DE102020000543A1

DE102020000543A1 - Method for the thermal and, in particular, cohesive connection, preferably welding, of two components

Info

Publication number: DE102020000543A1
Application number: DE102020000543.8A
Authority: DE
Inventors: Alessandro Baldini; Jürgen Pampel
Original assignee: Voltabox AG
Current assignee: Voltabox AG
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Bei einem Verfahren zum thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile (3, 4), die jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind, wird vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfselement (5) an und zwischen den beiden Bauteilen (3, 4) angeordnet, und wird das Hilfselement (5) beim thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, mittels Induktion so erhitzt, dass dadurch die beiden Bauteile (3, 4) thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt, werden.In a method for the thermal connection, preferably welding, of two components (3, 4), each made of an aluminum material, an auxiliary element (5) is placed on and between the two components (3, 4) prior to the thermal connection, preferably welding ) and the auxiliary element (5) is heated during thermal bonding, preferably welding, by means of induction so that the two components (3, 4) are thermally bonded, preferably welded, thereby.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschwei-ßen, zweier Bauteile, die jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind.The invention relates to a method for the thermal and, in particular, cohesive connection, preferably welding, of two components which are each made from an aluminum material.

Aus der DE 10 2016 006 559 T5 ist bekannt, dass Werkstücke aus Aluminium mittels Laserpunktschweißen miteinander verbunden werden können.From the DE 10 2016 006 559 T5 it is known that workpieces made of aluminum can be connected to one another by means of laser spot welding.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum thermischen und hierbei insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, das auch als thermisches Fügen bezeichnet wird, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile zu schaffen, um das thermische Verbinden bzw. Verschweißen insbesondere bei kleineren Produktionsvolumina, kostengünstiger durchführen zu können.Starting from this, the object of the present invention is to create an improved method for thermal and, in this case, in particular cohesive connection, which is also referred to as thermal joining, preferably welding, of two components in order to make thermal connection or welding more cost-effective, especially for smaller production volumes to be able to perform.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 sowie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims 2 to 10 and in the following description.

Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, zweier Bauteile, die jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind, vor dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, ein Hilfselement an und zwischen den beiden Bauteilen angeordnet, wobei das Hilfselement beim thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, mittels Induktion so erhitzt wird, dass dadurch die beiden Bauteile thermisch verbunden, vorzugsweise verschweißt werden. Die beiden Bauteile können hierbei unmittelbar in Kontakt stehend miteinander und/oder mittelbar über das Hilfselement thermisch und hierbei stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt werden.According to the invention, an auxiliary element is arranged on and between the two components before the thermal connection, preferably welding, in a method for the thermal and in particular cohesive connection, preferably welding, of two components, each made of an aluminum material, the auxiliary element during thermal connection , preferably welding, is heated by induction so that the two components are thermally connected, preferably welded. The two components can be in direct contact with one another and / or indirectly via the auxiliary element, thermally and in this case cohesively connected to one another, preferably welded.

Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Hilfselement dazu verwendet, einen gezielten Energieeintrag und in der Folge Wärmeeintrag in die beiden Bauteile, insbesondere an deren Kontaktstellen bzw. Fügestellen, die in dem an das Hilfselement angrenzenden Bereich liegen, zu bewirken, um diese beiden Bauteile dort unmittelbar miteinander und/oder jeweils mit dem Hilfselement thermisch und damit stoffschlüssig miteinander zu verbinden, vorzugsweise zu verschweißen. Hierzu wird das Hilfselement an und/oder zwischen den Bauteilen in der Weise positioniert, dass der Energie- bzw. Wärmeeintrag in dem an das Hilfselement angrenzenden Bereich der beiden Bauteile erfolgen kann, in dem die beiden Bauteile sich vorzugsweise berühren und somit in Kontakt stehen, so dass dort eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen entstehen kann. Die Positionierung von Hilfselement und beiden Bauteilen relativ zueinander kann jedoch auch so erfolgen, dass alternativ oder zusätzlich eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hilfselement und den beiden Bauteilen entstehen kann, um dadurch die beiden Bauteile miteinander zu verbinden, vorzugsweise zu verschweißen.In other words, in the method according to the invention, an auxiliary element is used to bring about a targeted energy input and, consequently, heat input into the two components, in particular at their contact points or joints that are in the area adjacent to the auxiliary element, in order to effect these two To connect components there directly to one another and / or in each case to the auxiliary element thermally and thus cohesively with one another, preferably to weld them. For this purpose, the auxiliary element is positioned on and / or between the components in such a way that the energy or heat input can take place in the area of the two components adjoining the auxiliary element, in which the two components preferably touch and are thus in contact, so that there can be a direct material connection between the two components. The positioning of the auxiliary element and the two components relative to one another can, however, also take place in such a way that, alternatively or additionally, a direct material connection can be created between the auxiliary element and the two components in order to thereby connect the two components to one another, preferably to weld them.

