DE2012692C3 - 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 I.

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 aneinanderliegendcn Stirnflächen aufgrund der Reibung Wärme entsteht. Ist ausreichend Wärme erzeugt, dann wird die Relativbewegung beendet, und «'erden 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 Min- und I lerbewegung schwerer Teile, so daß ein großer Kraft- und Leistungsaufwand sowie starke und slarre Rahmengestell und Supporte unumgänglich sind. Bei dem Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, besieht statulessen die Relativbewegung in einer Drehbewegung. Dalwi liegt jedoch am Umfang der Stirnflachen 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 beschrankt, 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 I zu verhindern, daß Bereiche unterschiedlicher Hitze an den Stirnflächen der zu verschweißenden Bauteile auftreten sowie hierfür cmc Vorrichtung anzugeben.

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

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß Bereiche unterschiedlicher Hitze an den Stirnflachen der zu verschweißenden Bauteile verhindert sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht darin, daß mehrere Bauteile gleichzeitig paarweise zusamincnge schweißt werden können, leder Bauteil-Support kann so ausgestaltet sein, dall er eine Vielzahl von Bauteilen zu halten vermag Die Relativbewegung zwischen jedem Paar zusammengehöriger Bauteile ist unabhängig von dem Abstand zwischen einem Bauieil und der Drehachse des zugehörigen Supports. Die Relativbewegung zwischen jedem Baiitcilpaar 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 in einer vorbestimmten gegenseitigen Winkelstellung miteinander verschweißt werden können. Beispielsweise können zwei runde Stangen mit jeweils einer axial verlaufenden Keilnut derart miteinander verschweißt

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werden, daß die Keilnuten miteinander fluchien. Desgleichen können Bauteile mit nicht kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise Stangen mil viereckigem oder dreieckigem Querschnitt, so miteinander verschweißt werden, daß die Außenflachen des einen Teils mit denen des anderen Teils fluchten. Dies ist mit den herkömmlichen Reibschweißverfahren nicht möglich, wobei die Sehweißhiue durch Drehen eines Bauteils gegenüber dem anderen er/.eugi wird.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindung'.gemäßen Vorrichtung in schemalischer Wiedergabe;

Γ i g. 2 die Ansicht des Querschnitts entlang der Linie 2-2 in I·"ig. I;

F i g. 3 die Ansicht des Querschnitts entlang der Linie 3-3 in I·" ig. i;

Fig.4 die vergrößerte Darstellung der Stirnseite eines Bauteils, wobei die Stirnseite des anderen, damit zu verschweißenden Bauteils gestrichelt v/iedcrgegeben isl;

Fig. 5 die der F i g. 2 entsprechende Ansicht eines Querschnitts durch eine /weite Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung;

Fig. fa eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer drillen Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung;

I" ig. 7 eine der F'ig. 3 entsprechende Ansicht eines Querschnitts durch eine andere Ausftihrungsform der erfindungsgei'iäßen Vorrichtung;

F i g. 8 die der I- i g. 7 entsprechende Ansicht mit unterschiedlicher gegenseitiger Stellung der Bauteile:

F i g. 9 eine der F i g. 7 ähnliche Ansicht einer anderen Ausfuhrungsform der crfindungsgemäßen Vorrichtung;

(^:ig. 10 die Seitenansicht eines Paars von Bauteil-Supporien und des Antriebs dafür;

Fig. Il die Ansicht des Schnitts durch ein weiteres Paar von Bauteil-Supporten und des Antriebs dafür.

Die Vorrichtung gemäß F"ig. 1 bis 3 weist einen Elektromotor 1 /um Antrieb einer Antriebswelle 2 über einen IJandirieb 3 auf. Die Antriebswelle 2 isl in ortsfesten Lagern 4 drehbar gelagert, von denen lediglich eines dargestellt ist. An den F.nden 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 u.id axial beweglich gelagert isl. Am einen Fiule isl die Welle 9 mn einem Bauteil-Support Il versehen, wahrend sie am anderen linde in ein Lager 12 hineinragt, das im nicht dargestellten Rahmengestell der Vorrichtung axial gleitend untergebracht ist. Das Lager 12 kann mittels eines Hebelarms IJ axial verschoben werden, der um die Achse 14 am Rahmengestell \erschwenkbar angelenkt und mn der Kolbenstange !5 einer h>draulisehen Kolben/Zylinder I-.niht.-it 16 verbunden ist. die am Anlenkpimkl 17 an das Rahmengestell angeschlossen ist.

