• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fügen von einem Titanwerkstoff mit einem Aluminiumwerkstoff, wobei die Bauteile aus beiden Stoffen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird dies mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls ausgeführt.
    公开号:DE102004026228A1
    申请号:DE102004026228
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Sebastian Kaschel；Rainer Kocik；Michael Kreimeyer；Jörg Dr. Schumacher；Frank Dr. Vollertsen
    申请人:Airbus Operations GmbH；
    IPC主号:B23K15-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft Bauteile z.B. für ein Flugzeuge und insbesondereBauteile, in denen Titanbereiche und Aluminiumbereiche thermischgefügtsind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zumVerbinden eines ersten Bereichs aus einem Titanwerkstoff und eineszweiten Bereichs aus einem ersten Aluminiumwerkstoff zur Bildungeines Bauteils z.B. fürein Flugzeug.
    [0002] ImFolgenden wird das Feld der Erfindung werkstofftechnisch, verfahrenstechnischund anwendungstechnisch beschrieben:
    [0003] Dasthermische Fügenunterschiedlicher Werkstoffe wird seit 1935 z.B. in Holler, M.;Meier, H.: "Beitragzu den Untersuchungen der Autogenverbindungen mit anderen Metallen"; Autogene Metallverarbeitung,28, 1935, 12, Seite 177-187, welche hierbei mittels Verweis mitaufgenommen ist, publiziert. Solche in der Literatur genannten Fügetechniken weisenzumeist einen Doppelcharakter auf, das heißt: Für die niedrig schmelzendenWerkstoffe liegt ein Schweißprozessvor, da sie aufgeschmolzen werden. Die Fügetemperatur wird bei diesenVerfahren so eingestellt, dass fürdie bei höherenTemperaturen schmelzenden Fügepartnerein Lötprozessvorliegt. Fürden Moment des Fügenssind unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten, Schmelzpunkte undLöslichkeitender Werkstoffe von besonderer Bedeutung. Die stoffschlüssige Verbindungder Metalle erfolgt überprozessbedingte temperatur- und zeitbestimmte Diffusionsvorgänge. Dabeientstehen im Verbindungsbereich mehr oder weniger stark ausgeprägte intermetallischePhasensäume.Viele interessante Paarungen aus Legierungen weisen bezüglich Schmelzpunktund WärmeleitfähigkeitgroßeDifferenzen auf, die beim Fügenmit konventionellen Schweißverfahrenwie WIG, MIG oder E-Hand zum Problem werden und zur Rissbildungführenkönnen.
    [0004] Dupaket al., Applications of a New Electron Beam Welding Technology inVacuum Equipment Design, 2000, welche hierbei mittels Verweis mitaufgenommen ist, stellt ein Elektronenstrahlverfahren vor, mit demAluminium mit z.B. Kupfer, Nickel, Silber und Stahl gefügt werdenkönnen.Zuerst wird der Nahtbereich mit einem defokussierten Laserstrahlbis knapp unter die Schmelztemperatur des niedrig schmelzenden Werkstoffserwärmt.Anschließend wirdmit einem fokussierten Laserstrahl der niedrig schmelzende Werkstoff aufgeschmolzen,so dass dieser den bei höherenTemperaturen schmelzenden Werkstoff benetzen kann. Das Verfahrenbeschränkt sichauf rotationssymmetrische Bauteile. Dupak will so Verbindungen herstellen,die mechanisch widerstandsfähigsind und sich fürAnwendungen in der Vakuumtechnik eignen. Es sind zwei Elektronenstrahlfügeprozessenacheinander erforderlich, um eine zuverlässige Verbindung zwischen denWerkstoffen zu gewährleisten.Der Zeit- und Kostenaufwand des Fügeprozesses ist groß.
    [0005] N.N.: „Titankann mit Aluminium verbunden werden. Nippon-Aluminium nimmt dünne Kupferlagenund ultraschallbehandeltes Lot".Blick durch die Wirtschaft – Beilagezur Frankfurter Allgemeinen Zeitung, Band 36 (1993), Heft 150, S.8, welche hierbei mittels Verweis mit aufgenommen ist, beschreibtein Lötverfahren,das eine Herstellung von Blechen und Formteilen aus Titan und Aluminiumermöglicht.Im Prozessablauf zur Erzeugung derartiger Verbindungen wird kupferplattiertesTitan eingesetzt. Als Lotwerkstoff wird ein Zink-Aluminium-Lot verwendet. DasLot wird auf dem Titan appliziert und kurzzeitig einer Ultraschallbehandlungunterzogen. Anschließendwird das anzubindende Aluminiumteil oder Blech in engen Kontaktmit dem auf der Titanseite geschmolzenen Lot gebracht. Die Verbindungbeider Metalle erfolgt anschließenddurch eine erneute Ultraschallaufheizung.