Das Hilfselement wird anschließend mittels einer Induktionsspule erhitzt. Hierfür wird die Induktionsspule so zum Hilfselement positioniert, dass das Hilfselement durch das von der Induktionsspule erzeugte elektromagnetische Feld erhitzt wird, um hierüber das thermische und stoffschlüssige Verbinden, insbesondere Verschweißen, der beiden Bauteile und/oder des Hilfselements an deren Kontakt- bzw. Fügestellen zu bewirken. Es ist auch denkbar, dass die Induktionsspule unmittelbar auf das an und/oder zwischen den zu verschweißenden Bauteilen angeordnete Hilfselement gelegt wird.The auxiliary element is then heated by means of an induction coil. For this purpose, the induction coil is positioned in relation to the auxiliary element in such a way that the auxiliary element is heated by the electromagnetic field generated by the induction coil in order to establish the thermal and cohesive connection, in particular welding, of the two components and / or the auxiliary element at their contact or joint locations effect. It is also conceivable that the induction coil is placed directly on the auxiliary element arranged on and / or between the components to be welded.

Vorzugweise ist die Induktionsspule derart ausgebildet und positioniert, dass sie gleichzeitig das gesamte Hilfselement erhitzt und somit den thermischen Fügevorgang, vorzugsweise Schweißvorgang, entlang des gesamten Hilfselements bewirkt. Hierfür kann die Kontur der Induktionsspule der Kontur des Hilfselements entsprechen, so dass während des thermischen Füge- bzw. Schweißvorgangs das gesamte Hilfselement abgedeckt bzw. von dem erzeugten magnetischen Feld erfasst wird, um entlang des gesamten Hilfselements bzw. den zugehörigen Kontaktstellen der zu fügenden Bauteile den thermischen Füge- bzw. Schweißvorgang zu bewirken. Insbesondere ein Nachführen der Induktionsspule entlang des Hilfselements und somit ein sequenzielles Erwärmen und insbesondere Aufschmelzen des Grundwerkstoffs der Bauteile und sequenzielles Bilden von Fügestellen kann so vorteilhaft vermieden werden.The induction coil is preferably designed and positioned in such a way that it simultaneously heats the entire auxiliary element and thus effects the thermal joining process, preferably the welding process, along the entire auxiliary element. For this purpose, the contour of the induction coil can correspond to the contour of the auxiliary element, so that the entire auxiliary element is covered or captured by the generated magnetic field during the thermal joining or welding process in order to move along the entire auxiliary element or the associated contact points of the components to be joined to effect the thermal joining or welding process. In particular, tracking of the induction coil along the auxiliary element and thus sequential heating and in particular melting of the base material of the components and the sequential formation of joints can advantageously be avoided.

Die beiden Bauteile sind aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere aus Aluminiumlegierungen, und vorzugsweise mittels Gussverfahren, insbesondere Druckgussverfahren, oder aus Aluminiumblech hergestellt. Andere Herstellverfahren sind jedoch ebenfalls möglich. Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass der verwendete Aluminiumwerkstoff eine Schmelztemperatur von ca. 670 Grad C hat.The two components are made from an aluminum material, in particular from aluminum alloys, and preferably by means of casting processes, in particular die casting processes, or from aluminum sheet. However, other manufacturing processes are also possible. In this context, it is conceivable, for example, that the aluminum material used has a melting temperature of approx. 670 degrees C.

Die beiden Bauteile können beliebige Geometrien aufweisen. Die näher beschriebenen und in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsformen der Bauteile sind lediglich beispielhaft.The two components can have any geometries. The embodiments of the components described in more detail and shown schematically in the figures are merely exemplary.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Hilfselement aus einem Werkstoff hergestellt, der eine höhere Schmelztemperatur hat als der Aluminiumwerkstoff der beiden Bauteile. Hierbei kann es sich um Metall, insbesondere Eisenmetall, und vorzugsweise Edelstahl handeln. Der Werkstoff des Hilfselements ist dann also so ausgelegt, dass er bei den durch die Induktion hervorgerufenen Temperaturen und damit bei der Schmelztemperatur der beiden Bauteile nicht schmelzen kann, insbesondere formbeständig bleibt. Somit ist es möglich, dass durch das Verschweißen nur ein Stoffschluss zwischen den beiden Bauteilen erfolgt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise, dass das Hilfselement auf ca. 1000 bis 1300 Grad C in einen glühroten Zustand erwärmt wird.In a particularly advantageous manner, the auxiliary element is made from a material that has a higher melting temperature than the aluminum material of the two components. This can be metal, in particular ferrous metal, and preferably stainless steel. The material of the auxiliary element is then designed in such a way that it cannot melt, in particular remains dimensionally stable, at the temperatures caused by the induction and thus at the melting temperature of the two components. It is thus possible that only a material bond occurs between the two components as a result of the welding. In this context, it is conceivable, for example, that the auxiliary element is heated to approx. 1000 to 1300 degrees C in a glowing red state.

Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die beiden Bauteile während des thermischen Verbindens, vorzugsweise Verschweißens, mittels einer zusätzlich aufgebrachten Kraft zusammengedrückt werden. Diese Kraft kann durch ein Gewicht oder durch eine, insbesondere hydraulische, Vorrichtung erzeugt werden. Hierdurch kann ein Verzug in den beiden Bauteilen und damit die Spannungen in der Fügestelle, insbesondere Schweißnaht, verringert werden.It can particularly advantageously be provided that the two components are pressed together during the thermal connection, preferably welding, by means of an additionally applied force. This force can be generated by a weight or by a device, in particular a hydraulic device. In this way, a distortion in the two components and thus the stresses in the joint, in particular the weld seam, can be reduced.

Zudem kann vorgesehen sein, dass das Hilfselement nach dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, der beiden Bauteile dort verbleibt, insbesondere zwischen den beiden Bauteilen, und somit Bestandteil der aus den beiden Bauteilen gebildeten Anordnung wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Hilfselement nach dem thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, wieder entfernt und damit die Möglichkeit geschaffen wird, dass ein Hilfselement für das thermische Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, erneut eingesetzt werden kann. Dies ist beispielsweise denkbar, wenn das Hilfselement auf der zu verbindenden bzw. zu verschweißenden Kontaktstelle bzw. Fügestelle der beiden Bauteile aufliegt.In addition, it can be provided that the auxiliary element remains there after the thermal connection, preferably welding, of the two components, in particular between the two components, and thus becomes part of the arrangement formed from the two components. However, it is also conceivable that the auxiliary element can be removed again after the thermal connection, preferably welding, and thus the possibility is created that an auxiliary element can be used again for the thermal connection, preferably welding. This is conceivable, for example, if the auxiliary element rests on the contact point or joint of the two components to be connected or welded.

Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die beiden Bauteile vor deren thermischen Verbinden, vorzugsweise Verschweißen, vorgewärmt werden, um insbesondere spannungsinduzierte Risse zu vermeiden. Das Vorwärmen der Bauteile hat den Vorteil, dass der Temperaturgradient zwischen Wärmeeinflusszone und den übrigen Bereichen der beiden Bauteile verringert wird und damit beim Abkühlen weniger Spannungen entstehen.It can particularly advantageously be provided that the two components are preheated before they are thermally connected, preferably welded, in order to avoid stress-induced cracks in particular. The preheating of the components has the advantage that the temperature gradient between the heat-affected zone and the other areas of the two components is reduced and thus less stresses arise during cooling.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die beiden Bauteile miteinander zu verbindende Röhren, zwischen deren in Stoßkonfiguration zu verschweißenden Enden das Hilfselement angeordnet wird.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the two components are tubes to be connected to one another, between whose ends to be welded in butt configuration the auxiliary element is arranged.

Hierbei kann ein Hilfselement eingesetzt werden, dessen Dicke der der Röhren entspricht. Alternativ kann die Dicke des Hilfselements geringer sein als die der Röhren. Hierbei kann dann alternativ die Außenumfangsfläche des Hilfselements oder die Innenumfangsfläche des Hilfselements mit der Außenumfangsfläche der Röhren bzw. der Innenumfangsfläche der Röhren fluchten.An auxiliary element can be used here, the thickness of which corresponds to that of the tubes. Alternatively, the thickness of the auxiliary element can be less than that of the tubes. In this case, the outer circumferential surface of the auxiliary element or the inner circumferential surface of the auxiliary element can then alternatively be aligned with the outer circumferential surface of the tubes or the inner circumferential surface of the tubes.

Des Weiteren ist es möglich, dass die beiden Bauteile, die miteinander thermisch verbunden bzw. verschweißt werden sollen, ein oberes Plattenelement und ein unteres Plattenelement einer Kühlplatte sind, die vorzugsweise zur Kühlung von Batteriemodulen vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Plattenelementen das Hilfselement angeordnet wird.Furthermore, it is possible that the two components that are to be thermally connected or welded to one another are an upper plate element and a lower plate element of a cooling plate, which is preferably provided for cooling battery modules, the auxiliary element being arranged between the two plate elements .

