deaktiviert und die Bauelemente können weiter abkühlen. In einem nachfolgenden spanenden Verfahren können störende Materialbereiche, beispielsweise ein gebildeter Wulst 31 und/oder überstehende unnötige Teilbereiche 32 bis zu einer Grenzlinie 33 spanend abgearbeitet oder abgedreht werden.This is followed by the drive and the feed of the connecting element 22 disabled and the components can continue to cool. In a subsequent machining process can disturbing material areas, such as a formed bead 31 and / or supernumerary unnecessary parts 32 up to a borderline 33 be machined or turned off.

Aus 3 ist ersichtlich, dass neben den Funktionen der Nabe 13a, beispielsweise als Kettenrad mit Zähnen 34, und der Funktion der Welle 14a, beispielsweise als Stirnrad 35, auch das Verbindungselement 22a nicht nur der Verbindung dienen kann, sondern ebenfalls weitere Funktionen, beispielsweise als zusätzliches Stirnrad 36 oder Kettenrad, erfüllen kann.Out 3 it can be seen that in addition to the functions of the hub 13a For example, as a sprocket with teeth 34 , and the function of the shaft 14a , for example as a spur gear 35 , also the connecting element 22a not only can serve the connection, but also other functions, such as an additional spur gear 36 or sprocket, can meet.

Eine Verschweißung zwischen dem Verbindungselement 22 und der Welle 14 durch Reibschweißen kann allein dadurch erzielt werden, dass für die Durchmessergestaltung der Mantelfläche 15 und der Innenfläche 23 eine Übergangs- oder Presspassung gewählt wird. Alternativ oder zusätzlich führt das Einpressen des Verbindungselementes 22 in die Gegenfläche 18 der Nabe 13 dazu, dass das Verbindungselement 22 radial nach innen verformt wird, so dass eine Anpresskraft zwischen Verbindungselement 22 und Welle 14 hergestellt oder vergrößert wird, die zu einem Reibschweißprozess führt.A weld between the connecting element 22 and the wave 14 By friction welding can be achieved only by the fact that for the diameter design of the lateral surface 15 and the inner surface 23 a transition or interference fit is chosen. Alternatively or additionally, the pressing in of the connecting element 22 in the opposite surface 18 the hub 13 to that the connecting element 22 is deformed radially inwardly, so that a contact force between the connecting element 22 and wave 14 is produced or enlarged, which leads to a friction welding process.

Abweichend zu den dargestellten Ausführungsformen ist es ebenfalls möglich, dass in einer Umkehrung die Schweißfläche 27 mit der Kontur 25 nicht auf der Außenfläche des Verbindungselementes 22 vorgesehen ist, sondern radial innenliegend mit entsprechender Gestaltung der Außenfläche der Welle 14. Ebenfalls möglich ist, dass zusätzlich zu einer Kontur 25 auch die andere radial begrenzende Fläche des Verbindungselementes 22 nicht zylinderförmig, sondern mit beliebiger Kontur oder abgeschrägt ausgebildet ist mit einer geeigneten Gegenfläche der Nabe 13 bzw. Welle 14.Unlike the illustrated embodiments, it is also possible that in a reversal of the welding surface 27 with the contour 25 not on the outer surface of the connecting element 22 is provided, but radially inwardly with appropriate design of the outer surface of the shaft 14 , It is also possible that in addition to a contour 25 also the other radially limiting surface of the connecting element 22 not cylindrical, but with any contour or bevelled is formed with a suitable mating surface of the hub 13 or wave 14 ,

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)

Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauelementes (11) mit einem zweiten Bauelement (12) über ein zusätzliches Verbindungselement (22) unter Verwendung eines Reibschweißens, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Verbindungselement (22) in einen Zwischenraum (29) zwischen dem ersten Bauelement (11) und dem zweiten Bauelement (12) eingeführt wird und im Bereich zumindest einer Schweißfläche (27) des Verbindungselementes (22) über ein Reibschweißen mit dem ersten Bauelement (11) verschweißt wird.Method for connecting a first component ( 11 ) with a second component ( 12 ) via an additional connecting element ( 22 ) using a friction welding, characterized in that the additional connecting element ( 22 ) into a space ( 29 ) between the first component ( 11 ) and the second component ( 12 ) and in the region of at least one welding surface ( 27 ) of the connecting element ( 22 ) via a friction welding with the first component ( 11 ) is welded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (11, 12) während des Reibschweißens ruhen und das Verbindungselement (22) rotierend, unter Bewegung und unter Kraftbeaufschlagung in eine Fügerichtung (30) und unter Aufbringung eines Antriebsmomentes mit dem ersten Bauelement (11) in Wirkverbindung gebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the components ( 11 . 12 ) during friction welding and the connecting element ( 22 ) rotating, under motion and under load in a joining direction ( 30 ) and applying a drive torque to the first component ( 11 ) is brought into operative connection. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Bauelement (11) und das zweite Bauelement (12) mit einer Überdeckung in Fügerichtung (30) und mit einem Zwischenraum (29) quer zur Fügerichtung (30) zueinander angeordnet werden, – das erste Bauelement (11) und zweite Bauelement (12) gegenüber der Umgebung und/oder gegeneinander fixiert werden, – das Verbindungselement (22) in die Fügerichtung (30) rotierend, unter Aufbringung eines Antriebsmomentes um die Fügerichtung (30) und unter Aufbringung einer Anpresskraft in den Zwischenraum (29) eingeführt wird, wodurch ein Reibkontakt zwischen der Schweißfläche (27) des Verbindungselementes (22) und einer Gegenfläche (18) des ersten Bauelementes (11) ausgebildet wird, – die Rotation des Verbindungselementes (22) beendet wird und – eine Abkühlung zugelassen wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that - the first component ( 11 ) and the second component ( 12 ) with an overlap in the joining direction ( 30 ) and with a gap ( 29 ) transverse to the joining direction ( 30 ) are arranged to one another, - the first component ( 11 ) and second component ( 12 ) are fixed relative to the environment and / or against each other, - the connecting element ( 22 ) in the joining direction ( 30 ) rotating, applying a drive torque about the joining direction ( 30 ) and applying a contact force into the gap ( 29 ), whereby a frictional contact between the welding surface ( 27 ) of the connecting element ( 22 ) and a counterface ( 18 ) of the first component ( 11 ), - the rotation of the connecting element ( 22 ) is terminated and - a cooling is allowed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abkühlen eine spanende Nachbearbeitung des ersten Bauelementes (11), des zweiten Bauelementes (12) und/oder des Verbindungselementes (22) erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that after cooling, a machining post-processing of the first component ( 11 ), of second component ( 12 ) and / or the connecting element ( 22 ) he follows. Schweißverbindung mit einem ersten Bauelement (11) und einem zweiten Bauelement (12), die über ein zusätzliches Verbindungselement (22) und ein Reibschweißen miteinander verbundenen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) in einem Zwischenraum (29) zwischen dem ersten Bauelement (11) und dem zweiten Bauelement (12) angeordnet ist und dass das Verbindungselement (22) im Bereich zumindest einer Schweißfläche (27) des Verbindungselementes (22) mit dem ersten Bauelement (11) verschweißt wird.Welded connection with a first component ( 11 ) and a second component ( 12 ), which has an additional connecting element ( 22 ) and friction welding are interconnected, characterized in that the connecting element ( 22 ) in a space ( 29 ) between the first component ( 11 ) and the second component ( 12 ) is arranged and that the connecting element ( 22 ) in the region of at least one welding surface ( 27 ) of the connecting element ( 22 ) with the first component ( 11 ) is welded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder Schweißverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (11, 12) als Welle (14) und Nabe (13) ausgebildet sind und der Zwischenraum (27) als radialer Spalt zwischen Welle (14) und Nabe (13) ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 4 or welded connection according to claim 5, characterized in that the components ( 11 . 12 ) as a wave ( 14 ) and hub ( 13 ) are formed and the space ( 27 ) as a radial gap between shaft ( 14 ) and hub ( 13 ) is trained. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) radial innenliegend über ein Reibschweißen mit dem zweiten Bauelement (12) verbunden ist und radial außenliegend mit dem ersten Bauelement (11) im Bereich der Schweißfläche (27) über ein Reibschweißen verbunden ist.Method or welded joint according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting element ( 22 ) radially inwardly via a friction welding with the second component ( 12 ) is connected and radially outboard with the first component ( 11 ) in the area of the welding surface ( 27 ) is connected via friction welding. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der Kontur (25) der Schweißfläche (27) des Verbindungselementes (22) gegenüber der Fügerichtung (30) um einen Winkel α mit 0 < α < 90° geneigt ist.Method or welded joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least a portion of the contour ( 25 ) of the welding surface ( 27 ) of the connecting element ( 22 ) opposite the joining direction ( 30 ) is inclined by an angle α with 0 <α <90 °. Verfahren oder Schweißverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißfläche (27) rotationssymmetrisch zur Fügerichtung (30) ist und eine keilartige Kontur aufweist.Method or welded connection according to claim 8, characterized in that the welding surface ( 27 ) rotationally symmetrical to the joining direction ( 30 ) and has a wedge-like contour. Verfahren oder Schweißverbindung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (25a; 25c; 25d; 25e) der Schweißfläche (27) mindestens zwei Teilbereiche unterschiedlicher Winkel α1 und α2 aufweist.Method or welded joint according to claim 8 or 9, characterized in that the contour ( 25a ; 25c ; 25d ; 25e ) of the welding surface ( 27 ) has at least two partial regions of different angles α 1 and α 2 . Verfahren oder Schweißverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (25a; 25c; 25d; 25e) der Schweißfläche (27) mehrfach-konusförmig ausgebildet ist.Method or welded joint according to claim 10, characterized in that the contour ( 25a ; 25c ; 25d ; 25e ) of the welding surface ( 27 ) is formed multi-cone-shaped. Verfahren oder Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (25a) der Schweißfläche (27) kurvenförmig ausgebildet ist.Method or welded joint according to claim 11, characterized in that the contour ( 25a ) of the welding surface ( 27 ) is curved. Verfahren oder Schweißverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (25a) der Schweißfläche (27) einem Teilbereich einer Spirale zumindest angenähert ist.Method or welded joint according to claim 12, characterized in that the contour ( 25a ) of the welding surface ( 27 ) is at least approximated to a portion of a spiral. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (19) der Gegenfläche (18) des ersten oder zweiten Bauelementes (11, 12) vor der Herstellung der Reibschweißverbindung der Kontur (25) der Schweißfläche (27) zumindest in Teilbereichen entspricht.Method or welded joint according to one of claims 1 to 13, characterized in that the contour ( 19 ) of the counter surface ( 18 ) of the first or second component ( 11 . 12 ) prior to the production of the friction weld joint of the contour ( 25 ) of the welding surface ( 27 ) corresponds at least in some areas. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Herstellung der Reibschweißverbindung die Kontur (19) der Gegenfläche (18) des ersten oder zweiten Bauelementes (11, 12) von der Kontur (25) der Schweißfläche (27) zumindest in Teilbereichen abweicht.Method or welded joint according to one of claims 1 to 13, characterized in that prior to the production of the friction-welded joint, the contour ( 19 ) of the counter surface ( 18 ) of the first or second component ( 11 . 12 ) from the contour ( 25 ) of the welding surface ( 27 ) deviates at least in some areas. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Bauelement (11, 12) unter Zwischenschaltung des Verbindungselementes (22) eine Welle-Nabe-Verbindung bilden.Method or welded joint according to one of claims 1 to 15, characterized in that the first and second components ( 11 . 12 ) with interposition of the connecting element ( 22 ) form a shaft-hub connection. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten und zweiten Bauelement (11, 12) ein Antriebselement in einem Nockenwellentrieb gebildet ist.Method or welded connection according to one of claims 1 to 16, characterized in that with the first and second component ( 11 . 12 ) A drive element is formed in a camshaft drive. Verfahren oder Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass während des Reibschweißens lediglich eine Plastifizierung – des ersten Bauelementes (11), – des zweiten Bauelementes (12) und/oder – des Verbindungselementes (22) ohne ein Schmelzen erfolgt.Method or welded joint according to one of claims 1 to 17, characterized in that during the friction welding only a plasticization - of the first component ( 11 ), - of the second component ( 12 ) and / or - of the connecting element ( 22 ) without melting.
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