Widerstands-Abbrennstumpfschweissverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstands- Abbrennstumpfschweissverfahren und eine Vorrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit deren Hilfe das Einspannen der Schweissstücke in Wider stands-Stumpfschweissmaschinen erfolgen kann.
Das vorgeschlagene Verfahren kann in allen Indu striezweigen Anwendung finden, wo das Widerstands- Stumpfschweissen verwendet wird, insbesondere beim Schweissen von Teilen mit grossem Querschnitt sowie in den Fällen, wo eine hohe Leistung der Schweissma- schine erforderlich ist.
Bekannt sind Widerstands-Abbrennstumpfschweiss verfahren, bei denen die Schweissstücke fortlaufend aneinander geführt werden, ohne dass ein Andrücken deren Stossflächen vor dem Stauchmoment erfolgt.
Bei den bekannten Verfahren wird das Aneinan- derführen der Schweissstücke mit konstanter Ge schwindigkeit bzw. mit fortlaufend anwachsender Ge schwindigkeit vorgenommen.
Bei den bekannten Widerstands-Stumpfschweiss verfahren geht ein bedeutender Teil der Energie, die an den Stossflächen der Schweissstücke zugeführt wird, nutzlos verloren infolge von Kontaktexplosionen, zu denen es an Berührungsstellen feiner Unebenheiten an den Oberflächen der aneinandergeführten Stirnflächen kommt, welche beim Durchfliessen eines stärkeren Stromes zu schmelzen anfangen. Dabei geht ein bedeu tender Teil des Metalls der Schweissstücke unwieder bringlich verloren, was eine erhöhte Schweisszugabe erforderlich macht.
Infolge grosser Energieverluste ist bei bekannten Schweissverfahren keine hinreichend tiefe Durchwär- mung der Stossflächen der Schweissstücke zu erzielen. Deshalb werden diese Verfahren zum Schweissen von Teilen mit grossem Querschnitt nicht verwendet, da deren einwandfreie Schweissung erst bei unbedingter Durchwärmung der Stossflächen der Schweissstücke auf eine grosse Tiefe möglich ist. Ausserdem sind, um Schweissstücke mit konstanter bzw. anwachsender Annäherungsgeschwindigkeit abzu brennen, Widerstands-Stumpfschweissmaschinen von einer hohen elektrischen: Leistung erforderlich.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseiti gung der obengenannten Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sol ches Widerstands-Abbrennstumpfschweissverfahren zu entwickeln, das bei minimaler Leistung der Wider stands-Stumpfschweissmaschine - die zweckmässig eine Einrichtung zum Einspannen eines der Schweiss- stücke enthält, - eine einwandfreie Schweissung von Teilen ermöglicht, insbesondere von solchen mit gros sem Querschnitt, wobei minimaler Energieaufwand sowie möglichst niedrige Metallverluste beim Abbren nen gewährleistet werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe des Widerstands- Abbrennstumpfschweissverfahrens gelöst, bei dem die Schweissstücke fortlaufend aneinander geführt werden, ohne dass ein Andrücken deren Stossflächen vor dem Stauchmoment erfolgt, wobei erfindungsgemäss die Geschwindigkeit der gegenseitigen Annäherung der Schweissstücke in gleichen Zeitabständen kurzzeitig erhöht wird.
Die kurzzeitigen Erhöhungen der Geschwindigkeit der gegenseitigen Annäherung der Schweissstücke er folgen zweckmässigerweise mittels Schwingungsbewe gungen, die mindestens einem der Schweissstücke in Richtung deren gegenseitigen Annäherung erteilt wer den.
Vorzugsweise können die Schwingungsbewegungen mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz und einer Schwingungsamplitude, welche die Entstehung von Kurzschlüssen der Stossflächen der Schweissstücke ausschliesst, erfolgen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- gemässen Verfahrens mit stromzuführenden Spannbak- ken zum Einspannen eines der Schweissstücke in die Widerstands-Stumpfschweissmaschine sowie mit einem Führungskörper für jede Spannbacke, die eine Spann- kraft auf diese Backen übertragen, und von welchen Führungskörpern mindestens einer mit einem Ein spannantrieb verbunden ist, ist dadurch gekennzeich net,
das jede stromzuführende Spannbacke gegenüber ihrem zugeordneten Führungskörper längs der Stauch- aclLse des eingespannten Schweissstückes verschiebbar angeordnet ist.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die strom zuführenden Spannbacken vorzugsweise gegen Wälz- führungen anliegen, die zweckmässig in von Anschlä gen begrenzten Nuten angeordnet sind. Diese Nuten können in den Führungskörpern vorgesehen sein, die die Spannkraft auf diese Backen übertragen, wobei zwischen Backen und Anschlägen vorzugsweise ein Spiel vorgesehen ist, das der Schwingungsamplitude des Schweissstückes entspricht.
Zur Verschiebung der stromzuführenden Spann backen zusammen mit dem zwischen diesen einge spannten Schweissstück längs dessen Stauchachse kann ein Einzelantrieb vorgesehen sein, der mindestens auf eine Backe einwirkt.
