DE102004034498A1 - Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen, bei dem die beiden Bauteile während einer Erwärmungsphase unter gegenseitiger, von einem Presskraftaktuator erzeugten axialen Presskraft an der zu verschweißenden Stelle bei Stillstand eines stationären Bauteils und Drehung des angetriebenen Bauteils relativ zueinander gedreht werden, bei dem ferner nach ausreichender Reibungserwärmung der Bauteile die Drehung abgebremst wird und die zueinander still stehenden Teile mit wesentlich erhöhter Presskraft als während der Erwärmungsphase zusammengepresst werden. Das gedrehte Bauteil wird von einem mit einer Steuerung versehenen Elektromotor angetrieben, dessen Drehzahl, Drehmoment, Presskraft und Vorschubtiefe von der Steuerung gemessen wird. Die Drehzahl wird in Abhängigkeit von einer axialen Anfangspresskraft zwischen den beiden Bauteilen durch die Steuerung auf eine das Anschmelzen der Berührungsflächen der beiden Bauteile bewirkende Anfangsdrehzahl eingestellt und bei eintretendem Drehmomentabfall infolge Schmelzens der Berührungsflächen der beiden Bauteile die Drehzahl verringert und bis zum Stillstand abgesenkt, wobei am Ende der Absenkung die Presskraft bis zu einem Maximum so erhöht wird, dass an den Berührungsflächen der beiden Bauteile die feste Verschweißung erfolgt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen, bei dem die beiden Bauteile während einer Erwärmungsphase unter gegenseitiger, von einem Presskraftaktuator erzeugten axialen Presskraft an der zu verschweißenden Stelle bei Stillstand eines stationären Bauteils und Drehung des angetriebenen Bauteils relativ zueinander gedreht werden, bei dem ferner nach ausreichender Reibungserwärmung der Bauteile die Drehung abgebremst wird und die zueinander still stehenden Teile mit wesentlich erhöhter Presskraft als während der Erwärmungsphase zusammengepresst werden, wobei das gedrehte Bauteil von einem mit einer Steuerung versehenen Elektromotor angetrieben wird, dessen Drehzahl, Drehmoment, Presskraft und Vorschubtiefe von der Steuerung gemessen wird.
- Ein derartiges Verfahren ist in der
DE 199 02 357 A1 beschrieben. Hierzu wird in der genannten Druckschrift in allgemeiner Form auf das vorstehend erläuterte Verfahren unter Hinweis auf eine Regelung für eine Reibschweißmaschine beschrieben, die während der Reibphase das Reibmoment oder die Reibleistung berücksichtigt. Darüber hinaus wird in der Beschreibung der Druckschrift in allgemeiner Form erwähnt, dass die Regelung mehrere Komponenten beinhaltet. Dies sind zum einen die Momenten- bzw. Leistungsaufnahme, ein Drehmomentenrechner oder Leistungsrechner, ein Reibmomentenregler, ein Vorschubregler oder Druckregler und ein Vorschubaufnehmer oder Druckaufnehmer. Von der Regelung wird die Vorschubsteuerung beaufschlagt. Bezüglich irgendwelcher Werte bzw. irgendwelcher gegenseitiger Abhängigkeiten wird in der Beschreibung nur erwähnt, dass ein Sollwert für das Reibmoment und/oder die Reibleistung kon stant sein kann. Er kann aber auch als eine beliebig geeignete Funktion über der Reibzeit, dem Reibweg bzw. Reibwinkel oder dem Vorschubweg oder andere beliebig geeignete Parametern dargestellt werden. Dementsprechend wird der Vorschubantrieb von der Regelung zur Einstellung des gewünschten Reibmomentes und/oder der gewünschten Reibleistung gesteuert. Diese Angaben enthalten nur die Lehre, auf welche Komponenten bzw. Parameter der Reibschweißvorgang abgestellt werden kann, ohne dass damit angegeben wird, welche konkreten Feststellungen bzw. Messergebnisse der einzelnen Sensoren als maßgebend und in bestimmter Weise steuernd herangezogen werden können. - Hier setzt die Erfindung an und gibt ein Verfahren mit den erforderlichen einzelnen Prozesswerten an, die konkret den Ablauf eines sicher und verlässlich arbeitenden Reibschweißverfahrens bestimmen. Diese Verfahrensmerkmale bestehen darin, dass die Drehzahl in Abhängigkeit von einer axialen Anfangspresskraft zwischen den beiden Bauteilen durch die Steuerung auf eine das Anschmelzen der Berührungsflächen der beiden Bauteile bewirkende Anfangsdrehzahl eingestellt wird und bei eintretendem Drehmomentabfall infolge Schmelzens der Berührungsflächen der beiden Bauteile die Drehzahl verringert und bis zum Stillstand abgesenkt wird, wobei am Ende der Absenkung die Presskraft bis zu einem Maximum so erhöht wird, dass an den Berührungsflächen der beiden Bauteile die feste Verschweißung erfolgt.
