DE2012692B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung der Schweißhitze beim Reibschweißen - Google Patents

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim herkömmlichen Reibschweißen ist es üblich, zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Bauteilen eine schnelle Bewegung stattfinden zu lassen, wobei die beiden Bauteile miteinander in Berührung gedrückt werden, so daß an den aneinanderliegenden Stirnflächen aufgrund der Reibung Wärme entsteht. Ist ausreichend Wärme erzeugt, dann wird die Relativbewegung beendet, und werden die Bauteile gegeneinander gedrückt, gewöhnlicherweise mit beträchtlich größerer Kraft als zuvor, so daß sie miteinander verschweißen.

Die Relativbewegung kann oszillierend sein. Dies erfordert jedoch häufig die schnelle Hin- und Herbewegung schwerer Teile, so daß ein großer Kraft- und Leistungsaufwand sowie starke und starre Rahmengestelle und Supporte unumgänglich sind. Bei dem Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, besteht stattdessen die Relativbewegung in einer Drehbewegung. Dabei liegt jedoch am Umfang der Stirnflächen der beiden Bauteile eine sehr viel höhere Relativbewegung vor, als in der Mitte, so daß am Umfang eine sehr viel größere Hitze entsteht, als im Bereich des Zentrums. Auch ist dieses Vorgehen auf das Verschweißen von Bauteilen beschränkt, die bezüglich der Drehachse symmetrisch sind.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde beim Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verhindern, daß Bereiche unterschiedlicher Hitze an den Stirnflächen der zu verschweißenden Bauteile auftreten sowie hierfür eine Vorrichtung anzugeben.

Das enindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise für das Verschweißen von Metallen und Kunststoffen geeignet.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß Bereiche unterschiedlicher Hitze an den Stirnflächen der zu verschweißenden Bauteile verhindert sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht darin, daß mehrere Bauteile gleichzeitig paarweise zusammengeschweißt werden können. Jeder Bauteil-Support kann so ausgestaltet sein, daß er eine Vielzahl von Bauteilen zu halten vermag. Die Relativbewegung zwischen jedem Paar zusammengehöriger Bauteile ist unabhängig von dem Abstand zwischen einem Bauteil und der Drehachse des zugehörigen Supports. Die Relativbewegung zwischen jedem Bauteilpaar hängt allein von der Drehgeschwindigkeit und dem Abstand zwischen den Drehachsen der Supporte ab. Demzufolge kann jeder Support so ausgebildet sein, daß er eine oder mehrere konzentrische kreisförmige Reihen von Bauteilen hält, welche bezüglich der Drehachse zentriert, jedoch davon entfernt sind.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach dem Anspruch 2 vermittelt insbesondere den Vorteil, daß Bauteile ir einer vorbestimmten gegenseitigen Winkelstellung miteinander verschweißt werden können. Beispielswei se können zwei runde Stangen mit jeweils einer axial verlaufenden Keilnut dorart miteinander verschweißt

werden, daß die Keilnuten miteinander fluchten. Desgleichen können Bauteile mit nicht kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise Stangen mit viereckigem oder dreieckigem Querschnitt, so min inander verschweißt werden, daß die Außenflächen des einen Teils mit denen des anderen Teils fluchten. Dies ist mit den herkömmlichen Reibschweißverfahren nicht möglich, wobei die Schweißhitze durch Drehen eines Bauteils gegenüber dem anderen erzeugt wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen iieigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schereatischer Wiedergabe;

F i g. 2 die Ansicht des Querschnitts entlang der Linie 2-2inFig. 1;

F i g. 3 die Ansicht des Querschnitts entlang der Linie 3-3inFig. 1;

Fig.4 die vergrößerte Darstellung der Stirnseite eines Bauteils, wobei die Stirnseite des a..deren, damit zu verschweißenden Bauteils gestrichelt wiedergegeben ist;