Der Einzelantrieb besitzt vorzugsweise einen Elek tromotor, der ein Exzenterwerk in Drehung versetzt, das mit der stromzuführenden Backe in bevorzugter Ausgestaltung mittels eines Hebelwerks verbunden sein kann.
Der erwähnte Einzelantrieb kann auch dann ver wendet werden, wenn das Hebelwerk zweckmässig über einen Bügel unmittelbar auf das Schweissstück einwirkt.
Die Erfindung gewährleistet eine einwandfreie Schweissung von Teilen, insbesondere von solchen mit grossem Querschnitt, unter minimalen Verlusten an Metall der Schweissstücke und an Energie, die beim Abbrennen aufgebraucht werden, wodurch die Lei stung der Widerstands-Stumpfschweissmaschine erhöht und deren Energiebedarf vermindert wird.
Im folgenden wird die Erfindung in der Beschrei bung anhand eines Ausführungsbeispiels und beige fügter Zeichnungen erläutert; es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung zum Einspannen des Schweissstückes, die einen Einzel antrieb besitzt, der auf die stromzuführende Spann backe einwirkt Fig.2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Linie 11-II der Fig. 1; Fig.3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung zum Einspannen des Schweissstückes, dir einen Einzel antrieb besitzt, der auf das Schweissstück einwirkt.
Zur möglichst klaren Illustration der wesentlichen Elemente der Erfindung sind manche Teile in den Zeichnungen nicht gezeigt. So ist zum Beispiel in Fig. 1 nur ein Teil der Platte 1 (beweglich oder unbe weglich) der Widerstands-Stumpfschweissmaschine ge zeigt, auf der die Vorrichtung zum Einspannen des Schweissstückes befestigt ist.
Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 2, obere strom zuführende Spannbacken 3 und untere 4 zum Einspan nen des Schweissstücks 5; ein Gleitstück 6, das in Rich tung des Pfeiles A die Spannkraft P auf das Schweiss- stück= 5 überträgt, einen Einzelantrieb zur Verschiebung der Spannbacken 3 und 4 zusammen mit dem darin eingespannten Schweissstück 5 längs dessen Achse b-b.
Im Gehäuse 2 der Vorrichtung und in dem Gleit- stück 6 sind Nuten ausgeführt, die von Anschlägen 7-7 bzw. 8-8 begrenzt sind. In den Nuten sind Wälz- führungen 9 angeordnet gegen die die stromzuführen- den Spannbacken 3 und 4 anliegen. Zwischen den Anschlägen 7-7 und 8-8 ist ein Spiel c vorgesehen, dessen Grösse durch die vorgegebene Amplitude der Schwingungen, die dem Schweissstück 5 beim Ab- brennvorgang erteilt werden, bestimmt ist.
Die Anordnung der Spannbacken 3 und 4 auf den Wälzführungen 9 gestattet es, die Reibungskräfte zwi schen den Oberflächen der Backen 3 und 4 und denen der Nuten 7-7 und 8-8 des Gehäuses 2 bzw. des Gleitstücks 6 auf ein Mindestmass zu reduzieren. Dadurch wird es wiederum möglich, einen Einzelan- trieb recht kleiner Leistung zur Verschiebung der Spannbacken 3 und 4 zusammen mit dem darin einge spannten Schweissstück 5 zu verwenden.
Als Führungen für die Spannbacken 3 und 4 kön nen aero- bzw. hydrostatische Führungen benutzt wer den.
Der Einzelantrieb zur Verschiebung der Spannbak- ken 3 und 4 zusammen mit dem darin eingespannten Schweissstück 5 enthält einen Elektromotor 10 (Fig. 2), der ein Exzenterwerk D (Fig. 1 und 2) in Dre hung versetzt, das mit der unteren Backe 4 mittels eines Hebelwerks E verbunden ist.
Als Elektromotor 10 wird zweckmässigerweise ein Elektromotor mit regelbarer Drehzahl verwendet, weil das die Frequenz der Schwingungen regeln lässt, die den Spannbacken 3 und 4 zusammen mit dem darin eingespannten Schweissstück 5 erteilt werden.
Das Exzenterwerk D besitzt eine Welle 11, die in Lagern 12 gelagert ist, welche in einer Kragstütze 13 fest angeordnet sind. Die Kragstütze 13 ist am Ge häuse 2 der Vorrichtung starr befestigt. Im mittleren Teil der Welle 11, die mit der Exzentrizität e bezüglich deren Drehachse ausgeführt ist, ist eine Hülse 14 dreh bar montiert, deren eine Stirnseite in Form einer Zahnkupplungshälfte ausgebildet ist. Der Innendurch messer Dl der Hülse 14 ist mit der Exzentrizität e, die der Exzentrizität der Welle 11 gleich ist, bezüglich des Aussendurchmessers Dz der Hülse ausgeführt.
Durch Drehen der Hülse 14 bezüglich der Welle 11 lässt sich die Summenexzentrizität des Antriebsme chanismus im Bereich von 0 bis 2 e allmählich ändern.