- Mit diesen Verfahrensschritten wird zunächst durch die Steuerung eine in ihr gespeicherte Anfangsdrehzahl eingestellt, die von einer axialen Anfangspresskraft der beiden Bauteile abhängt. Mit dieser Anfangsdrehzahl und der axialen Anfangspresskraft entsteht dann die für das Reibschweißen erforderliche Reibung zwischen den beiden Bauteilen, bis die Berührungsflächen zu schmelzen beginnen, was zu einem deutlich merkbaren Drehmomentabfall führt, bei dessen Ermittlung von der Steuerung die Drehzahl verringert und bis zum Stillstand abgesenkt wird, wobei also die Messung des Drehmomentabfalls das Signal für die Drehzahlverringerung ist. Wenn dann die Absenkung, die nicht schlagartig vor sich gehen kann, sich dem Stillstand nähert und diesen erreicht, so wird die axiale Presskraft bis zu einem festgelegten Maximum kurz vor oder bei Stillstand der Drehzahl erhöht, womit nunmehr an den Berührungsflächen der beiden Bauteile dieser erhöhter Druck wirksam wird und damit die endgültige feste Verschweißung herbeiführt.
- Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung des vorstehend erläuterten Verfahrens. Diese Vorrichtung ist zweckmäßig so gestaltet, dass die Achse des Elektromotors axial in die Drehachse des angetriebenen Bauteils übergeht. Mit dieser Direktverbindung zwischen Achse des Elektromotors und der Drehachse des angetriebenen Teils erreicht man eine Verbindung, die von unerwünschten Massenträgheitskräften frei ist und keinerlei Schlupf zulässt. Vorzugsweise gestaltet man diesen Übergang der Achse des Elektromotors in die Drehachse des angetriebenen Teils in der Weise, dass der Elektromotor und das angetriebene Bauteil axial starr miteinander verbunden sind.
- Je nach Art des verwendeten Elektromotors kann es auch zweckmäßig sein, zwischen den Elektromotor und das angetriebene Teil ein schlupffreies Getriebe zu schalten, das die besonderen Drehzahlen des verwendeten Elektromotors berücksichtigt.
- Um den bei der Verschweißung der beiden Bauteile notwendigen Axialvorschub des Antriebs des angetriebenen Teils zu gestalten, wird der Elektromotor mit dem Presskraftaktuator zweckmäßig von einer linearen Vorschubeinrichtung getragen. Der Elektromotor lässt sich mit einem Presskraftsensor versehen, der angibt, mit welcher Presskraft das angetriebene Bauteil auf das stationäre Bauteil gepresst wird.
- Um das Ineinandereindringen von angetriebenen Teil und stationären Teil kontrollieren zu können, versieht man die Vorschubeinrichtung zweckmäßig mit ei nem Wegsensor. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es sich bei dem stationären Teil um ein dünnes Blech handelt.
- Um die Steuerung des Elektromotors mit seiner Vorschubeinrichtung sinnvoll wirksam werden zu lassen, wird der Elektromotor, der Wegsensor und der Presskraftsensor in einem die Steuerung enthaltenen Regelkreis eingeschaltet und mit diesen Sensoren das Drehmoment, die Drehzahl, die Wegstrecke und die Presskraft angebenden Messdaten in die Steuerung eingespeist, die aufgrund der Messung dieser Messdaten den Elektromotor und die Vorschubeinrichtung einstellen. Dabei ergeben sich Drehmoment und Drehzahl direkt aufgrund einer Messung des den Elektromotor speisenden Stromes.
- Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich vorteilhaft dazu verwenden, Bolzen mit plattenförmigen Bauteilen zu verschweißen, wobei die Bolzen das angetriebene Bauteil und die plattenförmigen Bauteile das stationäre Teil bilden. In diesem Falle besitzt die Vorrichtung eine Aufnahme für die Bolzen z.B. ein Spannfutter und ein Widerlager für die plattenförmigen Bauteile, das insbesondere mit einer ebenen Oberfläche versehen sein kann.