    [0006] Einweiteres Verfahren wurde in Suoda "Creation of heterogenian weld jointsof titanium and alumininum based materials by electron beam welding", Welding scinceand technologie; Japan, Slovak; Welding Symposium, Tatranske Matliare,1996, S. 157-161 offenbart, welches hierbei mittels Verweis mitaufgenommen ist. Im Rahmen dieser Publikation wird der Einsatz einesElektronenstrahlschweißens beschrieben.Ziel der Arbeit von Suoda war es, durch den Einsatz des Elektronenstrahlseinen Al-Ti-Mischkristall anstelle intermetallischer Phasen zu erzeugen.Dabei wird der Elektronenstrahl kurzzeitig ausschließlich aufdie Grenzschicht des niedrigschmelzenden Aluminiums gerichtet, sodass sich das höher schmelzendeTitan in dem Schmelzfilm auflöst.Die Versuche wurden unter Hochvakuum durchgeführt. Die Untersuchung der Schweißnähte zeigteallerdings, dass das angestrebte Ziel nicht erreicht werden konnte:An den Grenzflächenbildeten sich Risse und intermetallische Phasen.
    [0007] Fuji,A.; Ameyama, K.; North, T.H.: "Influence ofsilicon in aluminium on the mechanical properties of titanium/aluminiumfriction joints." In:Journal of Materials Science, 1995, Band 30, Heft 20, Seite 5185-5191und Fuji, A.; Kimura, M.; North, T. H.; Ameyama, K.; Aki, M.: "Mechanical propertiesof titanium-5083 aluminium alloy friction joints." In: Materials Scienceand Technology, 1997, Band 13, Heft 8, Seite 673-678, welche beidehierbei mittels Verweis mit aufgenommen sind, betreffen die Verbindung Ti-Alunter Berücksichtigungder Auswirkungen von Silizium fürdas Reibschweißenmit nachfolgender Wärmebehandlung.Die Duktilitätder Verbindung leidet danach unter der Bildung von TiAl3 imPhasenübergang.Mit Siliziumanteilen innerhalb der Aluminiumbasislegierung kanndie Bildung von TiAl3 vermindert werden.Es wird vermutet vermutet, dass Siliziumausscheidungen als Barrierefür einenDiffusionsprozess wirken.
    [0008] Einweiteres Verfahren, welches hierbei mittels Verweis mit aufgenommenist, wurde in N.N: Department of Materials and Metallurgical Engineering: „Stabilityof interfaces in explosively-welded aluminium-Titanium laminates", New Mexico Tech,Socorro, USA, Journal of Materials Science Letters 19, Seite 1533-1535]veröffentlicht.Hier wurde Aluminium und Titan durch Explosionsschweißen miteinanderverbunden, um Applikationen fürden Leichtbau zu entwickeln.
    [0009] DieFa. Boeing setzt stranggepresste Titansitzschienen in Bereichenein, in denen bei Aluminiumsitzschienen vermehrt Korrosion festgestelltwurde. Solche Sitzschienen könntenebenfalls strangpresstechnisch oder geschweißt hergestellt werden.
    [0010] Dieoben beschriebenen Lösungenweisen folgende Nachteile auf:
    [0011] Sitzschienenaus Titan löseneinerseits das Korrosionsproblem an Aluminiumsitzschienen, welcheshohe Instandhaltungskosten bei den Fluggesellschaften hervorruft.Andererseits hat dieser Lösungsansatzden Nachteil, dass die Anschaffungskosten und das Bauteilgewichtdieser Sitzschienen im Vergleich zu Aluminiumsitzschienen deutlichhöher sind.
    [0012] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Titan-Aluminiumbauteilfür einFlugzeug anzugeben, das beispielsweise als Sitzschiene verwendetwerden kann.
