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Die Erfindung betrifft ein Schnellspannfutter für eine Rotations-Reibschweißmaschine.
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Rotations-Reißschweißmaschinen dienen dazu, zwei Werkstücke durch Reibschweißen miteinander zu verbinden, wobei eines der beiden Werkstücke in Drehung versetzt und gegen das andere feststehende Werkstück angepresst wird. Bei dem rotierenden Werkstück handelt es sich sehr häufig um einen metallischen Reibschweißbolzen, dessen eines Stirnende ohne Verwendung von Zusatzwerkstoffen mit dem feststehenden Werkstück verschweißt werden soll.
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Dazu weisen Rotations-Reißschweißmaschine gewohnlich einen mit einer Antriebswelle verbundenen Reibkopf auf, der an seinem freien Ende ein Spannfutter zum Einspannen des Reibbolzens tragt. Nach dem Einspannen wird der Reibbolzen zuerst in eine schnelle Drehung versetzt und dann mit seinem freien Stirnende gegen das feststehende Werkstück angepresst. Die starke Reibung zwischen den beiden gegeneinander angepressten Werkstücken führt zu einer sehr schnellen Erwärmung der Werkstücke im Kontaktbereich, bis diese plastisch werden und nach dem Anhalten der Drehung im erkalteten Zustand fest miteinander verschweißt sind.
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Um eine sichere Schweißverbindung herzustellen, darf sich das im Spannfutter eingespannte rotationssymmetrische Werkstück weder beim Kontakt mit dem feststehenden Werkstück noch beim Anpressen gegen das Werkstück innerhalb des Spannfutters verdrehen, wozu vom Spannfutter bereits beim Kontakt mit dem feststehenden Werkstück hohe radiale Spannkräfte erzeugt werden müssen, die beim Anpressen des rotierenden Werkstücks gegen das feststehende Werkstück wegen der reibungsbedingten Abnahme der Drehzahl und damit der Reduzierung der fliehkraftbedingten Spannkräfte sowie wegen der Zunahme des Reibwiderstands noch weiter gesteigert werden müssen. Zur Beschleunigung des Verfahrens sollte sich außerdem das Werkstück schnell und einfach durch eine axiale Zustellbewegung in das Spannfutter einführen und nach dem Erkalten der Reißschweißverbindung allein durch eine axiale Wegbewegung des Spannfutters vom feststehenden Werkstuck aus dem Spannfutter entnehmen lassen. Darüber hinaus sollte eine Umstellung des Spannfutters auf andere Werkstückdurchmesser möglich und einfach durchzuführen sein.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schnellspannfutter für eine Rotations-Reibschweißmaschine zu schaffen, bei dem das rotierende Werkstück im Spannfutter mit radialen Spannkräften beaufschlagt wird, die sowohl beim Kontakt mit dem feststehenden Werkstück als auch beim Anpressen gegen das feststehenden Werkstück ausreichend hoch sind, um ein Drehen des Werkstücks in Bezug zum Spannfutter zu verhindern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Schnellspannfutter folgende Komponenten umfasst: ein Spannfuttergehäuse, das drehfest mit einer Antriebswelle der Reibschweißmaschine verbindbar oder verbunden ist und einen Innenkonus aufweist, eine in das Spannfuttergehäuse eingesetzte Spannzange mit mehreren durch Schlitze getrennten Segmenten, die eine innere Werkstückaufnahme begrenzen und einen gegen den Innenkonus des Spannfuttergehäuses anliegenden Außenkonus aufweisen, sowie eine Mehrzahl von Fliehkrafthebeln, die im Spannfuttergehause schwenkbar gelagert sind und bei einer Rotation des Spannfutters eine Axialkraft auf die Spannzange ausüben, um den Außenkonus gegen den Innenkonus anzupressen und dadurch ein in der Werkstuckaufnahme befindliches Werkstück über die Segmente mit radialen Spannkräften zu beaufschlagen. Sobald das rotierende Werkstück gegen das feststehende Werkstuck angepresst wird, wird vom feststehenden Werkstück eine Axialkraft auf das rotierende Werkstuck und über dieses auf die Spannzange ausgeübt. Diese Axialkraft presst den Außenkonus der Spannzangensegmente weiter in den Innenkonus des Spannfuttergehäuses, wodurch die von den Spannzangensegmenten auf das Werkstück in der Werkstückaufnahme ausgeübten radialen Spannkräfte vergrößert werden.