- Dabei gestaltet man die Vorrichtung zweckmäßig so, dass das plattenförmige Bauteil durch einen Niederhalter gegen das Widerlager gedrückt und damit festgeklemmt wird, um damit das plattenförmige Bauteil in eine definierte Lage zu bringen, in der es dann durch den Niederhalter festgehalten wird. Weiterhin versieht man vorteilhaft die Vorrichtung mit einer Zuführeinrichtung für die Zuführung der Bolzen, um die Vorrichtung insbesondere in einer Serienfabrikation sinnvoll einsetzen zu können.
- Für die Gestaltung der Vorrichtung verwendet man zweckmäßig einen C-förmig gestalteten Arm, der einerseits das Widerlager bildet und andererseits mit der Vorschubeinrichtung verbunden ist.
- In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bezogen auf das Reibschweißen eines Bolzens an einer Platte; -
2 einen teilweisen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß1 ; -
3 ein Diagramm, das für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlichen Parameter in Bezug auf die einzelnen Verfahrensschritte zeigt; -
4a -e die aufeinanderfolgenden Phasen einer Reibschweißverbindung; -
5 die Reibschweißverbindung eines Bolzens mit einer Platte; -
6 die Reibschweißverbindung eines Bolzens mit einer beschichteten Platte; Bei der in der1 dargestellten Vorrichtung handelt es sich um eine Gestaltung, die für das Reibschweißen eines Bolzens5 mit einer Platte3 verwendet wird. Dabei handelt es sich nur um ein Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung, da das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Vorrichtungen durchgeführt werden kann, die gegebenenfalls in Bezug auf die zu verschweißenden Teile entsprechend anders zu gestalten sind. Im Prinzip handelt es sich dabei jedoch immer im wesentlichen um ähnliche bzw. die gleichen Grundbestandteile. - Die Vorrichtung weist den C-förmig gestalteten Arm
1 auf, der an seinem einen Ende das Widerlager2 für die Platte3 aufweist, an der ein von dem Spannfutter4 gehaltener Bolzen5 anzuschweißen ist. Das andere Ende des Armes C mündet in die Vorschubeinrichtung6 ein, die den Elektromotor7 trägt, der den Presskraftaktuator8a enthält. Die Vorschubeinrichtung6 ist demgemäss stationär in Bezug auf das Widerlager2 angeordnet, da, wie gesagt, die Vorschubeinrichtung6 und das Widerlager2 starr über den Arm1 miteinander verbunden sind. Die Vorschubeinrichtung6 enthält den Vorschubantrieb8 , der über den Stößel9 in das Schiebeteil10 reicht und dieses gemäß dem Vorschubantrieb8 linear in Richtung des Stößels9 verstellt. Bei dieser Verstellung nimmt das Schiebeteil10 den an ihm befestigten Elektromotor7 linear mit, womit das Spannfutter4 mit dem von ihm gehaltenen Bolzen5 entsprechend linear bewegt wird. Um dabei die jeweilige Längenverschiebung des Elektromotors7 mit dem Bolzen5 gegenüber der Vorschubeinrichtung6 anzuzeigen, ist der Wegsensor11 an dem Schiebeteil10 angebracht, der bei Linearverschiebung des Schiebeteils10 gegenüber der Vorschubeinrichtung6 verschoben wird und damit die Länge dieser Verschiebung als Vorschubtiefe angibt. Für die Verschiebung des Elektromotors7 und damit des Spannfutters4 ist der Vorschubantrieb8 mit dem Presskraftaktuator8a versehen, der einerseits die genannte Verschiebung hinsichtlich einer genau einzustellenden Länge und die dabei aufzuwendende Presskraft herbei führt. Auf diese Funktion des Presskraftaktuators8a wird im Zusammenhang mit der2 näher eingegangen. - Das Spannfutter
4 ist von dem Niederhalter12 umgeben, der bei Herabfahren des Elektromotors7 mit dem Spannfutter4 und einem eingespannten Bolzen5 sich auf die Platte3 zu bewegt und schließlich am Ende dieser Bewegung auf der Platte3 aufsetzt, womit die Platte3 gegenüber dem Elektromotor7 mit dem Spannfutter4 und dem eingespannten Bolzen5 stabil arretiert ist. In dieser gestrichelt gezeichneten Position des Niederhalters12 ist die Vorrichtung dann für den Reibschweißprozess vorbereitet. - Die gestrichelt gezeichnete Drehachse