Das Zahnrad 8 ist an einer Welle 18 befestigi. die in einem hydrostatischen Lager 19 drehbar gelagert ist, das mit einem Lager 20 ve · ί "Jen ist. welches auf der Welle 2 sil/i. Die Welle 18 isl im Lager 19 axial unbeweglich angeordnet, ist jedoch senkrecht zu derjenigen libene veischieblich, welche die Längsachsen der Wellen 2 und 18 einhält. Diese Bewegung geschieht mit Hilfe einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheil 21, die am Anlenkpunkl 22 mit dem Rahmengestell verbunden ist. Die Kolbenstange der Einheit 21 ist an der Anlenkstelle 23 mit dein 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 'j der Welle !8 ist mit einem Bauteil-Support 24 ahnlu-h dem Support 11 verschen. Die Supporte 11 und 24 können jede geeignete (Jeslalt haben und beispielsweise Spannfutter aufweisen, wie sie bei Drehbänken vorgesehen sind.

in Im Betrieb werden die miteinander zu verschweißenden Bauteile an den Bauteil-Supporlcn 11 und 24 montiert, und zwar mn aneinanderlicgenden Stirnflächen. Die Einheil 21 wird so betätigt, daß die Längsachsen der Wellen 9 und 18 geringfügig

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

.'ο Die Welle 9 wird mit einer verhalinismäß.g geringen axialen Kr.ifi beaufschlag!. JXt Motor I dreh! die Bauteile, welche 'im im Abstand voneinander verlau'em de, parallele Ach·, cn in derselben Richtung und iimt derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Sobald die

2') Schwcißlempciatur 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 F i g. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellte Slell'ing ein. Die auf die Welle 9 aufgebrachte Axialkraft wird

in betrachtlich gesteigert, so daß die beiden Bauteile miteinander verschweißen.

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

i^r< können.

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

Ί» Keilnut aufweisen. Während der Erzeugung von Warme durch Reibung rotiert die mn ausgezoge.ien Linien dargestellte Stirnllache 25 um die Achse 26. während die gestrichelt wiedergegebene Stirnfläche 27 um die Achse 28 rotiert. Die Stirnflächen 25 und 27 laufen mn

ί^γ> derselben Winkelgeschwindigkeit und in derselben Richtung um Die beiden Keilnuten heuen daher stets, eng beieinander und werden automatisch aufeinander ausgerichtet, wenn die Achsen 26 und 28 miteinander zum Fluchten gebracht w erden.

^riii 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

Vt Verbindung /wischen der Antriebswelle 2 und jeder der Wellen 9 und 18 beispielsweise mittels Kelten und Kettenradern, Zahnriemen und Zahnrädern, exzentrischen Vcrhmdungssiangen zustande gebracht sein.
In I i g. 5 ist eine Ausfuhrungsform der erfindungsge-

hl) maßen Vorrichtung dai gestell:, bei welcher das Lager 20 gegenüber dem Rahmengestell fest angeordnet und das Lager 19 damit durch Blattfedern 29 verbunden ist, welche bei Betätigung der hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit 21 nachgeben und sich biegen.

<>o Das erwähnte, nicht dargestellte Rahmengestell kann von jeder geeigneten Bauart und Gestalt sein und Zugstangen aufweisen, welche diejenigen Rahmengestellteile miteinander verbinden, welche beim Aufbrin-

gen der Schwcißkräfic auseinandergedrückt werden.

Die in Fig. 6 wicdcrgcgcbenc Vorrichtung ähnelt der in Fig. 1 dargestellten. Gleiche Teile sind daher mit denselben Be/.ugs/.iffcrn versehen. Die beiden Vorrichtungen unterscheiden sich hauptsächlich dadurch voneinander, daß statt der Antriebswelle 2 eine dreiteilige Antriebswelle vorgesehen ist, deren Miltelstück 30 axial teleskopierbar ist und aus einer Keilnutwelle besieht, die in einer Hülse entsprechender Bohrung vcrschieblich ist. Das mittlere Wellcnstück 30 ist mit den Endstücken 31 und 32 über jeweils ein Kardangelenk 33 b/w. 34 verbunden. Die Lager 19 und 20 sind auf einem Schlitten angeordnet, so daß sie lediglich parallel /u der die Längsachsen des Wellen· Stucks 32 und der Welle 18 enthaltenden Kbene verschicblieh sind. Diese Bewegung bewirkt eine F.inhcit 35 ahnlich der Kinhcii 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 Kcilnutwelle 9 sit/i und eine entsprechend kcilnutformig ausgebildete Innenbohrung besitzt. Die Welle 9 ist daher mit der Hülse 3h verdrehungsfest jedoch a\ial versehieblich verbunden. Die Schweißkrafi wird auf die Welle 9 mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Kinhcit 37 aufgebracht,die koaxial /ur Welle 9 hegt.

Lin Rahmengestell 38 mit Armen 39 nimmt die aus den Sehweißkräflcn resultierenden Reaktionskräfte auf. Das dem Bauteil-Support 24 abgewandic Lude 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 Bauteiltrager für das Anbringen der Bauteile voneinanderwcg bewegt werden können.