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Damit das Spannfuttergehäuse zum Austausch der Spannzange nicht zerlegt werden braucht, lässt sich die Spannzange gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in axialer Richtung aus dem Spannfuttergehäuse entnehmen. Um zu vermeiden, dass die Fliehkrafthebel die Entnahme der Spannzange behindert, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Fliehkrafthebel nicht unmittelbar auf die Spannzange selbst einwirken, sondern auf eine mit der Spannzange verbundene und die Spannzange umgebende Zughülse, um diese zusammen mit der Spannzange in axialer Richtung zu verschieben und dadurch den Außenkonus der Spannzangensegmente gegen den Innenkonus des Spannfuttergehäuses anzupressen. Die Verbindung zwischen der Spannzange und der Zughülse ist bevorzugt eine Verschraubung, weil dieses sich zur Entnahme der Spannzange leicht lösen lasst. Die Verschraubung befindet sich zweckmäßig zwischen den inneren Enden der Zughülse und der Spannzange, die vom freien Stirnende des Spannfuttergehäuses abgewandt sind, und umfasst zweckmäßig ein Außengewinde an der Spannzange sowie ein komplementäres Innengewinde in der Zughülse.
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Um im Betrieb in der Verschraubung ein Verdrehen der Spannzange in Bezug zur Zughülse zu verhindern, erstreckt sich die in das Spannfuttergehäuse eingesetzte Spannzange vorteilhafterweise formschlüssig durch eine Durchtrittsöffnung in einem am freien Stirnende des Spannfuttergehauses lösbar befestigten Gehäusedeckel, der sich zur Entnahme der Spannzange abnehmen lässt. Die Durchtrittsöffnung besitzt einen unrunden, an die Umfangskontur der Spannzange angepassten Begrenzungsrand, der für den Formschluss zwischen Gehäusedeckel und Spannzange sorgt und auf diese Weise ein Verdrehen der Spannzange in Bezug zum Spannfuttergehäuse und somit auch in Bezug zu der Zughülse verhindert. Zur lösbaren Befestigung des Gehäusedeckels am Spannfuttergehäuse dienen Befestigungsschrauben, die durch Durchgangsbohrungen des Gehäusedeckels in Gewindebohrungen im Stirnende des Spannfuttergehäuses eingedreht werden.
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Um beim Eindrehen der Spannzange ein Verdrehen der Zughülse zu verhindern, erstrecken sich die Fliehkrafthebel vorteilhaft durch axiale Einschnitte am vorderen Stirnende der Zughulse.
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Durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen lässt sich eine in das Spannfuttergehäuse eingesetzte Spannzange einfach gegen eine andere Spannzange austauschen, z.B. gegen eine Spannzange mit einem anderen Innendurchmesser, wenn Reibschweißbolzen mit einem anderen Außendurchmesser verarbeitet werden sollen.
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Die Montage der Fliehkrafthebel im Spannfuttergehäuse wird erleichtert, wenn die Fliehkrafthebel gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf eine dem freien Stirnende des Spannfuttergehäuses zugewandte Stirnflache der Zughülse am hinteren Ende von deren axialen Einschnitten einwirken. Die Fliehkrafthebel sind vorzugsweise zweiarmige Hebel, deren einer Hebelarm länger und schwerer ist, im Stillstand des Spannfutters allgemein parallel zu dessen Drehachse ausgerichtet ist und bei einer schnellen Drehung des Spannfutters nach außen geschwenkt wird, während der andere Hebelarm kürzer und leichter ist, sich durch den Einschnitt der Zughülse erstreckt und bei der Drehung des Spannfutters am Grund des Einschnitts mit einer Axialkraft auf die Stirnfläche der Zughulse einwirkt, um den Außenkonus des Spannfutters in den Innenkonus des Spannfuttergehäuses zu pressen.