13 des Elektromotors7 fluchtet mit der strichpunktiert gezeichneten Achse14 des Spannfutters4 und geht damit in die Drehachse des Bolzen5 über. Bei der in der1 dargestellten Vorrichtung ist die Drehachse13 des Elektromotors7 starr mit dem Spannfutter4 verbunden. Es sei jedoch noch darauf hingewiesen, dass insbesondere bei Verwendung von schnelldrehenden Elektromotoren zwischen die Drehachse13 des Elektromotors7 und das Spannfutter4 ein schlupffreies Getriebe eingesetzt werden kann. - Um das Spannfutter
4 automatisch mit zu verarbeitenden Bolzen5 beschicken zu können, ist der Zuführer15 vorgesehen, der eine größere Anzahl von zu verarbeitenden Bolzen enthält, die dann aus dem Zuführer15 über den flexiblen Zuführkanal16 in das Spannfutter4 eingeführt werden. - Der Elektromotor
7 ist weiterhin mit dem Kraftsensor17 und dem Drehmomentsensor18 versehen, auf deren Wirkungsweise im Zusammenhang mit der Beschreibung zu2 näher eingegangen wird. Elektromotor7 , Presskraftsensor17 , Drehmomentsensor18 , Wegsensor11 , Vorschubantrieb8 , Presskraftaktuator8a und die Zuführeinrichtung15 sind mit der Steuerung19 über die Leitungen55 ,56 ,57 ,58 ,59 ,60 und61 verbunden, auf deren Funktion ebenfalls im Zusammenhang mit der2 näher eingegangen wird. - In der
2 ist der Elektromotor7 mit den mit ihm zusammenhängenden Konstruktionsteilen mehr ins Einzelne gehend dargestellt. Der Elektromotor7 enthält die Staturwicklung20 und den Rotor21 . Der Rotor21 sitzt auf der Achse22 , die sich in das Spannfutter4 verlängert. Von dem Spannfutter4 wird der Bolzen5 erfasst. Das Spannfutter4 ist von dem Niederhalter12 umgeben, der durch die Federn23 und24 vorgedrückt wird und sich dabei auf eine in2 nicht dargestellte Platte drückt (siehe1 , Platte3 ). In der2 ist der Niederhalter12 in voreilender Stellung dargestellt, aus der er bei Aufsetzen auf die Platte (siehe1 ) in eine Lage zurückgedrängt wird, in der er die Platte gegen das Widerlager2 drückt, wobei das vordere Ende des Bolzens5 mit dem Rand38 des Niederhalters12 fluchtet. Dabei sind die Federn23 und24 entsprechend zusammengedrückt und verspannen das Bauteil3 gegen das Widerlager2 . - Die Achse
22 des Elektromotors7 ist auf dem Kugellager25 radial gelagert. Außerdem wird der Elektromotor7 in Axialrichtung von dem Drucklager26 abge stützt, das einerseits an einem Bund27 des Gehäuses28 anliegt und gegen einen Flansch29 der Achse22 drückt. An dem dem Spannfutter43 abgewandten Ende der Achse22 sind der Drehmomentsensor30 und der Presskraftsensor31 angeordnet, die in bekannter Weise die von ihnen zu ermittelten Werte (Drehmoment, Presskraft) abgeben und, wie in1 dargestellt, an die Steuerung19 übertragen. - Das Gehäuse
28 ist benachbart zu dem Presskraftsensor31 angeordnet und durch den Deckel32 abgeschlossen. Auf der Achse22 ist außerdem der Flansch33 befestigt, der mit einer nicht dargestellten Verzahnung in den Drehzahlsensor34 eingreift, das ein Signal die Drehzahl des Elektromotors7 angibt. - Wie auch in
1 dargestellt, ist seitlich an dem Gehäuse28 des Elektromotors7 das Schiebeteil10 befestigt, das von der Vorschubeinrichtung6 linear in axialer Richtung des Motors7 bewegt wird. Das Schiebeteil10 ist für diese Beweglichkeit auf den Längsrollen35 gelagert. Seine Verschiebung wird von dem Wegsensor11 gemessen und wird durch Betätigung des Vorschubantrieb8 bewirkt, der über den Stößel9 auf das Verschiebeteil10 einwirkt. Mittels der Schrauben36 ist die Vorschubeinrichtung6 mit dem Vorschubantrieb8 an dem betreffenden Ende des C-förmigen Armes1 befestigt. - In der