Fig. 5 die der Fig. 2 entsprechende Ansicht eines Querschnitts durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 6 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.7 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht eines Querschnitts durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 8 die der Fig. 7 entsprechende Ansicht mit unterschiedlicher gegenseitiger Stellung der Bauteile;

F i g. 9 eine der F i g. 7 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 10 die Seitenansicht eines Paars von Bauteil-Supporten und des Antriebs dafür;

F i g. 11 die Ansicht des Schnitts durch ein weiteres Paar von Bauteil-Supporten und des Antriebs dafür.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 weist einen Elektromotor 1 zum Antrieb einer Antriebswelle 2 über einen Bandtrieb 3 auf. Die Antriebswelle 2 ist in ortsfesten Lagern 4 drehbar gelagert, von denen lediglich eines dargestellt ist. An den Enden der Welle 2 sind Zahnräder 5 und 6 angebracht, welche mit komplementären Zahnrädern 7 und 8 kämmen.

Das Zahnrad 7 ist auf einer Welle 9 befestigt, die in einem ortsfesten hydrostatischen Lager 10 drehbar und axial beweglich gelagert ist. Am einen Ende ist die Welle 9 mit einem Bauteil-Support 11 versehen, während sie am anderen Ende in ein Lager 12 hineinragt, das im nicht dargestellten Rahmengestell der Vorrichtung axial gleitend untergebracht ist. Das Lager 12 kann mittels eines Hebelarms 13 axial verschoben werden, der um die Achse 14 am Rahmengestell verschwenkbar angelenkt und mit der Kolbenstange 15 einer hydraulisehen Kolben/Zylinder-Einheit 16 verbunden ist, die am Anlenkpunkt 17 an das Rahmengestell angeschlossen ist.

Das Zahnrad 8 ist an einer Welle 18 befestigt, die in einem hydrostatischen Lager 19 drehbar gelagert ist, das mit einem Lager 20 verbunden ist, welches auf der Welle 2 sitzt. Die Welle 18 ist im Lager 19 axial unbeweglich angeordnet, ist jedoch senkrecht zu derjenigen Ebene verschieblich, welche die Längsachsen der Wellen 2 und 18 enthält. Diese Bewegung geschieht mit Hilfe einer doppelt wirkenden hydraulischen Kelbep/Zylinder-Einiieit 21, die am Anlenkpunkt 22 mit dem Rahmengestell verbunden ist. Die Kolbenstange der Einheit 21 ist an der Anlenkstelle 23 mit dem Lager 19 gekoppelt Bei Betätigung der Einheit 21 bewegt sich die Welle 18 in kreisbogenförmiger Bahn um die Welle 2. Das dem Zahnrad 8 abgewandte Ende der Welle 18 ist mit einem Bauteil-Support 24 ähnlich dem Support 11 versehen. Die Supporte Il und 24 können jede geeignete Gestalt haben und beispielsweise Spannfutter aufweisen, wie sie bei Drehbänken vorgesehen sind.

ίο Im Betrieb werden die miteinander zu verschweißenden Bauteile an den Bauteil-Supporten 11 und 24 montiert, und zwar mit aneinanderliegenden Stirnflächen. Die Einheit 21 wird so betätigt, daß die Längsachsen der Wellen 9 und 18 geringfügig

ti gegeneinander versetzt sind, beispielsweise einen Abstand von 0,8 mm voneinander haben. Das Zahnrad 8 nimmt dann die in F i g. 3 strichpunktiert wiedergegebene Stellung ein, wobei die Verschiebung der Welle 18 der besseren Klarheit wegen übertrieben dargestellt ist.

Die Welle 9 wird mit einer verhältnismäßig geringen axialen Kraft beaufschlagt. Der Motor 1 dreht die Bauteile, welche um im Abstand voneinander verlaufende, parallele Achsen in derselben Richtung und mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Sobald die

2-5 Schweißtemperatur erreicht ist, wird die Einheit 21 betätigt, um die beiden Wellen 9 und 18 miteinander fluchten zu lassen. Das Zahnrad 8 nimmt dann die in Fig.3 mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung ein. Die auf die Welle 9 aufgebrachte Axialkraft wird

)<> beträchtlich gesteigert, so daß die beiden Bauteile miteinander verschweißen.