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Um ungeachtet der Schwenkstellung der Fliehkrafthebel für eine gute Kraftübertragung von den Fliehkrafthebeln auf die Zughülse zu sorgen, liegen die kürzeren Hebelarme der Fliehkrafthebel zweckmäßig mit einer konvex gekrümmten Oberfläche gegen die ringförmige Stirnflache der Zughülse am Grund des Einschnitts an.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Werkstückaufnahme der Spannzange einen Anschlag für das Werkstück aufweist, vorzugsweise einen lösbar in eine Stufenbohrung der Spannzange eingesetzten bolzenformigen Anschlag, der von einer Befestigungsschraube in der Stufenbohrung gehalten wird, so dass er nach der Entnahme der Spannzange aus dem Spannfuttergehause einfach gegen einen längeren und damit weiter in die Spannhülse ragenden oder gegen einen kürzeren und damit nicht so weit in die Spannhülse ragenden Anschlag ersetzt werden kann, um die Länge der Werkzeugaufnahme an die Lange der zu verarbeitenden Reibschweißbolzen anzupassen.
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Um den axialen Abstand des Schnellspannfutters vom benachbarten ersten Drehlager der Antriebswelle der Reibschweißmaschine so gering wie möglich zu halten und dadurch das Auftreten von Schwingungen oder Vibrationen zu minimieren, bildet das Spannfuttergehäuse bevorzugt einen integralen Teil der Antriebswelle.
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Um sicherzustellen, dass ein von unten in die Werkstückaufnahme eingeführtes Werkstück, insbesondere ein Reibschweißbolzen, auch dann in der Werkstückaufnahme festgehalten wird, wenn sich das Spannfutter nicht dreht, d.h. bei geöffneter Spannzange, ist das Spannfutter vorzugsweise mit einer Mehrzahl von radial beweglichen federbelasteten Druckstücken ausgestattet, die in radiale Bohrungen der Spannzangensegmente eingesetzt sind, aus verschiedenen Richtungen in die Werkstückaufnahme ragen und gegen den Umfang des in die Werkstückaufnahme eingeführten Werkstücks angepresst werden, um das Werkstück bei geöffneter Spannzange in der Werkstückaufnahme zu fixieren. Auf diese Weise reicht eine axiale Zustellbewegung des Werkstucks aus, um dieses in die Werkstückaufnahme einzuführen und in der Werkstückaufnahme zu fixieren. Die Druckstücke besitzen vorteilhaft ein gerundetes, zweckmäßig halbkugelformiges Stirnende, das in die unbestückte Werkstückaufnahme ragt.
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Damit sich das in der Werkzeugaufnahme befindliche Werkstuck nach dem Verschweißen mit dem feststehenden Werkstück allein durch Wegbewegen des Spannfutters vom feststehenden Werkstück aus der Werkzeugaufnahme entnehmen lässt, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Kraft einer Feder auf die Spannzange einwirkt und den Außenkonus der Spannzangensegmente aus dem Innenkonus des Spannfuttergehäuses heraus druckt, wenn weder von den Fliehkrafthebeln noch von dem feststehenden Werkstück eine Axialkraft auf die Spannzange ausgeübt wird. Bei der Feder handelt es sich zweckmäßig um eine Schraubendruckfeder, die zwischen dem inneren Ende der Zughülse und der Spannzange einerseits und einem Widerlager im Spannfuttergehäuse oder der Antriebswelle andererseits angeordnet ist.
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Um zu vermeiden, dass es beim Wegbewegen des Spannfutters vom feststehenden Werkstück zu einer Selbsthemmung zwischen dem Außenkonus der Spannzangensegmente und dem Innenkonus des Spannfuttergehäuses kommen kann, ist der Konuswinkel der beiden Konen vorteilhaft größer als 15 Grad und beträgt bevorzugt etwa 20 Grad. Außerdem sind die gegenüberliegenden Konusflächen des Außenkonus der Spannzangensegmente und des Innenkonus des Spannfuttergehäuses geschliffen oder poliert, so dass sie eine geringe Oberflachenrauigkeit besitzen. Im Gegensatz dazu sind die inneren Oberflächen der Spannzangensegmente vorzugsweise aufgeraut oder geriffelt, um die Reibung zwischen dem Werkstück und den Spannzangensegmenten zu vergrößern.
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Die erfindungsgemäße Reibschweißmaschine ist durch ein zuvor beschriebenes Schnellspannfutter gekennzeichnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.