Das Hilfselement, welches dem thermischen Verbinden, vorzugsweise dem Verschweißen der beiden Plattenelemente dient, kann in einer Ausnehmung aufgenommen werden, die von zumindest einem der beiden Plattenelemente, vorzugsweise von beiden Plattenelementen, ausgebildet wird.The auxiliary element, which is used for the thermal connection, preferably the welding of the two plate elements, can be received in a recess which is formed by at least one of the two plate elements, preferably by both plate elements.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of embodiments with reference to the drawing.

Es zeigen:

1 zwei Röhren, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Stoßkonfiguration miteinander verbunden sind;
2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Röhrenanordnung;
3 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Röhren zu der in den 1 und 3 gezeigten Röhrenanordnung;
4 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß 3;
5 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Röhren;
6 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß 5;
7 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Röhren;
8 eine Schnittdarstellung der Röhrenanordnung gemäß 7;
9 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Plattenelemente; und
10 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Plattenelemente.

Show it:

1 two tubes connected to one another in a butted configuration according to an embodiment of the method according to the invention;
2 a sectional view of the in 1 tube arrangement shown;
3 a schematic diagram of the method according to the invention for connecting two tubes to the in the 1 and 3 tube arrangement shown;
4th a sectional view of the tube arrangement according to FIG 3 ;
5 a schematic diagram of a further embodiment of the method according to the invention for connecting two tubes;
6th a sectional view of the tube arrangement according to FIG 5 ;
7th a schematic diagram of a further embodiment of the method according to the invention for connecting two tubes;
8th a sectional view of the tube arrangement according to FIG 7th ;
9 a perspective exploded view of a further embodiment of the Method according to the invention for connecting two plate elements; and
10 a sectional view of the method according to the invention for connecting two plate elements.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Röhrenanordnung 2, deren Röhren 3, 4 aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet sind. Die beiden Röhren 3, 4 sollen mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen Verbinden an ihren einander zugewandten Enden miteinander verbunden bzw. verschweißt werden. Hierzu ist, wie sich aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ergibt, zwischen den einander zugewandten Stoßenden der Röhren 3, 4 ein Hilfselement 5 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben sowohl die Röhren 3, 4 als auch das Hilfselement 5 einen zylindrischen Querschnitt. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch bei Röhren bzw. Hilfselementen einsetzbar ist, die eine andere Querschnittsform aufweisen. 1 shows a schematic diagram of a tube arrangement 2 , their tubes 3 , 4th are formed from an aluminum material. The two tubes 3 , 4th are intended to be connected or welded to one another at their mutually facing ends by means of an embodiment of the method according to the invention for thermal joining. This is what can be seen from a synopsis of the 1 and 2 results between the butting ends of the tubes facing each other 3 , 4th an auxiliary element 5 arranged. In the illustrated embodiment, both the tubes 3 , 4th as well as the auxiliary element 5 a cylindrical cross-section. In principle, however, the method according to the invention can also be used with tubes or auxiliary elements that have a different cross-sectional shape.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Röhren 3, 4 und das Hilfselement 5 in der in den 1 und 2 gezeigten Weise angeordnet, um die Röhrenanordnung 2, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist, zu realisieren.To carry out the method according to the invention, the two tubes 3 , 4th and the auxiliary element 5 in the in the 1 and 2 arranged around the tube assembly 2 like them in the 1 and 2 is shown to be realized.

Die beiden Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2 sind jeweils aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt und vorzugsweise als Gussteile ausgebildet, beispielsweise durch Herstellung mittels eines Druckgussverfahrens.The two tubes 3 , 4th the tube assembly 2 are each made of an aluminum material and are preferably designed as cast parts, for example by means of a die-casting process.

Das Hilfselement 5 ist vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, der einen höheren Schmelzpunkt als der Aluminiumwerkstoff der Röhren 3, 4 hat. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Hilfselement 5 beim Verschweißen der Röhren 3, 4 nicht schmilzt und formbeständig bleibt. Das Hilfselement 5 ist zwischen den einander zugewandten Stoßenden der Röhren 3, 4 angeordnet und liegt an diesen Stoßenden an.The auxiliary element 5 is preferably made of stainless steel, which has a higher melting point than the aluminum material of the tubes 3 , 4th Has. This ensures that the auxiliary element 5 when welding the tubes 3 , 4th does not melt and retains its shape. The auxiliary element 5 is between the facing ends of the tubes 3 , 4th arranged and rests against these butt ends.