3 ist ein Diagramm dargestellt, das die einzelnen Messwerte angibt, die von den in der Vorrichtung enthaltenen Sensoren gemessen werden. Darin zeigt die durchgehend gezeichnete Linie die Drehzahl n an, die gestrichelt gezeichnete Linie die axiale Presskraft F, mit der der Bolzen5 auf die Platte3 drückt, die strichpunktierte Linie das von dem Elektromotor7 abgegebene Drehmoment RF und die kreuzgestrichelte Linie die Bewegung s des Bolzens5 . Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass zunächst der Elektromotor mit seiner Drehzahl n hochgefahren wird, bis er bei der Linie37 in den Bereich seiner Maximaldrehzahl gelangt. Gleichzeitig wird mit dem Hochfahren der Drehzahl n der Elektromotor7 mit den ihm umgebenden Teilen auf die Platte3 abgesenkt. - Gleichzeitig steigt das Drehmoment RF an, da nämlich zum Zeitpunkt der Linie
37 der Bolzen5 die Platte3 erreicht hat und nunmehr der Prozess des Reibschweißens mit dem Aneinanderreiben des Bolzens5 und die Platte3 beginnt. Dabei bleibt zunächst die Drehzahl n im Wesentlichen gleich. Über diese Zeit des Reibens bleibt dann das Drehmoment RF und die Presskraft F im Wesentlichen bei ihrem erreichten Wert, bis durch Anschmelzen von Bolzen5 und Platte3 die Reibung zwischen diesen beiden Bauteilen und damit das Drehmoment RF stark abfallen (siehe Linie39 in3 ), was von der Steuerung erkannt und dazu benutzt wird, um nunmehr die Drehzahl abzusenken, währenddessen die Presskraft F und das abgesenkte Drehmoment RF praktisch gleich bleiben. Dabei dringt der Bolzen5 in die Platte3 um etwa einige Zehntel Millimeter an, wobei sich zwischen Bolzen5 und Platte3 eine gewünschte Schmelze ausbildet, die dann bei Zeitpunkt40 die Reibung zwischen den beiden Bauteilen vermindert. Dies zeigt sich an dem Abfall des Drehmomentes RF nach dem Zeitraum40 , der von dem Drehmomentsensor17 der Steuerung19 gemeldet wird. Von der Steuerung19 wird daraufhin die Presskraft F mit einer durch die Steuerung19 bedingten Zeitverzögerung erhöht, was im Bereich zwischen den Zeitpunkten40 und41 geschieht. Mit Erhöhung der Presskraft F steigt das Drehmoment RF wieder an, bis zum Zeitpunkt52 , zu dem die Drehzahl n weitgehend abgesenkt ist, so dass zum Zeitpunkt52 ab von der Steuerung die Presskraft F abgesenkt wird und schließlich auf den Wert 0 zurück geht. Gleichzeitig wird einerseits durch die Verringerung der Drehzahl n und die Verringerung der Presskraft F auf das Drehmoment RF abgesenkt und erreicht ebenfalls den Wert 0, wenn auch die Drehzahl den Wert 0 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt53 ist dann der angeschmolzene Bolzen fest miteinander verschweißt. - In den
4a – e sind die aufeinanderfolgenden Phasen der Herstellung einer Reibschweißverbindung dargestellt. Dabei zeigt die4a das vordere Ende der Vorrichtung gemäß1 in ihrer Anfangsstellung, in der sich das Futter4 mit dem eingespannten Bolzen5 in einiger Entfernung vor der Platte3 befindet, wobei das Futter4 mit dem Bolzen5 von dem Niederhalter12 umgeben ist. Der Niederhalter12 ist dabei in einer voreilenden Lage (siehe1 ) gezeichnet, aus der er bei Aufsetzen auf die Platte3 in eine Lage zurückgedrückt wird, wie sie in4c dargestellt ist. Das Futter4 enthält außerdem den Druckbolzen42 , der als Bestandteil des Futters4 (in den1 und2 nicht dargestellt) den oben erläuterten Pressdruck auf den anzuschweißenden Bolzen5 ausübt. -
4b zeigt die Anordnung gemäß4a in einer Position, in der der Niederhalter12 auf die Platte3 aufgesetzt ist und diese an das Widerlager2 andrückt. - Im Anschluss an die Betriebsphase gemäß
4b wird nun, wie in4c dargestellt, der Bolzen5 von dem Futter4 weiter in Richtung auf die Platte3 vorgeschoben, bis der Bolzen5 mit seinem für das Reibschweißen vorgesehenen Bereich die Platte3 berührt, womit der Reibschweißvorgang beginnen kann. Dabei wurde der Niederhalter12 weiter gegen die in der2 dargestellten Federn23 ,24 zurückgedrückt und übt damit eine besondere hohe Verspannkraft auf die Platte3 in Bezug auf das Widerlager2 aus. - Im Anschluss an die Phase gemäß