Bei einer nicht dargestellten Abwandlung der Vorrichtung gemäß Γ ι g. 1 ist die Welle 18 auf die Welle 2 /u und von derselben weg beweglich, anstatt um sie herum bewegt werden /u können. Das Lager 20 ist fest, während das I.aper 19 von einer Linhcit 35 ähnlichen Kinhcit versehieblich ist. Die Relativbewegung /wischen den Wellen 2 und 18 bei ununterbrochenem Antrieb kann auf verschiedene Art und Weise bewerkstelligt werden Beispielsweise sind bei der in den F ι g. 7 und 8 wiedergegebenen Ausfuhrungsforni Zahmader 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 aufeinander/u und voneinanderwcg bewegt werden. Bei einer anderen Ausfuhrungsform gemäß Γ ig. 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 Ί 6, 8 und 43 sind dergestalt, daß das Zahnrad 8. im Kingriff mit den Zahnrädern 6 und 41 bleibend, /wischen der in I' i g. 9 wiedergegebenen Stellung, in welcher das Zahnrad 8 in vollem Kingriff mit dem Zahnrad 43 steht, jedoch nur in teilweisem Kingriff mit dem Zahnrad 6,

ι» und einer /weiten Stellung hin- und herbeweglich ist. in welcher das Zahnrad 8 mil dem Zahnrad 6 in vollem, mit dem Zahnrad 43 jedoch nur in teilweise!» Umgriff steht.

Statt die Baut.eilSuppoile von einer Antriebswelle aus an/utreibcn. die auf einer Seite der Supporte liegt.

i'· ist es auch möglich, einen Support vom anderen aus über eine geeignete flexible und in der Länge veränderliche Verbindung mit/iinehmen. In I ig 10 ist dies schemalisch dargestellt Die Supporte 44 und 45 sind an der Welle 46 b/w.47 befestigt und iragen jeweils cm Bauteil

-'Ii 48 b/w. 49. welche Bauteile 48, 49 miteinander verschweißt werden sollen Die Supporte 44, 45 sind jeweils mit einem Kardangelenk 50 b/w. 51 versehen, die über eine in der Lange veränderliche Kuppelstange 52 miteinander verbunden sind.

.'■> Gemäß I ig Il treibt ein Motor 53 eine Welle 54 über die Zahnräder 55, 56 an. Die Welle 54 ist mit einem rohrförmigen Gehäuse 57 verbunden, welches an dem von der Welle 54 entfernten I nde einen Bauteil-Support 58 aufweist. I in flexibles Diaphragma 59 verbindet das

'" Gehäuse 57 mn einer Kuppelstange 60. welche über ein ähnliches Diaphragma 61 .im anderen Inde mn einem dem Gehäuse 57 ähnlichen dchause 62 verbunden ist. Das Gehäuse 62 weist an dem dem Support 58 benachbarten inde einen Support 63 auf und ist mil

·"· einer Welle 64 verbunden, die in einem qucrbcwcglichen Lager drehbar gelagert ist

Die aufzubringenden Schweillkiafie. Geschwindigkeiten und Zeilen sind beim erfindiingsgemäßeii Arbeiten dieselben wie beim herkömmlichen Reibungs-

■«> schweißen. I ntsprcchendc I in/elheiien erübrigen sich daher.

Neben den beschriebenen und dargestellten Ausfiih rungsformen. bei denen die Schweißkrafi über einen Bauteiltragei aufgebracht wird, wahrend der andere

·''· Bauteilliager (!Herbeweglich ist. sind auch andere Varianten mnglich. bei denen die .Schweißkraft über ■ denselben B.iuleiltrager aufgebracht wird, der auch seitlich beweglich ist. wobei der andere Bauteil Support axial unbeweglich und so angeordnet ist. daß er die

''" Kraft einem I eil der Vorrichtung /iifuhrt. das eine Reakiionskrafl auf die Schwerkraft 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 erfolgt.

   2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der erforderlichen Sehweißtemperatur die Achsen der Bauteile unter fortdauernder Drehung und Anpressung 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 /wischen einer .Stellung mit fluchtenden Drehachsen und einer Stellung mit zueinander parallelen Drehachsen beweglich sind, wobei eine Hinrichtung (13; 16; 37) /um Gcgcneinanderdriicken der umlaufenden, miteinander fluchtenden Supporte (11,24; 44,45; 58,63) vorgesehen ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß /um Antrieb der Supporte (11, 24; 44, 45; 58, 65) eine Antriebswelle (2) vorgesehen ist, die parallel zu den Drehachsen der Supporte verläuft.

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

   ö. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (Il b/w. 24) in ki eisbogenförmiger Bahn um die Langsachse der Welle (2) beweglich ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadt'rch gekennzeichnet daß der Support (Il b/w. 24) in einem Lager (19) drehbar gelagert ist, das über Blatlfedern (29) mn 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) enthallenden Ebene verscliicblich ist.

   9. Vorrichtung n.ich 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 miniere Zahnrad (42 bzw. 8). stets im Eingriff mit den beiden äußeren Zahnradern (40, 41 bzw. 6, 4J) 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, lcleskopierbaren Wellenstück (30) und zwei Endwellenstücken (31; 32) besteht, wobei zwischen benachbarten Wellensiücken (31; 30 bzw. 30; 32) jeweils ein Kardangelenk (33 bzw. 34) vorgesehen ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 3,_ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Supporte (44,45; 58,

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