    [0013] Gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben, wird einBauteil z.B. fürein Flugzeug zur Verfügung gestellt,mit einem ersten Bereich aus einem Titanwerkstoff und einem zweitenBereich aus einem Aluminiumwerkstoff. Der erste Bereich und derzweite Bereich sind stoffschlüssigmiteinander verbunden, wodurch ein integrales Bauteil in Hybridbauweisezur Verfügunggestellt wird. Insbesondere wird die Korrosionsbeständigkeitdes Titans mit dem leichten Gewicht und der Kostengünstigkeitdes Aluminiums kombiniert.
    [0014] Gemäß einemweiteren Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 angegeben, sind der ersteund zweite Bereich durch einen Wärmeleitungsschweißprozessim Aluminiumwerkstoff des zweiten Bereichs stoffschlüssig verbunden. Invorteilhafter Art und Weise wird hierbei Wärme auf den Aluminiumwerkstoffund den Titanwerkstoff aufgebracht.
    [0015] Dieskann beispielsweise mittels eines defokussierten Laserstrahls oderElektronenstrahls realisiert werden, der dann unmittelbaren Fügebereich undBereiche des Aluminiums und des Titans beidseitig der Fügestellebestrahlt. Die flächigeWärmeeinwirkungkann zum einen das Aufschmelzen des niedrig schmelzenden Aluminiums(bzw. eines Werkstoffreservoirs, welches beidseitig angeordnet sein kann)bewirken. Durch die eingebrachte Wärme wird die Oberfläche desTitans aktiviert, so dass der aufgeschmolzene Aluminiumwerkstoffdas Titan benetzen kann. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen denbeiden Werkstoffen entsteht dann durch Diffusion.
    [0016] Gemäß einemweiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung nach Anspruch 3 werden der erste undder zweite Bereich durch ein im Aluminiumwerkstoff des zweiten Bereichsablaufenden Tiefschweißprozessin Kombination mit einem durch einen Wärmefluss hin zum TitanwerkstoffausgelöstenDiffusionsprozess stoffschlüssigverbunden. Die Wärmeeinbringungbewirkt das Aufschmelzen des niedrig schmelzenden Aluminiumwerkstoffs(oder des Werkstoffreservoirs). Durch Wärmeleitung wird die Oberfläche desTitans aktiviert, so dass der aufgeschmolzene Aluminiumwerkstoffdas Titan benetzen kann. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen denbeiden Werkstoffen entsteht durch Diffusion. In vorteilhafter Artund Weise genügtes hierbei, einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl eine Wärmezufuhrlediglich auf den Aluminiumwerkstoff aufzubringen. Also kann eshierbei genügen,einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl auf das Aluminium zu fokussieren.
    [0017] Gemäß einemweiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 4 angegeben, ist dasBauteil eine Sitzschiene füreinen Flugzeugpassagiersitz. Insbesondere ermöglicht dies vorteilhaft eineKombination beispielsweise der Korrosionsfestigkeit von Titan mitden günstigenKosten und dem geringen Gewicht des Aluminiums. So kann insbesonderein korrosionsgefährdetenBereichen Titan auf einer Aluminiumtragestruktur aufgebracht werden.Diese Hybridbauweise ist insbesondere für den Flugzeugbau vorteilhaft,wo geringes Gewicht jedoch auch Korrosionsbeständigkeit wichtig sind. Beispielsweisebei der Sitzschiene füreinen Flugzeugpassagiersitz kann das kostenintensive Titan auf dieSitzschienenkrone begrenzt werden und die Tragestruktur bzw. derUnterbau der Schiene mittels Aluminium ausgestaltet werden.
    [0018] ImFolgenden werden mit Verweis auf die begleitenden Figuren bevorzugteAusführungsbeispiele dervorliegenden Erfindung beschrieben.
    [0019] 1 zeigteinen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sitzschienefür einen Passagiersitzeines Flugzeugs, die mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindunghergestellt worden ist.
    [0020] 2 zeigteinen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sitzschienegemäß der vorliegendenErfindung, die mit einem weiteren Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindunghergestellt worden ist.
    [0021] 3 zeigteinen Querschnitt durch einen Bereich eines dritten Ausführungsbeispielseiner Sitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung, die mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verfahrensgemäß der vorliegendenErfindung hergestellt worden ist.