- 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Reibschweißkopfs einer Rotations-Reibschweißmaschine mit einem erfindungsgemäßen Schnellspannfutter und einem im Spannfutter eingespannten Reibschweißbolzen;
- 2 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Spannfutters;
- 3 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Spannfutters ohne den Reibschweißbolzen;
- 4 zeigt eine vergrößerte Stirnseitenansicht des Spannfutters;
- 5 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Spannfutters entlang der Linie V-V der 6;
- 6 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Spannfutters;
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Die 7a bis 7g zeigen Längsschnittansichten des Reibschweißkopfs und des Spannfutters in verschiedenen Stadien vor, wahrend und nach dem Verschweißen des Reibschweißbolzens mit einem feststehenden Werkstück.
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Der in 1 dargestellte Reibschweißkopf 10 einer Rotations-Reibschweißmaschine dient zum Verschweißen von so genannten Reibschweißbolzen 12 mit einem feststehenden Werkstück 14, z.B. einem Blechteil. Wie am besten in 1 dargestellt, handelt es sich bei dem Reibschweißbolzen 12 um einen metallischen Bolzen mit einem zylindrischen Mittelteil, einem hinteren Endabschnitt mit einem etwas geringeren Außendurchmesser und einem nahe der vorderen Stirnfläche radial überstehenden flachen ringförmigen Bund.
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Wie in 7 dargestellt, wird der Reibschweißbolzen 12 Beim Reibschweißen in eine schnelle Drehung versetzt und dann mit seinem vorderen Ende gegen die Oberfläche des Werkstücks 14 angepresst. Durch die starke Reibung zwischen dem vorderen Ende des Bolzens 12 und dem Werkstück 14 erwärmen sich diese im Kontaktbereich, wobei sich dieser letztere unter der Einwirkung der Anpresskraft so weit plastisch verformt, bis der Bund gegen die dem Bolzen 12 zugewandte Oberfläche des Werksstücks 14 anliegt. Dann wird die Drehung des Reibschweißkopfs 10 angehalten, woraufhin der Kontaktbereich abkühlt. Nach dem Erkalten ist der Reibschweißbolzen 12 ohne eine Verwendung von Zusatzwerkstoffen fest mit dem Werkstück 14 verschweißt.
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Wie in 1 dargestellt, besteht der Reibschweißkopf 10 im Wesentlichen aus einer langgestreckten hohlen Antriebswelle 18, deren eines hinteres Stirnende drehfest mit einem Antrieb der Reibschweißmaschine verbindbar ist und deren anderes vorderes Stirnende Teil eines erfindungsgemäßen Schnellspannfutters 20 ist. Die Antriebswelle 18 erstreckt sich durch eine Lagerhülse 22, in der sie in mehreren hintereinander angeordneten Drehlagern 24 drehbar gelagert ist. Im Betrieb der Reibschweißmaschine kann die Antriebswelle 18 von deren Antrieb mit hoher Drehzahl angetrieben werden.
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Wie am besten in den 2 und 3 dargestellt, umfasst das Schnellspannfutter 20 am vorderen Ende des Reibschweißkopfs 10 ein Spannfuttergehäuse 26, eine Spannzange 28 zum Einspannen des Reibschweißbolzens 12, einen in die Spannzange 28 eingesetzten Anschlag 30, vier im Spannfuttergehäuse 26 in Schwenkgelenken 32 schwenkbar gelagerte Fliehkrafthebel 34, eine die Spannzange 28 umgebende und mit der Spannzange 28 verschraubte Zughülse 36, eine das Spannfutter 28 umgebende Schutzhulse 38, einen am vorderen Ende der Antriebswelle 18 in das Spannfuttergehäuse 26 eingesetzten Federtopf 40, sowie eine im Federtopf 40 angeordnete und auf das hintere Ende der Spannzange 28 und der Zughülse 36 einwirkende Druckfeder 42. Weiter umfasst das Schnellspannfutter 20 drei Kugeldruckstücke 44 (5) zum Fixieren des in die Spannzange 28 eingeführten Reibschweißbolzens 12 im Stillstand der Reibschweißmaschine, einen scheibenförmigen Gehäusedeckel 46 am vorderen Stirnende des Schnellspannfutters 20, sowie sechs Befestigungsschrauben 48 für den Gehäusedeckel 46.