4c erfolgt dann der in der3 diagrammatisch dargestellte Reibschweißvorgang durch Aktivierung des Elektromotors7 und damit Drehung des Bolzens5 mit der Anfangsdrehzahl, was zu der im Zusammenhang mit der3 erläuterten Reibung und dem Anschmelzen der betreffenden Berührungsflächen von Bolzen5 und Platte3 führt, wobei der Bolzen5 über ein geringes Maß in die Platte3 eindringt und am Ende des Vorganges schließlich mit der Platte3 fest verschweißt, wie dies in der4 d dargestellt ist. - Mit Abschluss der mit der
4d dargestellten Betriebsphase kann nunmehr das Futter4 und der Niederhalter12 von der Platte abgezogen werden, wie dies in der4e dargestellt ist. Dabei wird der Bolzen5 von dem Futter4 freigegeben und verbleibt fest verschweißt an der Platte3 . - In der
5 , die die Vorrichtung in der Betriebsphase gemäß4 d zeigt, ist die fertige feste Reibschweißverbindung des Bolzens5 mit der Platte3 dargestellt. Der Bolzen5 besteht hier aus einem Schaft mit anschließendem Sechskant43 und dem von diesem axial wegragenden Schweißring44 . Diese drei Bestandteile sind einstückig ausgebildet. Bei dem Schweißring44 handelt es sich um einen axial zu dem gesamten Bolzen5 angeordneten kurzen Vorsprung, der mit seiner frontalen Fläche auf die Platte3 zum Reibschweißen aufgesetzt wird, wobei diese frontale Fläche und die ihm zugewandte Oberfläche der Platte3 die beiden Berührungsflächen für die Reibschweißverbindung bilden. Bei dieser Gestaltung des Bolzens5 und der Platte3 und der Anwendung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich eine besonders dünne Schweißzone45 , die es ermöglicht, dass das erfindungsgemäße Reibschweißverfahren auch bei besonders dünnen Platten angewendet werden kann. Derartige Platten werden vor allem im Karosseriebau der Automobilindustrie verwendet. - In der
6 ist eine fertige Reibschweißverbindung eines Bolzens, wie er in der5 dargestellt ist, und einer Platte3 dargestellt, die vor dem Reibschweißvorgang auf ihren beiden Seiten jeweils mit einer dünnen Beschichtung46 und47 versehen worden ist. Derartige dünne Beschichtungen werden ebenfalls im Karosseriebau verwendet, da häufig Karosseriebleche mit einer Lackbeschichtung die Grundlage einer Karosserie bilden. Wie6 zeigt, ist die Schicht46 beim Reibschweißen durchbrochen worden, wobei sich erhitzte und geschrumpfte Teile48 ,49 und50 aus der Beschichtung46 bilden, die neben der Reibschweißzone45 verblieben sind. Die Reibschweißzone45 geht von dem Ring44 direkt in das innere Material der Platte3 über, womit sich eine besonders feste, porenfreie Reibschweißverbindung ergibt. Diese hat dabei noch den besonderen Vorteil, dass wegen ihrer Konzentration auf die relativ dünne Zone der Reibschweißzone45 eine Durchwärmung der Platte3 praktisch nicht eintritt und damit auch eine Beschädigung der auf der Rückseite der Platte3 vorhandenen Beschichtung47 vermieden wird. - Versuche haben gezeigt, dass das vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung der nachstehend angegebenen Prozesswerte durchgeführt werden kann:
Anfangsdrehzahl n = 10.000 U/min.;
Drehmoment RF = 20-40 N/m;
Presskraft F = 3-10 KN;
Wegstrecke s des angetriebenen Bauteils während des Aneinanderreibens der
Bauteile s = 0,4-0,8 mm;
Zeitspanne für das Aneinanderreiben der Bauteile t = 0,5-5 sek.. - Bei den vorstehend angegebenen Prozesswerten handelt es sich um ein Beispiel. Diese Werte können in Abhängigkeit von den Materialien der Bauteile und der Größe von deren Reibflächen variieren. Auf jeden Fall handelt es sich um ein Reibschweißverfahren von besonders kurzer Dauer, das sich darüber hinaus dadurch auszeichnet, dass es einerseits bei dem angetriebenen Bauteil nur eine geringfügige Verkürzung und bei dem Bauteil eine sehr geringe Eindringtiefe erfordert.