    [0022] 4 zeigteinen Querschnitt durch einen Bereich eines vierten Ausführungsbeispielseiner Sitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung, die mit einem weiteren Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindunghergestellt worden ist.
    [0023] 5 zeigteinen Querschnitt durch ein fünftesAusführungsbeispieleiner Sitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung, die mit einem weiteren Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindunghergestellt worden ist.
    [0024] 6 zeigteine mikroskopische Aufnahme einer lasergefügten Aluminium-Titan-T-Stoßverbindung,wie sie beispielsweise in 5 erhaltenwerden kann.
    [0025] 7 zeigteine mikroskopische Aufnahme einer lasergefügten Aluminium-Titan-I-Stoßverbindung,wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigtist, erhalten werden kann.
    [0026] Inder folgenden Beschreibung der 1 bis 7 werdenfür gleicheoder sich entsprechende Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
    [0027] 1 zeigtein erstes Ausführungsbeispiel einerSitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung in Schnittansicht. Die Sitzschiene umfasst eine Sitzschienenkrone 2,die aus einem Titanwerkstoff ausgestaltet ist und eine Tragestruktur 4 auseinem Aluminiumwerkstoff. Solche Sitzschienen werden verwendet,um in einem Flugzeug Passagiersitze zu befestigen. Die Sitzschienenkrone 2 unddie Tragestruktur 4 sind an einem Punkt oder Bereich 6 stoffschlüssig miteinanderverbunden. Die in 1 dargestellte Verbindung stellteinen T-Stoß dar.Wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird, wird die Verbindungzwischen der Sitzschienenkrone 2 und der Tragestruktur 4 durchDiffusion erzeugt. Zum thermischen Fügen der Sitzschienenkrone 2 undder Tragestruktur 4 wird Wärme, wie mittels den Pfeilen, diemit Bezugsziffern 8 und 10 bezeichnet sind, der Stelle 6 zugeführt.
    [0028] Grundsätzlich istes möglich,die Wärmederart zuzuführen,dass die Wärmeder Sitzschienenkrone 2 sowie der Tragestruktur 4 zugeführt wird.Jedoch ist es auch möglich,wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird, die Wärmezufuhrlediglich auf den Aluminiumwerkstoff der Tragestruktur 4 zubeschränkenund der Sitzschienenkrone 2 keine direkte Wärme zuzuführen. DieWärmeaufbringung aufdie Sitzschienenkrone 2 und die Tragestruktur 4 bewirktzum einen das Aufschmelzen des niedrig schmelzenden Aluminiumwerkstoffesoder eines Werkstoffes eines Werkstoffreservoirs, welches beidseitig odereinseitig angeordnet werden kann. Durch die eingebrachte Wärme wirddie Oberflächedes Titans aktiviert, so dass der aufgeschmolzene Aluminiumwerkstoffdas Titan benetzen kann. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen denbeiden Werkstoffen entsteht dann durch Diffusion. Zusätzlich kannein Bereich um den Punkt 6 mit einem lokalen inerten Gasschutzaus Argon und/oder Helium angewendet werden. Dieser Gasschutz istvorteilhaft, da Titan bei höherenTemperaturen eine hohe Affinität zuAtmosphärengasenaufweist, wodurch es zu unerwünschtenDiffusions- und Bindungsvorgängenkommen könnte.Auch kann durch Anwendung eines solchen Gasschutzes eine Werkstoffversprödung des Titansvermieden werden. Zur Wärmeaufbringung kannbeispielsweise ein BIAS-Laserbearbeitungskopf mit integrierter Glasschutzeinheitverwendet werden, wie beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 2901 12 023.3 beschrieben,das hiermit mit Verweis aufgenommen wird.
    [0029] Wiezuvor schon angedeutet, kann es auch ausreichend sein, lediglicheinen Wärmeeintragauf die Tragestruktur 4 auszuführen. Dadurch wird ein im Aluminiumablaufender Tiefschweißprozessin Kombination mit einem durch den Wärmefluss hin zum Titan ausgelösten Diffusionsprozesserzeugt, welcher die Sitzschienenkrone 2 mit der Tragestruktur 4 stoffschlüssig miteinanderverbindet.
    [0030] Wiein 1 dargestellt, wird hier die Tragestruktur 4 mittelseines T-Stoßesan der Sitzschienenkrone 2 angebracht. In anderen Wortenwird ein Steg der Tragestruktur 4 an eine Fläche derSitzschienenkrone 2 angebracht.