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Das Spannfuttergehäuse 26 ist ein vor dem vordersten Drehlager 24 angeordneter integraler topfförmig erweiterter Teil der Antriebswelle 18, der einstückig mit dem Rest der Antriebswelle 18 verbunden ist. Ein längerer hinterer Abschnitt des topfförmigen Spannfuttergehäuses 26 ist mit vier nach außen offenen langgestreckten Ausnehmungen 50 versehen, die in gleichen Winkelabstanden angeordnet sind und jeweils einen der schwenkbaren Fliehkrafthebel 34 beherbergen. Ein kürzerer vorderer Endabschnitt ist mit einem Innenkonus 52 und um den Innenkonus 52 herum mit sechs Innengewindebohrungen 54 für die Befestigungsschrauben 48 des Gehäusedeckels 46 versehen. Zwischen dem hinteren Abschnitt und dem vorderen Endabschnitt ist das Spannfuttergehäuse 26 mit vier Radialbohrungen 56 versehen, in denen jeweils Teile der Schwenkgelenke 32 der Fliehkrafthebel 34 angeordnet sind.
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Wie am besten in 3 dargestellt, besteht die Spannzange 28 im Wesentlichen aus einem vorderen Bolzenaufnahmeteil 58, der eine Werkstuck- oder Bolzenaufnahme 60 begrenzt, sowie einem hinteren Verbindungs- und Anschlagaufnahmeteil 62, der zum Verbinden der Spannzange 28 mit der Zughulse 36 sowie zur Aufnahme des Anschlags 30 dient.
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Der Bolzenaufnahmeteil 58 umfasst sechs Segmente 64 und sechs nach vorne offene Längsschlitze 66, die jeweils zwischen zwei benachbarten Segmenten 64 angeordnet sind und sich nach hinten über einen Großteil der Länge des Bolzenaufnahmeteils 58 erstrecken. Ein erweiterter vorderer Endabschnitt des Bolzenaufnahmeteils 58 bzw. der sechs Segmente 64 ist mit einem Außenkonus 68 versehen, dessen Konuswinkel dem Konuswinkel des Innenkonus 52 des Spannfuttergehäuses 26 entspricht und etwa 20 Grad beträgt. Der Außenkonus 68 besitzt ebenso wie der Innenkonus 52 eine polierte glatte Konusfläche. Hinter dem erweiterten vorderen Endabschnitt weist der Bolzenaufnahmeteil 58 einen allgemein hohlzylindrischen Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser auf, der sich bis zum Verbindungs- und Anschlagaufnahmeteil 62 erstreckt und unmittelbar vor dem letzteren mit einer äußeren Umfangsnut 70 versehen ist, die eine elastische Verformung der sechs Segmente 64 erleichtert.
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Der nach hinten zu an den Bolzenaufnahmeteil 58 angrenzende Verbindungs- und Anschlagaufnahmeteil 62 besitzt eine äußere Ringschulter, die zwischen einem verjüngten Schraubzapfen 72 mit Außengewinde und einem erweiterten Zentrierabschnitt 74 angeordnet ist. Der Schraubzapfen 72 dient zur Verschraubung mit einem komplementären Innengewinde der Zughülse 36 und begrenzt zusammen mit einem Teil des Zentrierabschnitts 74 eine zur Aufnahme des Anschlags 30 dienende axiale Stufenbohrung.
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Der Anschlag 30 besteht aus einem Bolzen mit einem erweiterten Kopfteil, einem Schaftteil und einem Außengewindeteil am freien Ende des Schaftteils. Die Außendurchmesser des Schaftteils und des Kopfteils sind so angepasst, dass sich der Anschlag 30 mit dem Außengewindeteil voran von vorne her durch die Bolzenaufnahme 60 in die Stufenbohrung einführen lässt, bis der erweiterte Kopfteil gegen die Ringschulter der Stufenbohrung anschlägt und der nach hinten überstehende Außengewindeteil mit einer Sicherungsmutter 76 fixiert und gesichert werden kann, die sich gegen die hintere Stirnfläche der Spannzange 26 abstützt.
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Bei den vier Fliehkrafthebeln 34 handelt es sich jeweils um zweiarmige Hebel, die einen vom Schwenkgelenk 32 aus nach innen weisenden kürzeren Hebelarm 78 und einen nach hinten weisenden längeren Hebelarm 80 aufweisen. Der kürzere Hebelarm 78 ragt jeweils durch einen nach vorne zu offenen axialen Einschnitt 96 am vorderen Ende der Zughulse 36 und liegt am hinteren Ende des Einschnitts 96 mit einer nach hinten weisenden konvex gekrümmten Anlagefläche gegen eine vordere Stirnfläche der Zughülse 36 an, während der längere Hebelarm 80 im Stillstand von außen gegen eine innere Begrenzungswand der zugehörigen Ausnehmung 50 anliegt und um ein begrenztes Maß nach außen schwenkbar ist.