Die beiden Röhren 3, 4 werden während des Verschweißens in Anlage gegeneinander bzw. gegen das Hilfselement 5 gedrückt. The two tubes 3 , 4th are in contact with each other or with the auxiliary element during welding 5 pressed.

Die entsprechende Andruckkraft kann in beliebiger Weise, z.B. mittels einer Spannvorrichtung od.dgl., aufgebracht werden.The corresponding pressing force can be applied in any way, e.g. by means of a clamping device or the like.

In 3 ist eine Induktionsspule 6 dargestellt, die die Röhrenanordnung 2 an derjenigen Stelle umgibt, an der sich das zwischen den Stoßenden der Röhren 3, 4 angeordnete Hilfselement 5 befindet. Mittels der Induktionsspule 6 wird das aus Edelstahl bestehende Hilfselement 5 erhitzt. Die Induktionsspule 6 ist in Bezug auf das Hilfselement 5 so positioniert, dass das Hilfselement 5 durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7, wie dies in 4 dargestellt ist, so erhitzt werden kann, dass ein Verschweißen der beiden Röhren 3,4 erfolgen kann. Es ist auch denkbar, dass die Induktionsspule 6 unmittelbar auf die Röhrenanordnung 2 bzw. das Hilfselement 5 gelegt wird.In 3 is an induction coil 6th shown showing the tube assembly 2 at the point where it is between the butt ends of the tubes 3 , 4th arranged auxiliary element 5 is located. Using the induction coil 6th becomes the auxiliary element made of stainless steel 5 heated. The induction coil 6th is in relation to the auxiliary element 5 positioned so that the auxiliary element 5 by that from the induction coil 6th generated electromagnetic field 7th like this in 4th is shown, can be heated so that the two tubes 3, 4 can be welded together. It is also conceivable that the induction coil 6th directly on the tube assembly 2 or the auxiliary element 5 is placed.

Aus der schematischen Schnittdarstellung gemäß 4 geht das Verschweißen der in den 1 und 2 gezeigten Röhrenanordnung 2 hervor. Das Hilfselement 5 wird durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich der beiden Röhren 3, 4 das Hilfselement mit den Röhren 3, 4 verschweißt wird. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um die Stoßenden der Röhren 3, 4 fest mit dem Hilfselement 5 zu verbinden bzw. zu verschweißen und so die Röhren 3, 4 fest miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht an den am Hilfselement 5 anliegenden Stoßenden der Röhren 3, 4 ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das von dem Werkstoff der miteinander zu verbindenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Verbindung mit dem Hilfselement 5 eine feste Verbindung zwischen den beiden Röhren 3, 4 geschaffen wird.From the schematic sectional view according to 4th is the welding of the in the 1 and 2 tube arrangement shown 2 emerged. The auxiliary element 5 is made by the induction coil 6th generated electromagnetic field 7th heated so that this in one to the auxiliary element 5 adjacent area of the two tubes 3 , 4th the auxiliary element with the tubes 3 , 4th is welded. The auxiliary element 5 is therefore used to introduce an energy input and the resulting heat input into the butt ends of the tubes 3 , 4th effect to the butt ends of the tubes 3 , 4th firmly to the auxiliary element 5 to connect or weld and so the tubes 3 , 4th to be firmly connected. In this context, the on the auxiliary element arises 5 abutting ends of the tubes 3 , 4th a liquid or molten weld metal 8th , that of the material of the pipes to be connected to each other 3 , 4th is formed and by means of its connection with the auxiliary element 5 a solid connection between the two tubes 3 , 4th is created.

Das Hilfselement 5 verbleibt im vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen den Stoßenden der beiden Röhren 3, 4 und wird somit Bestandteil der Röhrenanordnung 2.The auxiliary element 5 remains in the above-described embodiment of the method according to the invention between the butt ends of the two tubes 3 , 4th and thus becomes part of the tube arrangement 2 .