    [0031] 2 zeigteine schematisierte Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispielseiner Sitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung.
    [0032] Wie 2 zuentnehmen ist, ist hier die Tragestruktur 4 mittels einesI-Stoßesan der Sitzschienenkrone 2 angebracht. Hierfür weistdie Sitzschienenkrone 2 einen Steg auf, der auf Stoß mit einem Stegder Tragestruktur 4 erfindungsgemäß verschweißt wird. Wie in 2 dargestellt,kann beispielsweise im rechten Winkel auf die zwei SchweißstellenWärmeenergieaufgebracht werden. Dies ist in 2 mit denPfeilen 12 und 14 dargestellt. Es kann jedochausreichend sein, lediglich von einer Seite Wärmeenergie aufzubringen. Wiezuvor schon angedeutet, kann die Wärmeenergie beispielsweise mittelseines Elektronenstrahls oder eines Laserstrahls aufgebracht werden.Wie spätermit Verweis auf die 3 bis 5 weiterbeschrieben wird, kann der Laser- oder Elektronenstrahl fokussiertoder auch defokussiert sein.
    [0033] Wieden 1 und 2 zu entnehmen ist, kann einWinkel, der, wie beispielsweise ein Laser- oder Elektronenstrahl, fokussiert oderdefokussiert auf die Verbindungsstelle gerichtet ist, eingestellt sein,d. h. beispielsweise rechtwinklig bezüglich des Steges der Tragestruktur 4 seinoder auch in einem gewissen Winkel zu der Fläche der Sitzschienenkrone 2 (1).
    [0034] 3 zeigteine Detailschnittansicht einer Sitzschiene gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. Wie 3 zu entnehmenist, ist die Sitzschienenkrone 2 und die Tragestruktur 4 mittelseiner I-Stoßverbindungzusammengefügt.Hierzu weist die Sitzschienenkrone 2 einen Steg 18 auf.Die Tragestruktur 4 weist eine lokale Aufdickung 20 auf,in die eine Nut 24 eingearbeitet ist, deren Ausmaß dem Ausmaß des Stegs 18 entspricht.Der Steg 18 ist in die Nut 24 eingefügt. DieAufdickung 20 dient als Werkstoffreservoir für den Fügevorgang.
    [0035] Gemäß der vorliegendenErfindung wird von beiden Seiten Wärme auf Bereiche beidseitigder Fügestelleappliziert. Hierfürkann beispielsweise, wie mittels der Bezugsziffern 12 und 14 dargestellt,ein defokussierter Laserstrahl derart auf die Fügestelle gerichtet werden,dass Bereiche des Titanwerkstoffs der Sitzschienenkrone 2 unddes Aluminiumwerkstoffs der Tragestruktur 4 erwärmt werden.Die Titan- und Aluminiumwerkstoffe werden dann durch den im Aluminiumablaufenden Wärmeleitungsschweißprozessstoffschlüssigmiteinander verbunden. Die flächigeWärmeeinbringungbewirkt zum einen das Aufschmelzen des niedrig schmelzenden Aluminiums derTragestruktur bzw. des Werkstoffreservoirs, das durch die Aufdickung 20 gebildetwird. Durch die eingebrachte Wärmewird die Oberflächedes Titans aktiviert, so dass der aufgeschmolzene Aluminiumwerkstoffdas Titan benetzen kann. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen denbeiden Werkstoffen entsteht dann durch Diffusion. Durch diesen Fügevorgangwird Aluminiumwerkstoff in Bereichen um die Fügestelle auf dem Titanwerkstoffder Sitzschienenkrone 2 abgelagert, wie mit der Bezugsziffer 22 in 3 bezeichnet.
    [0036] DieNut 24 ermöglichtvorteilhaft die einfache Aufnahme des Titanbauteils und gewährt in vorteilhafterArt und Weise eine gute Positionierbarkeit der beiden Fügepartner.
    [0037] 4 zeigteine weitere Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sitzschienegemäß der vorliegendenErfindung. In dem Ausführungsbeispielvon 4 wird ein Zusatzwerkstoff 32 verwendet.Der in 4 verwendete Zusatzwerkstoff 32 kannbandförmigausgestaltet sein. Wie in 1 dargestellt,kann solch eine T-förmigeFügungder Titansitzschienenkrone 2 mit der Tragestruktur 4 auch ohneVerwendung des Zusatzwerkstoffs 32 ausgeführt werden.