Die Lage der Hülse 14 auf der Welle 11 wird mit tels Eingriff der Stirnseite der Hülse 14, die in Form einer Zahnkupplungshälfte ausgeführt ist, mit der Zahnkupplungshälfte 15 verbunden, die mit Hilfe eines Federkeils 16 auf der Welle 14 mit der Möglichkeit einer Achsverschiebung angebracht ist. Um einen sicheren Eingriff der erwähnten Kupplungshälften zu gewährleisten, sind eine Schraubenmutter 17 und eine Gegenmutter 18 vorgesehen.
Als Element, das die Drehbewegung des Exzenter werks D in eine fortschreitende Bewegung umformt, dient eine Ringfassung 19, die auf der Hülse 14 mit Hilfe. der Nadellager 20 montiert ist.
Die Ringfassung 19 ist durch eine Achse 21 mit dem Hebelwerk E beweglich verbunden.
Das Hebelwerk E stellt einen zweiarmigen Hebel 22 mit einer am Gehäuse 2 unbeweglich befestigten Pendelachse 23 dar, der durch eine Achse 24 mit einem Zugglied 25 beweglich verbunden ist. Das Zug glied 25 ist wiederum durch eine Achse 26 mit der unteren Spannbacke 4 beweglich verbunden.
Das Widerstands-Abbrennstumpfschweissen nach dem vorgeschlagenen Verfahren unter Verwendung der oben erwähnten Vorrichtung zum Einspannen der Schweissstücke wird folgenderweise durchgeführt. Das Schweissstück 5 wird in die Backen 4 und 5 eingespannt, wobei die Spannkraft P vom Einspannan trieb über das Gleitstück 6 in Richtung des Pfeiles A auf diese Backen übertragen wird. Danach führt man, indem man die Schweissspannung an die Spannbacken 3 und 4 anlegt, die zu verschweissenden Werkstücke fortlaufend aneinander, ohne dass man ein Andrücken deren Stossflächen vor dem Stauchmoment zustande kommen lässt.
Gleichzeitig wird der Elektromotor 10 eingeschaltet, der über die Kupplung 27 auf die Welle 11 und die Hülse 14 die Drehbewegung überträgt. Dabei erteilt dae Ringfassung 19 dem zweiarmigen Hebel 22 Schwingungsbewegungen um die Achse 23. Der Hebel 22 erteilt über das Zugglied 25 der unteren Spann backe 4 hin- und hergehende Bewegungen mit vorgege bener Frequenz und Amplitude.
Gleichzeitig mit der unteren Spannbacke 4 vollfüh ren das Schweissstück 5 und die obere Spannbacke 3 infolge der zwischen ihnen bestehenden Reibungskräfte ebenfalls hin- und hergehende Bewegungen längs der Achse b-b des Schweissstücks 5 bezüglich der Vorrich tung selbst.
Die Schwingungsamplitude ist der Summenexzen trizität des Exzenterwerks D direkt proportional Die Schwingungsbewegungen können auch unmit telbar dem in den Spannbacken 3 und 4 eingespannten Schweissstück 5 mit Hilfe des bereits erwähnten Ein zelantriebs erteilt werden, dessen Hebelwerk E mittels eines Bügels 28 (Fig. 3) mit dem Schweissstück 5 ver bunden wird.
Auf solche Weise wird der Grundbewegung - der Bewegung der fortlaufenden gegenseitigen Annäherung der Schweissstücke - die Schwingungsbewegung min destens eines der Schweissstücke überlagert, wodurch eine kurzzeitige Erhöhung der Annäherungsgeschwin digkeit der Schweissstücke in gleichen Zeitabständen erfolgt.
Der Schweissvorgang nach dem vorgeschlagenen Verfahren verläuft am günstigsten in dem Fall, da die Schwingungsbewegungen der Schweissstücke mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz erfolgen. Dabei soll die Schwingungsamplitude die Entstehung von Kurzschlüs sen der Stossflächen der Schweissstücke ausschliessen.
Danachlässt man auf die Schweissstücke eine Stauchkraft in Richtung des Pfeiles G einwirken. In folge der Reibungskräfte zwischen den Spannbacken 3 und 4 und dem Schweissstück 5 verschieben sich die Spannbacken 3 und 4 mit dem Schweissstück 5 in den Nuten in Richtung des Pfeiles G, bis die Spannbacken die Anschläge 7 und 8 berühren. Dabei wird das Spiel c aufgehoben, und die Einspannvorrichtung arbeitet wie die bekannten.
Im Stauchmoment wird der Elektromotor 10 abge schaltet.
Damit ist der Schweissvorgang beendet.
Wie die Versuche ergaben, ermöglichen das Ver fahren und die Vorrichtung das Schweissen von Teilen unterschiedlichen Querschnitts unter Verwendung von Widerstands-Stumpfschweissmaschinen mit einer 8-10- fach kleineren Leistung als bei typgleichen Maschinen für die bekannten Schweissverfahren.
Ausserdem wird die eigentliche Schweisszeit auf die Hälfte bis ein Drittel verringert, wodurch die Leistung der Schweissmaschine erhöht und die Zugaben der Schweissstücke für das Wegschmelzen des Metalls beim Schweissvorgang gleichfalls auf die Hälfte bis ein Drittel vermindert werden.