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Die Schwenkgelenke 32 der Fliehkrafthebel 34 umfassen jeweils einen Zylinderstift 82, der in eine Querbohrung des Fliehkrafthebels 34 eingesetzt ist, nach beiden Seiten übersteht und sich dort jeweils in einer Aufnahme des Spannfuttergehäuses 26 abstützt.
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Die allgemein becherförmige Zughulse 36 besitzt eine nach vorne zu offene Stufenbohrung, in die der Bolzenaufnahmeteil 58 der Spannzange ragt, wobei seine äußere Umfangsflache durch einen Luftspalt 84 von der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Zughülse 36 getrennt ist, um eine Aufweitung der Spannzange 28 zu ermöglichen. Der Boden der becherförmigen Zughülse 38 weist eine Durchgangsbohrung 86 mit Innengewinde auf, die an der hinteren Stirnflache von einer ringförmigen Vertiefung 90 umgeben ist. Am vorderen Stirnende der Zughülse 36 sind die vier Einschnitte 96 in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet.
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Die hohlzylindrische Schutzhülse 38 bedeckt den äußeren Umfang des Spannfuttergehäuses 26 und verhindert ein Eindringen von Staub und Verunreinigungen in die Ausnehmungen 50 der Fliehkrafthebel 34.
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Der Federtopf 40 ist mit einem Außengewinde versehen, mit dem er im Zuge der Montage des Spannfutters 28 von vorne her in eine Innengewindebohrung 92 der Antriebswelle 18 eingeschraubt wird. Der Federtopf 40 begrenzt eine nach vorne zu offene Aufnahmevertiefung für die Druckfeder 42 sowie eine an die Aufnahmevertiefung angrenzende Durchgangsöffnung 94 mit Innensechskant, die zum Einschrauben des Federtopfs 40 dient.
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Bei der Druckfeder 42 handelt es sich um eine teilweise in die Aufnahmevertiefung eingesetzte und darin zentrierte Schraubendruckfeder, die sich mit ihrem vorderen Ende an der hinteren Stirnfläche der Zughülse 36 abstützt und dort in der Vertiefung 90 zentriert ist.
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Wie am besten in 2, 3 und 4 dargestellt, ist der flache scheibenförmige Gehäusedeckel 46 mit den Befestigungsschrauben 48 am vorderen Ende des Spannfuttergehäuses 26 festgeschraubt. Die Befestigungsschrauben 48 sind Innensechskantschrauben, die durch Durchgangsöffnungen des Gehäusedeckels 46 in die Innengewindebohrungen 54 des Spannfuttergehäuses 26 geschraubt sind. Der Gehäusedeckel 46 weist eine zentrale Durchtrittsöffnung für das vordere Ende der Spannzange 28 auf, das geringfügig nach vorne über den Gehäusedeckel 46 übersteht. Wie am besten in 4 dargestellt, besitzt der Begrenzungsrand 96 der Durchtrittsöffnung ebenso wie die Umfangskontur der Spannzange 28 einen polygonalen zwölfeckigen Umriss, so dass die Spannzangensegmente 64 den Begrenzungsrand 96 formschlüssig durchsetzen und der Gehäusedeckel 46 eine Drehung der Spannzange 28 gegenüber dem Spannfuttergehäuse 26 und damit auch gegenüber der Zughulse 36 verhindert, so dass sich die Verschraubung zwischen Spannzange 28 und Zughülse 36 nicht ungewollt lösen kann.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Schnellspannfutters unter Bezugnahme auf die 7a bis 7g kurz beschrieben.
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In einem ersten Schritt wird der Reibschweißbolzen 12 in Richtung des Pfeils A in 7a so weit in die geöffnete Spannzange 28 gesteckt, bis er gegen den Anschlag 30 anschlägt, wie in 7b dargestellt. Solange das Schnellspannfutter 20 nicht in Drehung versetzt wird, wird der Reibschweißbolzen 12 durch die gegen seinen Umfang angepressten Federdruckstücke 44 in der Spannzange 28 festgehalten.