Die Einheit 21 ist derart lösbar und die Supporte 11 und 24 sind derart voneinander wegschwenkbar, daß die zu verschweißenden Bauteile leicht angebracht werden

ti können.

In Fig. 4 sind die beiden Stirnflächen zweier typischer Bauteile dargestellt, die miteinander verschweißt werden können. Es handelt sich um zylindrische Stangen, welche jeweils eine axial verlaufende

■"ι Keilnut aufweisen. Während der Erzeugung von Wärme durch Reibung rotiert die mit ausgezogenen Linien dargestellte Stirnfläche 25 um die Achse 26, während die gestrichelt wiedergegebene Stirnfläche 27 um die Achse 28 rotiert. Die Stirnflächen 25 und 27 laufen mit

« derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Richtung um. Die beiden Keilnuten liegen daher stets eng beieinander und werden automatisch aufeinander ausgerichtet, wenn die Achsen 26 und 28 miteinander zum Fluchten gebracht werden.

■>» Die beschriebene Vorrichtung kann in mehrfacher Hinsicht abgewandelt sein. Beispielsweise kann die Bewegung des Lagers 19 und das Aufbringen der Kräfte auf die Welle 9 mittels Spindeln, Gestänge, Nocken, auf hydraulischem Wege erfolgen. Weiterhin kann die

"»i Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und jeder der Wellen 9 und 18 beispielsweise mittels Ketten und Kettenrädern, Zahnriemen und Zahnrädern, exzentrischen Verbindungsstangen zustande gebracht sein.
In F i g. 5 ist eine Ausführungsform der erfindungsge-

h" mäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher das Lager 20 gegenüber dem Rahmengestell fest angeordnet und das Lager 19 damit durch Blattfedern 29 verbunden ist, weiche bei Betätigung der hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit 21 nachgeben und sich biegen.

^h'· Das erwähnte, nicht dargestellte Rahmengestell kann von jeder geeigneten Bauart und Gestalt sein und Zugstangen aufweisen, welche diejenigen Rahmenge stellteile miteinander verbinden, welche beim Aufbrin-

gen der Schweißkräfte auseinandergedrückt werden.

Die in F i g. 6 wiedergegebene Vorrichtung ähnelt der in Fig. 1 dargestellten. Gleiche Teile sind daher mit denselben Bezugsziffern versehen. Die beiden Vorrichtungen unterscheiden sich hauptsächlich dadurch voneinander, daß statt der Antriebswelle 2 eine dreiteilige Antriebswelle vorgesehen ist, deren Mittelstück 30 axial teleskopierbar ist und aus einer Keilnutwelle besteht, die in einer Hülse entsprechender Bohrung verschieblich ist. Das mittlere Wellenstück 30 ist mit den Endstücken 31 und 32 über jeweils ein Kardangelenk 33 bzw. 34 verbunden. Die Lager 19 und 20 sind auf einem Schlitten angeordnet, so daß sie lediglich parallel zu der die Längsachsen des Wellenstücks 32 und der Welle 18 enthaltenden Ebene verschieblich sind. Diese Bewegung bewirkt eine Einheit 35 ähnlich der Einheit 21 und ist wegen der Kardangelenke 33 und 34 sowie der Teleskopierbarkeit des Wellenstücks 30 möglich. Das Zahnrad 7 ist an einer Hülse 36 befestigt, welche auf der Keilnutwelle 9 sitzt und eine entsprechend keilnutförmig ausgebildete Innenbohrung besitzt. Die Welle 9 ist daher mit der Hülse 36 verdrehungsfest jedoch axial verschieblich verbunden. Die Schweißkraft wird auf die Welle 9 mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit 37 aufgebracht, die koaxial zur Welle 9 liegt.