    [0038] Wie 4 zuentnehmen ist, werden beidseitig von der Tragestruktur 4 fokussierteLaserstrahlen oder Elektronenstrahlen 40 und 42 aufdie Fügestellegerichtet. Die Laser- oder Elektronenstrahlen 40 und 42 weisenbeispielsweise einen Winkel α zur unterenFlächeder Sitzschienenkrone 2 auf.
    [0039] DieLaser- oder Elektronenstrahlen, die mit dem Einstrahlwinkel α fokussiertin das Aluminiumblech der Tragestruktur 4 eingebracht werden,bewirken das Aufschmelzen des niedrig schmelzenden Aluminiumwerkstoffsund/oder des Zusatzwerkstoffs 32. In diesem Fall kann esausreichend sein, die direkte Wärmeeinbringungmittels des Laserstrahls auf die Tragestruktur, d.h. auf das Aluminiumzu beschränken.Es ist dann kein direkter Wärmeeintrag durchLaser oder Elektronenstrahl auf das Titan nötig. Durch Wärmeleitungvon dem Aluminium auf das Titan wird die Oberfläche des Titans der Sitzschienenkrone 2 aktiviert,so dass der aufgeschmolzene Aluminiumwerkstoff das Titan benetzenkann. Die stoffschlüssigeVerbindung zwischen den beiden Werkstoffen entsteht dann durch Diffusion.Die Verwendung des Zusatzwerkstoffs 32 ermöglicht vorteilhaft,dass hauptsächlichMaterial des Zusatzwerkstoffs zur Fügung verwendet wird und wenigMaterial der Tragestruktur fürdie Fügeverbindungverwendet wird.
    [0040] 5 zeigtein weiteres Ausführungsbeispiel einerSitzschiene gemäß der vorliegendenErfindung in Schnittansicht. Wie in 4 sind in 5 dieSitzschienenkrone 2 und die Tragestruktur 4 inT-Stoßkonfigurationmiteinander verbunden. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel von 4 istin 5 ein drahtförmigerZusatzwerkstoff 34 und 36 vorgesehen. Die Laser-oder Elektronenstrahlen 44 und 46 sind auf dieTragestrukturseite der Fügestelle 6 gerichtet,so dass das Aluminium der Tragestruktur und/oder der drahtförmigen Zusatzwerkstoffe 34 und 36 erwärmt wird.Dadurch kommt es zur gewünschtenMaterialablagerung an der Fügestelle.
    [0041] Invorteilhafter Art und Weise ermöglichtdie vorliegende Erfindung eine deutliche Verringerung eines Zerspanvolumensim Titanbereich der Sitzschiene. Ein Aluminiumstangenpress- oderSchweißprofil, dasverwendet werden kann, muss aufgrund der einfachen Geometrie nichtoder nur im Bereich der Nut spanend bearbeitet werden. Aufgrunddes reduzierten Arbeitsaufwandes sowie aufgrund des vermindertenBedarfs an teuerem Titanwerkstoff ergibt sich ein Kostenvorteilund eine einfachere Verarbeitung. Überdies kann durch gezielteAnwendung oder auch durch Verzicht von Zusatzwerkstoffen eine Materialabtragungoder -auftragung an der Fügestellegezielt gesteuert werden. Gerade für den Flugzeugbau ermöglicht dievorliegende Erfindung eine Gewichtsersparnis gegenüber vollständigen Titankonstruktionen.
    [0042] AlsTitanlegierung kann beispielsweise Ti6A14V verwendet werden. AlsAluminiumlegierungen könnenbeispielsweise AW-6013 T4 und AW-7349/-7055 T76511 oder AW-6016T4 verwendet werden.
    [0043] 6 zeigteine mikroskopische Schnittansicht einer lasergefügten Aluminium-Titan-T-Stoßverbindungmit drahtförmigemZusatzwerkstoff, wie sie beispielsweise schematisiert in 5 dargestellt ist.
    [0044] 7 zeigteine mikroskopische Ansicht einer lasergefügten Aluminium-Titan-I-Stoßverbindung,wie sie schematisiert beispielsweise in 3 dargestelltist.
