DE19542502A1

DE19542502A1 - Verfahren zum Reibschweißen

Info

Publication number: DE19542502A1
Application number: DE19542502A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Gruenauer
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: DE19542502C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehr Werkstücken durch Reibschweißen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei großen, ortsfest gehaltenen oder unhandlichen Werkstücken ist es schwierig, diese miteinander zu verbinden. In der Praxis ist es dazu bekannt, die beiden Werkstücke axial voneinander zu distanzieren und dazwischen ein Verbindungsteil einzusetzen, das sich ebenfalls axial erstreckt und das mit beiden Stirnenden an die beiden Werkstücke angeschweißt wird. Dabei wird das fluchtend eingesetzte Verbindungsteil gedreht und axial gestaucht. Diese Reibschweißtechnik erfordert besondere Maschinen und ist nicht für alle Gegebenheiten einsetzbar. Sie setzt voraus, daß mindestens eines der beiden Werkstücke axial beweglich ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besser geeignetes Verfahren aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verbindungsteil nicht axial fluchtend zwischen die Werkstücke, sondern quer zur Werkstückachse ausgerichtet und mit beiden Werkstücken durch Reibschweißen verbunden. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Werkstücke keinerlei Bewegung ausführen müssen, sondern während des Reibschweißvorgang vollkommen ruhig liegen können. Es wird lediglich das Verbindungsteil gedreht und gestaucht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auch zwei unbewegliche Werkstücke durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Eine Verbesserung ergibt sich auch bei unhandlichen, insbesondere sehr langen Werkstücken, wie sie z. B. Bewehrungen im Bauwesen oder dergleichen anderen Einsatzbereichen vorkommen.

Im einfachsten Ausführungsfall werden zwei fluchtend zueinander ausgerichtete, im wesentlichen stangenförmige Werkstücke miteinander durch die angeschweißten Verbindungsteile verbunden. Alternativ können auch drei oder mehr Werkstücke zu einem Kreuz oder dergleichen anderer Konstruktion durch Reibschweißen verbunden werden. Je nach Belastung, Formerfordernissen oder sonstigen Randbedingungen können ein oder mehrere Verbindungsteile an die Werkstücke angeschweißt werden.

Die Verbindungsteile haben vorzugsweise eine Bolzenform. Sie überbrücken im Kontaktbereich die beiden Werkstücke. Für die Verbindung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen können die Verbindungsteile umfangsseitig an die im Kontaktbereich aneinanderstoßenden Werkstücke geschweißt werden. Alternativ können ein oder mehrere Verbindungsteile auch zwischen die im Kontaktbereich entsprechend weit voneinander distanzierten Werkstücke geschweißt werden. In diesem Fall ist es günstig, wenn zumindest eines der beiden Werkstücke axial beweglich ist und einen Stauchhub ausführen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es schnell, kostengünstig und einfach durchführbar ist. Im einfachsten Fall lassen sich die beiden Werkstücke in einem Arbeitsgang durch ein Verbindungsteil zusammenfügen. Mehrfachschweißungen wie beim Stand der Technik sind häufig nicht erforderlich. Ferner lassen sich in verfahrenstechnisch günstiger und wirtschaftlicher Weise handgeführte Reibschweißgeräte einsetzen. Diese sind leicht zu handhaben und ermöglichen das Reibschweißen auch an schwer zugänglichen Orten und im Gelände, z. B. auf Baustellen.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Reibschweißverbindung zwischen zwei Werkstücken und einem Verbindungsteil in Seitenansicht;

Fig. 2 eine Verbindungsvariante zur Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht der Werkstücke mit ein oder zwei angeschweißten Verbindungsteilen und

Fig. 4 die Reibschweißanordnung von Fig. 1 mit einem Reibschweißgerät.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden zwei stangenförmige und fluchtend zueinander ausgerichtete Werkstücke (1, 2) durch quer zu ihrer Werkstückachse (3) ausgerichtete Verbindungsteile (4) mittels Reibschweißen miteinander verbunden. Dabei werden ein oder mehrere Verbindungsteile (4) angeschweißt. Die Verbindungsteile (4) werden längs der Zustellrichtung (6) axial bewegt und um diese Achse gedreht.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 stoßen die Werkstücke (1, 2) mit ihren vorzugsweise abgeplanten Stirnseiten im Kontaktbereich (5) aneinander. Das angeschweißte Verbindungsteil (4) überbrückt den Kontaktbereich (5) und ist mit beiden Werkstücken (1, 2) verbunden. Es wird umfangsseitig an den Mantel der beiden Werkstücke (1, 2) angeschweißt.

Die Verbindung erfolgt durch Reibschweißen. Das vorzugsweise in Form eines Zylinderbolzens ausgebildete Verbindungsteil (4) wird in der Zustellrichtung (6) quer zur Werkstückachse (3) an die Kontaktstelle (5) angesetzt, wobei zur besseren Führung eine Ansenkung, Vorbohrung oder dergleichen andere Oberflächengestaltung an den Werkstückmänteln vorhanden sein kann. Das Verbindungsteil (4) wird mit seiner Stirnseite unter Druck an den Werkstückmänteln gedreht, wobei die einander berührenden Flächen erhitzt und plastifiziert werden. Beim Plastifizieren erfolgt ein gewisser Vorschub, um eine vollflächige Aufschmelzung der Verbindungsteilstirnfläche und eine versenkte Schweißstelle im Werkstückmantel zu schaffen. Sobald die Verbindungsstelle ausreichend plastifiziert ist, wird gegen Ende der Drehung oder nach Drehungsstillstand der Stauchhub des Verbindungsteils (4) gegen die Werkstücke (1, 2) ausgeführt.