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In einem zweiten Schritt wird die Antriebswelle 18 mit dem Schnellspannfutter 20 von der Reibschweißmaschine in Drehung versetzt und mit hoher Drehzahl angetrieben, wie in 7c dargestellt. Infolge der dadurch auf die Fliehkrafthebel 34 einwirkenden Zentrifugalkräfte werden die längeren Hebelarme 80 der Fliehkrafthebel 34 um die Schwenkachsen der Schwenkgelenke 32 nach außen geschwenkt. Dadurch drucken die kürzeren Hebelarme 78 die Zughülse 36 im Spannfuttergehäuse 26 entgegen der Kraft der Druckfeder 42 nach hinten, wodurch zum einen die Druckfeder 42 gespannt und zum anderen der Außenkonus 68 der Spannzangensegmente 64 in den Innenkonus 52 des Spannfuttergehäuses 26 gepresst wird. Dadurch werden die Spannzangensegmente 64 elastisch zusammengedrückt und üben radiale Spannkräfte auf den Reibschweißbolzen 12 aus, so dass dieser in der Spannzange 28 festgeklemmt wird.
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Wie durch den Pfeil B in 7d dargestellt, wird dann in einem dritten Schritt die Antriebswelle 18 der Reibschweißmaschine in Richtung des feststehenden Werkstücks 14 bewegt, bis das vordere Ende des Reibschweißbolzens 12 das feststehende Werkstuck 14 berührt. In diesem Moment verhindern die Fliehkrafthebel 34, dass sich der Reibschweißbolzen 12 infolge der auf sein vorderes Ende einwirkenden Reibkräfte in der Bolzenaufnahme 60 in Bezug zur Spannzange 28 um seine Langsachse drehen kann.
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Anschließend wird der Reibschweißbolzen 12 in einen vierten Schritt gegen das feststehende Werkstück 14 angepresst, wodurch die Drehzahl des Reibschweißkopfs 10 und damit auch die von den Fliehkrafthebeln 34 auf die Zughülse 36 und die Spannzange 28 ausgeübte Axialkraft abnimmt. Dieser Zustand ist in 7e und 7f dargestellt. Zugleich wird jedoch die infolge der Anpressung vom feststehenden Werkstück 14 auf den Reibschweißbolzen 12 ausgeübte Reaktionskraft vom Reibschweißbolzen 12 durch den Anschlag 30 in die Spannzange 28 eingeleitet. Diese Axialkraft kompensiert die Abnahme der fliehkraftbedingten Axialkraft. Bei niedriger Drehzahl werden die von den Spannzangensegmenten 64 auf den Reibschweißbolzen 12 ausgeübten radialen Spannkräfte überwiegend durch die Axialkraft infolge der Anpressung des Reibschweißbolzens 12 gegen das feststehende Werkstuck 14 erzeugt.
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Sobald das vordere Ende des Reibscheißbolzens 12 und das feststehende Werkstück 14 durch die reibungsbedingte Erwärmung so weit plastisch geworden sind, dass der Reibschweißbolzen 12 infolge der Anpressung mit seinem Bund gegen die Oberfläche des Werkstucks 14 anliegt, wird die Drehbewegung in einem fünften Schritt gestoppt.
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Sobald der plastisch verformte Schweißbereich erkaltet ist, wird in einem sechsten Schritt der Reibschweißkopf 10 von der Reibschweißmaschine zurückgezogen, wie durch den Pfeil C in 7g dargestellt. Dabei bewegt sich der nunmehr mit dem Werkstück 14 verschweißte Reibschweißbolzen 12 selbsttätig nach vorne aus der Bolzenaufnahme 60 heraus, weil die gespannte Druckfeder 42 die Spannzange 28 nach vorne drückt, sobald sich der Reibschweißbolzen 12 vom Anschlag 30 weg bewegt. Weil infolge des großen Konuswinkels und der glatten Konusflächen ein Festklemmen des Außenkonus 68 der Spannzangensegmente 64 im Innenkonus 52 des Spannfuttergehäuses 26 verhindert wird, wird die Spannzange 28 nebst Zughülse 36 von der Druckfeder 42 nach vorne geschoben, bis die Spannzangensegmente 64 keine radialen Spannkräfte mehr auf den Reibschweißbolzen 12 ausüben und dieser nur noch durch die von den Federdruckstücken 44 ausgeübten relativ geringen Radialkräfte festgehalten wird, die beim Zurückziehen des Reibschweißkopfs 10 ohne Weiteres überwunden werden.