    [0045] Den 6 und 7 istzu entnehmen, dass die Werkstoffe an der Fügelinie gut verbunden sind. DieFügestelleoder Schweißstelleist symmetrisch ausgebildet. Die Verbindung ist in vorteilhafterArt und weise sehr homogen. Vorteilhaft ist das Titan nicht aufgeschmolzen.
    [0046] Dievorliegende Erfindung lässtsich insbesondere vorteilhaft im Flugzeugbau anwenden, wo die Kombinationaus korrosionsbeständigenBauelementen mit geringem Gewicht erforderlich ist. Obwohl die vorliegendeErfindung lediglich mit Verweis auf eine Sitzschiene beschriebenworden ist, ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Fügetechnik auchauf andere Bauteile anwendbar ist.
    [0047] Ergänzend istdarauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elementeoder Schritte ausschließtund „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Fernersei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweisauf eines der obigen Ausführungsbeispielebeschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalenoder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werdenkönnen.Bezugszeichen in den Ansprüchensind nicht als Einschränkungen anzusehen.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Bauteil, umfassend: einen ersten Bereich(2) aus einem Titanwerkstoff; und einen zweiten Bereich(4) aus einem Aluminiumwerkstoff; wobei der ersteBereich und der zweite Bereich stoffschlüssig miteinander verbundensind.
    [2] Bauteil nach Anspruch 1, wobei der erste und derzweite Bereich (2, 4) durch einen Wärmeleitungsschweißprozessim Aluminiumwerkstoff des zweiten Bereichs stoffschlüssig verbundensind.
    [3] Bauteil nach Anspruch 1, wobei der erste und derzweite Bereich durch einen im Aluminiumwerkstoff des zweiten Bereichablaufenden Tiefschweißprozessin Kombination mit einem durch einen Wärmefluss hin zum TitanwerkstoffausgelöstenDiffusionsprozess stoffschlüssigverbunden sind.
    [4] Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauteileine Sitzschiene füreinen Flugzeugpassagiersitz ist.
    [5] Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dererste Bereich (2) einen Steg (18) aufweist; wobeider zweite Bereich (4) eine Aufdickung (10) mit einerNut (24) zur Aufnahme des Stegs (18) aufweist.
    [6] Verfahren zum Verbinden eines ersten Bereichs auseinem Titanwerkstoff und eines zweiten Bereichs aus einem erstenAluminiumwerkstoff zur Bildung eines Bauteils, wobei das Verfahrenfolgende Schritte umfasst: Anordnen des ersten und des zweitenBereichs derart, dass eine erste Region des ersten Bereichs und einezweite Region des zweiten Bereichs, die miteinander zu verbindensind, aneinander angrenzend angeordnet sind; Aufschmelzen eineszweiten Aluminiumwerkstoffs bei der ersten Region mittels Wärmezufuhr; Aktiviereneiner Oberflächein einer ersten Region des ersten Bereichs mittels Wärmezufuhr; wobeidie Wärmezufuhrderart ist, dass der aufgeschmolzene zweite Aluminiumwerkstoff denaktivierten Titanwerkstoff benetzt und eine stoffschlüssige Verbindungzwischen dem ersten Bereich und dem Zweiten Bereich durch Diffusiongebildet wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Aluminiumwerkstoffder erste Aluminiumwerkstoff des zweiten Bereichs ist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Wärmezufuhrauf die erste Region des ersten Bereichs und die zweite Region deszweiten Bereichs ausgeführtwird.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Wärmezufuhrauf die zweite Region des zweiten Bereichs ausgeführt wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassenddie Schritte: Zuführender Wärmemittels eines defokussierten Laserstrahls oder Elektronenstrahls;und Zuführeneines Schutzgases.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, ferner umfassendie Schritte: Vorsehen eines Stegs in der ersten Region desersten Bereichs; Vorsehen einer Nut in der zweiten Region deszweiten Bereichs; Einstecken des Stegs in die Nut; wobeiin dem zweiten Bereich eine Aufdickung mit dem zweiten Aluminiumwerkstoffvorgesehen ist; wobei die Aufdickung als Materialreservoirzur Verbindung des ersten und zweiten Bereichs vorgesehen ist.
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    同族专利:
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    AT392983T|2008-05-15|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-12-27| 8364| No opposition during term of opposition|
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