In der vorbeschriebenen Weise können mehrere Verbindungsteile (1) rund um den Mantel der Werkstücke (1, 2) angeschweißt werden. Fig. 3 zeigt dies z. B. mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Verbindungsteilen (4). Es können aber auch mehr Verbindungsteile (4) sein, die vorzugsweise gleichmäßig über den Werkstückumfang verteilt sind. Die Verbindungsteile (4) können als kurze Stummelbolzen ausgebildet sein oder nach erfolgter Reibschweißverbindung abgeschnitten und verkürzt werden. Sie stehen dadurch nur wenig über den Werkstückumfang vor.

Fig. 2 zeigt eine Alternative für die Reibschweißverbindung. Hier sind die beiden Werkstücke (1, 2) im Kontaktbereich (5) etwa um das Maß der Dicke des Verbindungsteils (4) voneinander distanziert. Das Verbindungsteil (4) wird unter Drehung in Zustellrichtung (6) quer zur Werkstückachse (3) in den Spalt eingeführt und reibt mit seinem Mantel an den Stirnflächen der Werkstücke (1, 2). Es empfiehlt sich hierbei, zumindest eines der beiden Werkstücke (1, 2) axialbeweglich zu halten um den Anpreßdruck an den Kontaktflächen aufrechtzuerhalten und durch Zustellung ein Einreiben des runden Verbindungsteils (4) in die planen Werkstückstirnflächen zu erreichen. Nach ausreichender Plastifizierung erfolgt durch eines oder beide Werkstücke (1, 2) der axiale Stauchhub.

Alternativ kann auch der Spalt zwischen den Werkstücken (1, 2) eng bemessen sein, wobei sich das in Richtung (6) zugestellte Verbindungsteil (4) nach und nach vom Umfang her in den Spalt einreibt und dabei die Werkstückstirnflächen allmählich plastifiziert. In weiterer Abwandlung ist es möglich, das Verbindungsteil (4) auch beim Anreiben und gegebenenfalls anschließenden Stauchen eine in Richtung der Werkstückachse (3) verlaufende zusätzliche Zustellbewegung ausführen zu lassen.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ruhen die beiden Werkstücke (1, 2) während des Reibschweißvorganges, d. h. sie sind zumindest drehunbeweglich gehalten. Wie Fig. 4 verdeutlicht, sind die Werkstücke (1, 2) zu diesem Zweck in einer entsprechenden Aufnahme (7) gehalten, die z. B. als Schale ausgebildet ist. Fig. 4 verdeutlicht auch den Maschineneinsatz. Zum Anschweißen der Verbindungsteile (4) werden handgeführte Reibschweißgeräte verwendet, die nach Art einer Bohrmaschine ausgebildet und mit einer Staucheinrichtung versehen sind. Zur Aufnahme der bolzenförmigen Verbindungsteile (4) haben sie ein entsprechendes Spannfutter. Die leichten, kleinen und handlichen Reibschweißgeräte (8) können in beliebigen Winkelstellungen an die Werkstücke (1, 2) herangeführt werden.

Die Werkstücke (1, 2) und die Verbindungsteile (4) können aus beliebigen reibschweißgeeigneten Werkstoffen bestehen. Eine besondere Eignung besteht in metallischen Werkstücken, insbesondere Stählen oder Leichtmetallen. Die Werkstücke (1, 2) können beispielsweise aus Baustahl bestehen und als Bewehrungsstäbe für Stahlbetonbauten oder dergleichen ausgebildet sein. Die Verbindungsteile (4) bestehen dann vorzugsweise ebenfalls aus einem ähnlichen Stahl.

Die Werkstücke (1, 2) können eine beliebige Form haben. Im Kontaktbereich (5) sollten sie eine reibschweißgeeignete und gegenseitig eventuell angepaßte Formgebung aufweisen. Sie müssen nicht wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten Exemplare eine gleiche Form besitzen. Es empfiehlt sich allerdings, die Achsen (3) der Werkstücke (1, 2) an der Verbindungsstelle fluchten zu lassen, was allerdings auch nicht unbedingt erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1 Werkstück
2 Werkstück
3 Achse
4 Verbindungsteil
5 Kontaktbereich
6 Zustellrichtung, Teilachse
7 Aufnahme, Gegenhalter
8 Reibschweißgerät

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehr Werkstücken durch Reibschweißen mittels mindestens eines angeschweißten Verbindungsteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (1, 2) durch ein oder mehrere quer zur Werkstückachse (3) ausgerichtete und reibgeschweißte Verbindungsteile (4) verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) im Kontaktbereich (5) umfangsseitig an die Werkstücke (1, 2) angeschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (1, 2) im Kontaktbereich (5) voneinander distanziert und die Verbindungsteile (4) zwischen die Werkstücke (1, 2) geschweißt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) beim Reibschweißen relativ zu den ruhenden Werkstücken (1, 2) gedreht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) bolzenförmig ausgebildet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbindungsteile (4) gleichmäßig verteilt an die Werkstücke (1, 2) geschweißt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) mit einem handgeführten Reibschweißgerät (8) an die Werkstücke (1, 2) geschweißt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (1, 2) beim Reibschweißen in einer Aufnahme (7) gehalten werden.