Ein Rahmengestell 38 mit Armen 39 nimmt die aus den Schweißkräften resultierenden Reaktionskräfte auf. Das dem Bauteil-Support 24 abgewandte Ende der Welle 18 ist in einem Lager untergebracht, das im zugehörigen Arm 39 gleitend angeordnet ist, so daß die Welle 18 beweglich ist. Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß die Lager 19 und 20 um ein verhältnismäßig großes Stück bewegt werden können, damit die Bauteilträger für das Anbringen der Bauteile voneinanderweg bewegt werden können.

Bei einer nicht dargestellten Abwandlung der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist die Welle 18 auf die Welle 2 zu und von derselben weg beweglich, anstatt um sie herum bewegt werden zu können. Das Lager 20 ist fest, während das Lager 19 von einer Einheit 35 ähnlichen Einheit verschieblich ist. Die Relativbewegung zwischen den Wellen 2 und 18 bei ununterbrochenem Antrieb kann auf verschiedene Art und Weise bewerkstelligt werden. Beispielsweise sind bei der in den Fi g. 7 und 8 wiedergegebenen Ausführungsform Zahnräder 40 und 41 auf den Wellen 2 und 18 vorgesehen, welche mit einem weiteren Zahnrad 42 kämmen, das sich um die Achsen der Wellen 2 und 18 bewegt, wenn diese aufeinanderzu und voneinanderweg bewegt werden. Bei einer anderen Ausführungsform gemäß F i g. 9 ist ein Zahnrad 43 vorgesehen, welches ähnlich dem Zahnrad 6 zusammen mit dem letzteren um eine Achse umlaufend angetrieben wird, die in einem bestimmten Abstand von der Längsachse der Welle 2 auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnrads 8 verläuft. Die Zähne der Zahnräder > 6, 8 und 43 sind dergestalt, daß das Zahnrad 8, im Eingriff mit den Zahnrädern 6 und 43 bleibend, zwischen der in F i g. 9 wiedergegebenen Stellung, in welcher das Zahnrad 8 in vollem Eingriff mit dem Zahnrad 43 steht, jedoch nur in teilweisem Eingriff mit dem Zahnrad 6,

ι» und einer zweiten Stellung hin- und herbeweglich ist, in welcher das Zahnrad 8 mit dem Zahnrad 6 in vollem, mit dem Zahnrad 43 jedoch nur in teilweisem Eingriff steht.

Statt die Bauteil-Supporte von einer Antriebswelle

aus anzutreiben, die auf einer Seite der Suppor e liegt.

^r> ist es auch möglich, einen Support vom anderen aus über eine geeignete flexible und in der Länge veränderliche Verbindung mitzunehmen. In Fig. 10 ist dies schematisch dargestellt. Die Supporte 44 und 45 sind an der Welle 46 bzw. 47 befestigt und tragen jeweils ein Bauteil 48 bzw. 49, welche Bauteile 48, 49 miteinander verschweißt werden sollen. Die Supporte 44, 45 sind jeweils mit einem Kardangelenk 50 bzw. 51 versehen die über eine in der Länge veränderliche Kuppelstange 52 miteinander verbunden sind.

Gemäß F i g. 11 treibt ein Motor 53 eine Welle 54 über die Zahnräder 55,56 an. Die Welle 54 ist mit einerr rohrförmigen Gehäuse 57 verbunden, welches an derr von der Welle 54 entfernten Ende einen Bauteil-Suppon 58 aufweist. Ein flexibles Diaphragma 59 verbindet da:

J° Gehäuse 57 mit einer Kuppelstange 60, welche über eir ähnliches Diaphragma 61 am anderen Ende mit einendem Gehäuse 57 ähnlichen Gehäuse 62 verbunden ist Das Gehäuse 62 weist an dem dem Support 5i benachbarten Ende einen Support 63 auf und ist mi

ι > einer Welle 64 verbunden, die in einem querbeweglicher Lager drehbar gelagert ist.