In den 5 und 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und stoffschlüssigen Verbinden bzw. zum Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 gezeigt. Im Unterschied zu dem anhand der 1 bis 4 geschilderten Verfahren ist der Durchmesser des Hilfselements 5 geringer als der Durchmesser der Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2. Entsprechend ist das Hilfselement 5 innerhalb einer von den Stoßenden der Röhren 3, 4 gebildeten Ausnehmung 9 aufgenommen, die in radial auswärtiger Richtung von vorstehenden Abschnitten 15, 16 der Stoßenden der Röhren 3, 4 begrenzt ist. An seiner Innenumfangsfläche fluchtet das Hilfselement 5 mit der Innenumfangsfläche der beiden Röhren 3, 4. Im radial äußeren Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 liegen diese Stoßenden somit unmittelbar aneinander an, wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist.In the 5 and 6th is a modified embodiment of the method according to the invention for thermal and material connection or for welding the two tubes 3 , 4th shown. In contrast to the 1 until 4th The method described is the diameter of the auxiliary element 5 less than the diameter of the tubes 3 , 4th the tube assembly 2 . The auxiliary element is accordingly 5 within one of the butt ends of the tubes 3 , 4th formed recess 9 added in the radially outward direction of protruding portions 15th , 16 the butt ends of the tubes 3 , 4th is limited. The auxiliary element is aligned on its inner circumferential surface 5 with the inner peripheral surface of the two tubes 3 , 4th . In the radially outer area of the butt ends of the tubes 3 , 4th are these butt ends directly against one another, as in the 5 and 6th is shown.

In 6 ist mittels einer schematischen Schnittdarstellung das Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 zu der Röhrenanordnung 2 dargestellt. Das Hilfselement 5 wird durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich der beiden Stoßenden der Röhren 3, 4 die Stoßenden der Röhren 3, 4 verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um diese Stoßenden an ihren Kontaktstellen bzw. Fügestellen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort an dem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der zusammenzufügenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoffschluss zwischen den beiden Röhren 3, 4 erfolgt.In 6th is the welding of the two tubes by means of a schematic sectional view 3 , 4th to the tube assembly 2 shown. The auxiliary element 5 is made by the induction coil 6th generated electromagnetic field 7th heated so that this in one to the auxiliary element 5 adjacent area of the two butting ends of the tubes 3 , 4th the butt ends of the tubes 3 , 4th be welded. The auxiliary element 5 is therefore used to introduce an energy input and the resulting heat input into the butt ends of the tubes 3 , 4th to cause these butt ends to materially connect to one another at their contact points or joints. In this context, the auxiliary element arises there on the 5 adjacent area a liquid or molten weld metal 8th , that of the material of the pipes to be joined 3 , 4th is formed and by means of its fusing the material connection between the two tubes 3 , 4th he follows.

Auch im Falle dieses Ausführungsbeispiels verbleibt das Hilfselement 5 nach dem Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 in der Röhrenanordnung 2.The auxiliary element also remains in the case of this exemplary embodiment 5 after welding the two tubes 3 , 4th in the tube arrangement 2 .

Wie im Falle der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 1 bis 4 ist auch im Falle der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 5 und 6 die Konfiguration der Induktionsspule 6 an die des Hilfselements 5 angepasst, so dass eine gleichzeitige und simultane Erhitzung des Hilfselements 5 möglich ist.As in the case of the embodiment of the method according to the invention according to FIGS 1 until 4th is also in the case of the embodiment of the method according to the invention according to the 5 and 6th the configuration of the induction coil 6th to that of the auxiliary element 5 adapted so that simultaneous and simultaneous heating of the auxiliary element 5 is possible.

Im Falle der in den 7 und 8 gezeigten weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und stoffschlüssigen Verbinden bzw. Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 ist vorgesehen, dass zwar der Außendurchmesser des Hilfselements 5 im Wesentlichen dem der Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2 entspricht, jedoch der Innendurchmesser des Hilfselements 5 größer als der der Röhren 3, 4 ist. Das Hilfselement 5 ist entsprechend in einer Ausnehmung 17 aufgenommen, die im radial äußeren Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 gebildet ist. An seiner Außenumfangsfläche fluchtet das Hilfselement 5 mit den Außenumfangsflächen der Röhren 3, 4 der Röhrenanordnung 2.In the case of the 7th and 8th Another embodiment shown of the method according to the invention for the thermal and cohesive connection or welding of the two tubes 3 , 4th it is provided that although the outer diameter of the auxiliary element 5 essentially that of the tubes 3 , 4th the tube assembly 2 but corresponds to the inner diameter of the auxiliary element 5 larger than that of the tubes 3 , 4th is. The auxiliary element 5 is accordingly in a recess 17th recorded in the radially outer region of the butt ends of the tubes 3 , 4th is formed. The auxiliary element is aligned on its outer circumferential surface 5 with the outer peripheral surfaces of the tubes 3 , 4th the tube assembly 2 .