Claims (13)
- Verfahren zum Reibschweißen von Bauteilen (
3 ,5 ), bei dem die beiden Bauteile (3 ,4 ) während einer Erwärmungsphase unter gegenseitiger, von einem Presskraftaktuator (8a ) erzeugten axialen Presskraft F an der zu verschweißenden Stelle bei Stillstand eines stationären Bauteils (3 ) und Drehung des angetriebenen Bauteils (5 ) relativ zueinander gedreht werden, bei dem ferner nach ausreichender Reibungserwärmung der Bauteile (3 ,5 ) die Drehung abgebremst wird und die zueinander still stehenden Bauteile (3 ,5 ) mit wesentlich erhöhter Presskraft als während der Erwärmungsphase zusammengepresst werden, wobei das gedrehte Bauteil (5 ) von einem mit einer Steuerung (19 ) versehenen Elektromotor (7 ) angetrieben wird, dessen Drehzahl (n), Drehmoment (RF), Presskraft (F) und Vorschubtiefe (s) von der Steuerung (19 ) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) in Abhängigkeit von einer axialen Anfangspresskraft (F) zwischen den beiden Bauteilen (3 ,5 ) durch die Steuerung (19 ) auf eine das Anschmelzen der Berührungsflächen der beiden Bauteile (3 ,5 ) bewirkende Anfangsdrehzahl (n) eingestellt wird und bei eintretendem Drehmomentabfall infolge Schmelzens der Berührungsflächen der beiden Bauteile (3 ,5 ) die Drehzahl verringert und bis zum Stillstand abgesenkt wird, wobei am Ende der Absenkung die Presskraft (F) bis zu einem Maximum so erhöht wird, dass an den Berührungsflächen der beiden Bauteile (3 ,5 ) die feste Verschweißung (45 ) erfolgt. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (
22 ) des Elektromotors (7 ) axial in die Drehachse des angetriebenen Bauteils (5 ) übergeht. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
7 ) und das angetriebene Bauteil (5 ) axial starr miteinander verbunden sind. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektromotor (
7 ) und das angetriebene Bauteil (5 ) ein schlupffreies Getriebe geschaltet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
7 ) von einer den Presskraftaktuator (8a ) aufweisenden linearen Vorschubeinrichtung (6 ) getragen wird. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
7 ) mit einem Presskraftsensor (17 ) versehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Elektromotor (
7 ) und Vorschubeinrichtung (6 ) mit einem Wegsensor (11 ) versehen ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
7 ), der Wegsensor (11 ), der Drehmomentsensor (18 ) und der Presskraftsensor (17 ) in einen die Steuerung (19 ) enthaltenden Regelkreis eingeschaltet sind und mit ihren das Drehmoment (RF), die Drehzahl (n), die Wegstrecke (s) und die Presskraft (F) angebenden Messdaten die Steuerung (19 ) speisen, die aufgrund der Messung dieser Messdaten den Elektromotor (7 ) und die Vorschubeinrichtung (6 ) einstellen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine Aufnahme (
4 ) für das angetriebene Bauteil bildende Bolzen (5 ) und ein Widerlager (2 ) für plattenförmige Bauteile (3 ) als stationäres Bauteil. - Vorrichtung nach Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (
2 ) eine ebene Oberfläche aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Niederhalter (
12 ), der das plattenförmige Bauteil (3 ) gegen das Widerlager (2 ) drückt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch eine Zuführvorrichtung (
15 ) für die Zuführung der Bolzen (5 ) versehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (
2 ) über einen C-förmig gestalteten Arm (1 ) mit der Vorschubeinrichtung (6 ) verbunden ist.
Priority Applications (11)
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