Die aufzubringenden Schweißkräfte, Geschwindig keiten und Zeiten sind beim erfindungsgemäßer Arbeiten dieselben wie beim herkömmlichen Reibungs

w schweißen. Entsprechende Einzelheiten erübrigen sich daher.

Neben den beschriebenen und dargestellten Ausfüh rungsformen, bei denen die Schweißkraft über einer Bauteilträger aufgebracht wird, während der anden Bauteilträger querbeweglich ist, sind auch anden Varianten möglich, bei denen die Schweißkraft übe denselben Bauteilträger aufgebracht wird, der aucl seitlich beweglich ist, wobei der andere Bauteil-Suppor axial unbeweglich und so angeordnet ist, daß er di< Kraft einem Teil der Vorrichtung zuführt, das eini Reaktionskraft auf die Schweißkraft hervorbringt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Erzeugung der Schweißhitze beim Reibschweißen zweier Bauteile, bei dem die zu verschweißenden Teile mit ihren Stirnflächen gegeneinander gedrückt und um zu den Stirnflächen senkrecht verlaufende Achsen gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Bauteile mit gleichem Drehsinn und gleicher Winkelgeschwindigkeit um die parallel zueinander versetzten Drehachsen erfolgi.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der erforderlichen Schweißtemperatur die Achsen der Bauteile unter fortdauernder Drehung und Anpressur.g miteinander fluchtend ausgerichtet werden.

   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei drehbar gelagerte Bauteil-Supporte (11, 24; 44, 45; 58, 63), welche in derselben Richtung und mit derselben Winkelgeschwindigkeit angetrieben und gegeneinander zwischen einer Stellung mit fluchtenden Drehachsen und einer Stellung mit zueinander parallelen Drehachsen beweglich sind, wobei eine Einrichtung (13; 16; 37) zum Gegeneinanderdrücken der umlaufenden, miteinander fluchtenden Supporte (11,24; 44,45; 58,63) vorgesehen ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Supporte (11, 24; 44, 45; 58,63) eine Antriebswelle (2) vorgesehen ist, die parallel zu den Drehachsen der Supporte verläuft.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Supporte (11; 24) senkrecht zu der die Längsachsen der Welle (2) und dieses Supportes (11 bzw. 24) enthaltenden Ebene beweglich ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (11 bzw. 24) in kreisbogenförmiger Bahn um die Längsachse der Welle (2) beweglich ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (11 bzw. 24) in einem Lager (19) drehbar gelagert ist, das über Blattfedern (29) mit einem Lager (20) der Antriebswelle (2) verbunden ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Supporte (11; 24) parallel zu der die Längsachsen der Antriebswelle (2) und dieses Supportes (11 bzw. 24) enthaltenden Ebene verschieblich ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) mit dem beweglichen Support (11 bzw. 24) über ein Zahnradgetriebe mit mindestens drei Zahnrädern (40,42,41; 6,8,43) verbunden ist, wobei das mittlere Zahnrad (42 bzw. 8), stets im Eingriff mit den beiden äußeren Zahnrädern (40, 41 bzw. 6, 43) bleibend, beweglich gelagert ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Supporte (11; 24) mit einer Antriebswelle (2) in Verbindung stehen, die aus einem mittleren, teleskopierbarcn Wellenstück (30) und zwei F.ndwellenstücken (31; 32) besteht, wobei zwischen benachbarten Wellenstücken (31; 30 bzw. 30; 32) jeweils ein Kardangelenk (33 bzw. 34) vorgesehen ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch

   63) über eine Welle (52; 60) miteinander verbunden sind, wobei die Welle an ihren beiden Enden jeweils über ein Kardangelenk (50 bzw. 51; 59 bzw. 61) an einem Support angreift