Auch im Falle des anhand der 7 und 8 beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Konfiguration der Induktionsspule 6 an die des Hilfselements 5 angepasst, so dass eine gleichmäßige und simultane Aufheizung des Hilfselements 5 ohne weiteres möglich ist.Even in the case of the 7th and 8th The alternative embodiment of the method according to the invention described is the configuration of the induction coil 6th to that of the auxiliary element 5 adjusted so that a uniform and simultaneous heating of the auxiliary element 5 is easily possible.

8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Verschweißens der beiden Röhren 3, 4 mit dem in der im radial äußeren Bereich ausgestalteten Ausnehmung 17 angeordneten Hilfselement 5. Das Hilfselement 5 wird durch das von der Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich der Stoßenden der Röhren 3, 4 die beiden Röhren 3, 4 miteinander verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in die Stoßenden der Röhren 3, 4 zu bewirken, um diese Röhren 3, 4 an ihren Kontaktstellen bzw. Fügestellen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort in dem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der zusammenzufügenden Röhren 3, 4 gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoffschluss zwischen den beiden Röhren 3, 4 erfolgt. 8th shows a schematic sectional view of the welding of the two tubes 3 , 4th with the recess formed in the radially outer area 17th arranged auxiliary element 5 . The auxiliary element 5 is made by the induction coil 6th generated electromagnetic field 7th heated so that this in one to the auxiliary element 5 adjacent area of the butt ends of the tubes 3 , 4th the two tubes 3 , 4th are welded together. The auxiliary element 5 is therefore used to introduce an energy input and the resulting heat input into the butt ends of the tubes 3 , 4th effect to these tubes 3 , 4th to connect to one another in a materially bonded manner at their contact points or joints. In this context, the auxiliary element arises there in the 5 adjacent area a liquid or molten weld metal 8th , that of the material of the pipes to be joined 3 , 4th is formed and by means of its fusing the material connection between the two tubes 3 , 4th he follows.

Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verbleibt das Hilfselement 5 nach dem Verschweißen der beiden Röhren 3, 4 in der Röhrenanordnung 2.The auxiliary element also remains in this embodiment of the method according to the invention 5 after welding the two tubes 3 , 4th in the tube arrangement 2 .

Bei der im Folgenden anhand der 9 und 10 näher erläuterten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen und insbesondere stoffschlüssigen Verbinden zweier Bauteile sind als Bauteile, die mittels des Verfahrens miteinander verbunden werden sollen, ein oberes Plattenelement 18 und ein unteres Plattenelement 19 einer Kühlplatte 21 vorgesehen, die der Kühlung von in den Figuren nicht gezeigten Batteriemodulen dienen soll. Hierzu ist im Falle des in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiels der Kühlplatte 21 im in den Figuren unteren Plattenelement 19 ein Kühlkanal 22 ausgebildet, durch den hindurch ein Kühlmedium zwecks Abführung thermischer Energie geleitet wird. Beide Plattenelemente 18, 19 sind aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. Zur Verbindung der beiden Plattenelemente 18, 19 miteinander wird zwischen dem oberen Plattenelement 18 und dem unteren Plattenelement 19 ein Hilfselement 5 angeordnet. Hierzu kann, wie insbesondere aus 10 hervorgeht, an den äußeren Randbereichen der beiden Plattenelemente 18, 19 eine Ausnehmung 23 ausgebildet sein, in der das Hilfselement 5 aufgenommen ist.In the following based on the 9 and 10 The embodiment of the method according to the invention for the thermal and, in particular, cohesive connection of two components, explained in more detail, is an upper plate element as components that are to be connected to one another by means of the method 18th and a lower plate member 19th a cooling plate 21 provided, which is intended to be used for cooling battery modules not shown in the figures. For this purpose, in the case of the 9 and 10 shown embodiment of the cooling plate 21 in the lower plate element in the figures 19th a cooling duct 22nd formed through which a cooling medium is passed for the purpose of dissipating thermal energy. Both plate elements 18th , 19th are made of an aluminum material. To connect the two plate elements 18th , 19th with each other is between the top plate member 18th and the lower plate member 19th an auxiliary element 5 arranged. This can be done, in particular, from 10 emerges on the outer edge areas of the two plate elements 18th , 19th a recess 23 be formed in which the auxiliary element 5 is recorded.

