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1. (WO2019030392) DEVICE AND METHOD FOR THE FRICTION WELDING OF WARM METALLIC PRODUCTS
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend eine Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) und eine Andrückvorrichtung (6) zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), wobei

die Andrückvorrichtung (6) ein Losteil (L) und ein Festteil (F) oder zwei Losteile (L) aufweist und zum Fixieren von Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) zueinander dient, wobei das Losteil (L) gegenüber dem Festteil (F) oder die zwei Losteile (L) gegeneinander so in Vibration versetzt werden können, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen und unter einem aufgebrachten definierten Druck oder einer definierten Kraft verschweißbar sind, und

die Kontaktflächen so beschaffen und/oder ausgerichtet sind, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Konturierungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um eine oder beide Kontaktflächen so zu bearbeiten oder zu konditionieren, vorzugsweise durch Schneiden, Fräsen, Biegen, Pressen, Deformieren, Flämmen und/oder gezieltes Erwärmen oder Abkühlen, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, vorliegt.

Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese so eingerichtet ist, dass vor dem Reibschweißprozess ein Konturelement (11 ), vorzugsweise ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab, zwischen die Kontaktflächen bringbar ist, so dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen mit dem Konturelement (11 ) eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen.

Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung (6) entlang zumindest einer Teilstrecke der Fördereinrichtung beweglich angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Bewegbarkeit der Andrückvorrichtung (6) mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung synchronisierbar ist.

Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Bearbeiten, vorzugsweise Beschneiden, des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) und/oder des Kopfs des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) aufweist, wobei

das Mittel zum Bearbeiten vorzugsweise eine Stanzschere (3) ist, die eingerichtet ist, um das Ende des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) und den Kopf des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) zeitgleich zu beschneiden.

Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung (6) und/oder die

Transportstrecke vor und hinter der Andrückvorrichtung (6) Mittel zum Zentrieren und/oder Ausrichten der Bänder und/oder Brammen auf und vor und/oder hinter der Fördereinrichtung aufweist, wobei diese Mittel vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb eines Rollenherdofens vorgesehen sind.

Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche eine oder beide Kontaktflächen der Brammen und/oder Bänder (i, i+1 ), vorzugsweise im Bereich der Andrückvorrichtung (6), zwischen einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Kontaktflächen und der Andrückvorrichtung (6) oder im Wesentlichen im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung, unter Schutzgas oder nahezu Vakuum oder reduzierendes Gas gesetzt werden kann, wobei die Einrichtung im letzteren Fall vorzugsweise so eingerichtet ist, dass der Bereich unter einem reduzierenden Gas mit einem Wasserstoffanteil von weniger als 30%, besonders bevorzugt zwischen größer 0% und 10%, gehalten wird.

Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder Teile derselben aus der Bearbeitungslinie herausfahrbar ist, vorzugsweise durch einen beweglichen Dämmrollgangsteil oder Ofenteil ersetzbar ist.

Verfahren zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, das aufweist:

(a) Fördern von zwei hintereinander angeordneten Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) zu einer Andrückvorrichtung (6), wobei die Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) Kontaktflächen aufweisen, an denen die Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) zum Reibschweißen in Kontakt zu bringen sind,

(b) Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), so dass die Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen,

(c) Bewegen der Kontaktflächen relativ zueinander zum Aufbringen von Reibenergie,

(d) Fixieren der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) aneinander und Aufbringen eines definierten Drucks oder einer definierten Kraft, sodass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) miteinander zwischen den Kontaktflächen reibverschweißt werden.

Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) eine oder beide Kontaktflächen so bearbeitet oder konditioniert werden, vorzugsweise durch Schneiden, Fräsen, Biegen, Pressen, Deformieren, Flämmen und/oder gezieltes Erwärmen oder Abkühlen, dass im Schritt (b) zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, vorliegt.

Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) ein Konturelement (11 ), vorzugsweise ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab, zwischen die Kontaktflächen gebracht wird, so dass im Schritt (b) die Kontaktflächen mit dem Konturelement (1 1 ) eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Kontaktflächen der Brammen und/oder Bänder (i, i+1 ) unter Schutzgas, nahezu Vakuum oder unter reduzierendes Gas vorzugsweise mit einem Wasserstoffanteil von weniger als 30%, besonders bevorzugt zwischen größer 0% und 10%, gesetzt werden.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißen bei einer Durchschnittstemperatur der Bänder und/oder Brammen von mehr als 900°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1250°C, insbesondere zwischen 950°C und 1 150°C, durchgeführt wird.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass

das relative Bewegen im Schritt (c) mit einer vorab festgelegten Schwingungsfrequenz und -amplitude sowie unter einem vorab festgelegten Druck, einer vorab festgelegten Kraft und/oder unter einem zeitlich variablen Druck- oder Kraftverlauf erfolgt, wobei die Schwingungsamplitude an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes (i, i+1 ) während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung vorzugsweise < 80%, besonders bevorzugt < 30%, der Dicke des Produktes und/oder in Breitenrichtung vorzugsweise < 50mm, besonders bevorzugt < 20mm, beträgt, und/oder

die relative Bewegung linear, kreisförmig oder kombiniert einer Ellipsenbahn folgend durchgeführt wird.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) zum Reibschweißen von je mindestens einer Klemmbacke einer Andrückvorrichtung (6) gegriffen werden, wobei die Klemmbacken jeweils eine Klemmbackenvorderkante (6a-1 , 6b-1 ) aufweisen und der Abstand zwischen der Klemmbackvorderkante (6a-1 , 6b-1 ) und der zugehörigen Kontaktfläche vor dem Schritt (c) kleiner als die Banddicke oder Brammendicke, vorzugsweise kleiner als 20mm, ist.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verfahrensschritte (b) und/oder (c) der Anpressdruck der Kontaktflächen gegeneinander geringer als die Fließfestigkeit der zu verbindenden Materialien in der Nähe der Kontaktflächen ist.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt (b) die Kontaktflächen mit einer Induktionsheizung erwärmt werden.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) und/oder danach die Güte der Reibschweißverbindung geprüft und/oder der Reibschwei ßprozess gesteuert wird, vorzugsweise durch Messen einer Kontaktflächentemperatur im Bereich der Fügestelle, einer Anpresskraft, einer Kraft senkrecht zur Anpresskraft, einer Reibungskraft, Leistung, Arbeit, eines Presswegs und/oder durch Detektieren einer Form der Schweißverbindung, wobei

Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als unzureichend bestimmten Reibschweißverbindung die beiden Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) getrennt weitertransportiert werden, nachdem sie vorzugsweise mittels einer Schere getrennt wurden.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) eine oder beide Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) bearbeitet, vorzugsweise konturiert und/oder entzundert, wird.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.