In 10 ist schematisch das Verschweißen der beiden Plattenelemente 18, 19 zur Kühlplatte 21 dargestellt. Das Hilfselement 5 wird durch das von der in 10 im Schnitt gezeigten Induktionsspule 6 erzeugte elektromagnetische Feld 7 so erhitzt, dass dadurch in einem an das Hilfselement 5 angrenzenden Bereich der beiden Plattenelemente 18, 19 diese miteinander verschweißt werden. Das Hilfselement 5 wird also dazu verwendet, einen Energieeintrag und einen daraus resultierenden Wärmeeintrag in den Randbereich der beiden Plattenelemente 18, 19 zu bewirken, um diese Plattenelemente 18, 19 an ihren Randbereichen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang entsteht dort in dem an das Hilfselement 5 angrenzenden Randbereich der beiden Plattenelemente 18, 19 ein flüssiges bzw. schmelzförmiges Schweißgut 8, das vom Werkstoff der beiden Plattenelemente 18, 19 gebildet wird und mittels dessen Verschmelzen der Stoffschluss zwischen den beiden Plattenelementen 18, 19 erfolgt.In 10 is a schematic of the welding of the two plate elements 18th , 19th to the cooling plate 21 shown. The auxiliary element 5 is used by the in 10 Induction coil shown in section 6th generated electromagnetic field 7th heated so that this in one to the auxiliary element 5 adjacent area of the two plate elements 18th , 19th these are welded together. The auxiliary element 5 is therefore used for an energy input and a heat input resulting therefrom in the edge area of the two plate elements 18th , 19th to cause these plate elements 18th , 19th to connect cohesively to one another at their edge areas. In this context arises there in which to the auxiliary element 5 adjacent edge area of the two plate elements 18th , 19th a liquid or molten weld metal 8th , that of the material of the two plate elements 18th , 19th is formed and by means of its fusing the material connection between the two plate elements 18th , 19th he follows.

Das Hilfselement 5 verbleibt bei dem anhand der 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen den beiden Plattenelementen 18, 19 und wird somit Teil der Kühlplatte 21.The auxiliary element 5 remains with the 9 and 10 shown embodiment of the method according to the invention between the two plate elements 18th , 19th and thus becomes part of the cooling plate 21 .

Es sei darauf hingewiesen, dass die Induktionsspule 6, wie sie bei dem Verfahren gemäß den 9 und 10 eingesetzt wird, in ihrer Kontur an die in 9 gezeigte Kontur des Hilfselements 5 angepasst ist, mit der Folge, dass das Hilfselement 5 gleichmäßig erhitzt wird.It should be noted that the induction coil 6th , as they are in the procedure according to 9 and 10 is used, in its contour to the in 9 Shown contour of the auxiliary element 5 is adapted, with the result that the auxiliary element 5 is heated evenly.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016006559 T5 [0002]

Claims

Method for the thermal and in particular material connection, preferably welding, of two components (3, 4; 18, 19), each made of an aluminum material, characterized in that an auxiliary element (5) on and before the thermal connection, preferably welding is arranged between the two components (3, 4; 18, 19), and that the auxiliary element (5) during thermal connection, preferably welding, is heated by induction so that the two components (3, 4; 18, 19) be thermally connected, preferably welded.

Procedure according to Claim 1 , in which the auxiliary element (5) is heated by means of an induction coil (6) which is designed and positioned in such a way that the entire auxiliary element (5) is heated at the same time.

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the auxiliary element (5) is made of a material that has a higher melting temperature than the aluminum material of the components (3, 4; 18, 19), in particular made of metal, in particular made of ferrous metal, preferably stainless steel.

Method according to one of the Claims 1 until 3 , in which the components (3, 4; 18, 19) are pressed together during the thermal connection, preferably welding, by means of an additionally applied force.

Method according to one of the Claims 1 until 4th , in which the auxiliary element (5) remains between them after the thermal connection, preferably welding, of the components (3, 4; 18, 19).

Method according to one of the Claims 1 until 5 , in which the components (3, 4; 18, 19) are preheated before their thermal connection, preferably welding, in order to avoid in particular stress-induced cracks.

Method according to one of the Claims 1 until 6th , in which the two components are tubes (3, 4), between whose ends to be welded in butt configuration, the auxiliary element (5) is arranged.

Procedure according to Claim 7 , in which an auxiliary element (5) is used whose thickness corresponds to that of the tubes (3, 4) or whose thickness is less than that of the tubes (3, 4) and whose outer circumferential surface or inner circumferential surface with the outer circumferential surface of the tubes (3, 4) or the inner circumferential surface of the tubes (3, 4) is aligned.

Method according to one of the Claims 1 until 6th , in which the two components are an upper plate element (18) and a lower plate element (19) of a cooling plate (21,), preferably for cooling battery modules, between which plate elements (18, 19) the auxiliary element (5) is arranged.

Procedure according to Claim 9 , in which the auxiliary element (5) for thermal connection, preferably welding, of the two plate elements (18, 19) in one of at least one plate element (18, 19), preferably of both plate elements (18, 19), formed recess (23) is recorded.