DE102019218055A1

DE102019218055A1 - Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen

Info

Publication number: DE102019218055A1
Application number: DE102019218055.8A
Authority: DE
Inventors: Olaf Norman Jepsen; Jürgen Merz; Kurt Scheffe; Joachim Ohlert; Ingmar Roth; Heinz-Adolf Müller; Jochen Münker; Martin Kübbeler
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-11-26
Also published as: WO2020234249A1; EP3972773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten durch Klemmeinrichtungen (4) gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden.Dabei sind die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen (10) mit einer einen festen Drehpunkt (6a) aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen (4) drehbaren, Scheibe (6) verbunden, die ihrerseits an einen, die Scheibe (6) um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb (5,7,8,9) angelenkt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten durch Klemmeinrichtungen gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden.
Unter Komponenten, werden hier nicht nur band-oder plattenförmige Materialien, wie Brammen mit einem flachen Rechteckquerschnitt, verstanden, sondern auch Knüppel mit einem quadratische Querschnitte und Profile wie z.B. Schienen, Doppel-T, U-Profile usw.
Das Reibschweißen ist ein Schweißverfahren aus der Gruppe des Pressschweißens. Dabei werden zwei Teile unter Druck relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials (Wikipedia).
Die Bewegung an der Schweißschnittstelle kann rotierend oder nicht-rotierend sein. Eine nicht-rotierende Bewegung umfasst eine lineare, eine elliptische oder eine vibratorische Bewegung.
Reibschweißen durch eine rotierende Bewegung erfordert typischerweise, dass wenigstens eine der Komponenten einen runden Querschnitt aufweist.
Reibschweißen durch eine nicht-rotierende Bewegung ist jedoch das Mittel zum Verbinden von Komponenten, bei denen die Schweißschnittstelle beider Teile nicht rund ist. Bei nicht-rotierendem Reibschweißen wird eine Komponente relativ zu der anderen Komponente oszilliert, während eine Schmiedekraft normal zu der Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Die Schmiedekraft bewegt die Komponenten in Kontakt, und bei Metallkomponenten erzeugt die Reibung zwischen den Komponenten Wärme und plastifiziert sie. Sobald die Bewegung stoppt, härtet das Metall aus und verbindet somit die Komponenten.
Diese, verglichen mit anderen Schweißverfahren, relative Einfachheit des Verfahrens macht es geeignet für Methoden, welche eine genaue Kontrolle des Schweißvorgangs ermöglichen.
Das zum Erzeugen der Oszillationsbewegung eingesetzte Antriebssystem muss in der Lage sein, eine gleichbleibende Frequenz und eine gleich bleibende Amplitude bereitzustellen, und muss in der Lage sein, die oszillierten Komponenten in der richtigen Position zum Schweißen anzuordnen.
Ein Typ eines Antriebssystems ist ein mechanisch angetriebenes System wie dasjenige, das in der US 5 148 957 , offenbart ist. Bei diesem Typ von Antriebssystem werden Nocken und Gelenke eingesetzt, um für die Hin - und-Herbewegung zu sorgen. Ein Nachteil mechanisch betriebener Antriebssysteme ist die Abnutzung, welche in den Systemkomponenten auftritt. Wenn das System eingesetzt wird, nutzen sich die Exzenter, Gelenke und Lager ab, was zu Abweichungen führt, welche in Rechnung gezogen werden müssen, um Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Prozesses zu gewährleisten.
Schließlich macht die Abnutzung ein Ersetzen abgenutzter Teile notwendig, was eine zusätzliche Abweichung einführt, welche in Betracht gezogen werden muss. Das Antriebssystem benötigt häufig Rekalibrierung, um all die Abweichungen zu berücksichtigen.
Ein weiterer Typ eines Antriebssystems ist ein servo-hydraulisch gesteuertes Antriebssystem wie dasjenige, welches in der US 4 844320 offenbart ist, wobei hier nur die Losseite einen Oszillationsantrieb aufweist. (( DE 69914567 T2 )).
Schließlich beschreibt die JP 03199204 B2 Pressschweißeinrichtungen verschiedener Ausführungen, u. a. wird bei einer der Einrichtungen eine Exzenterwelle angetrieben, deren Exzenter über unabhängige Gelenkstangen die Klemmeinrichtungen getrennt aber synchron gegenläufig oszillierend bewegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Synchronisationsgetriebe bereitzustellen, dass sich insbesondere durch einen einfachen, verschleißarmen Betrieb auszeichnet.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von band-oder plattenförmigen Material durch Klemmeinrichtungen gehalten, aneinandergepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden,
dass dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Klemmeinrichtungen unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen mit einer einen festen Drehpunkt aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen drehbaren, Scheibe verbunden sind, die ihrerseits an einen, die Scheibe um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb angelenkt ist.
Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden, wobei das Getriebe lediglich schematisch in verschiedenen Ausführungen dargestellt ist.
Mit 1 und 2 sind die Endbereiche zweier Brammen bezeichnet, wobei - genauer gesagt - es sich bei der einen Bramme 1 tatsächlich um den Endbereich handelt, während bei der Bramme 2 die Bezeichnung Kopfbereich besser ist. Beide Bereiche sollen miteinander pressverschweißt werden.
Hierzu werden die Endbereiche durch Klemmeinrichtungen 4 oder Spanneinrichtungen so gehalten, dass sie an der Schweißfuge aneinander liegen.
Die Klemmeinrichtungen 4 sind mittels einer jeweils eigenen Gelenkstange 10 mit einer, in der gleichen Ebene liegenden Scheibe, bei der Ausführung nach 1, einer Dreieckplatte 2 verbunden, und zwar sind diese in den Eckpunkten einer (gemeinsamen) Dreieckseite angelenkt.
Die Dreieckplatte 2 ist um eine in der Ebene der Gelenkstangen 10 oder der Klemmeinrichtungen 4 liegenden Drehachse 6a drehbar, wozu ein Hydraulikzylinder 5 dient, der an der der Dreieckseite der Gelenkstangen Anlenkung gegenüberliegende Dreieckspitze angelenkt ist.
Beim linearen Ein - und Ausfahren des Hydraulikkolbens wird die Dreieckplatte 2 um die Drehachse 6a geschwenkt und diese Bewegung wird durch die Gelenkstangen 10 an die Klemmeinrichtungen 4 übertragen, so dass diese eine oszillierenden, gegenläufige, Bewegung - quer zur Längserstreckung der Bänder, in deren Ebene - ausführen, die durch die Erwärmung der Schweißfuge und unter dem Druck der Klemmeinrichtungen gegeneinander, zum Verschweißen führt.
Wesentlich ist, dass die beiden Klemmeinrichtungen sich genau gegenläufig bewegen, so dass sich die Massenkräfte bei der Beschleunigung möglichst kompensieren, d. h. die Bewegung muss möglichst genau 180° phasenversetzt sein, um Unwuchten zu vermeiden.
Weiterhin ist es erforderlich die Amplitude der Oszillation veränderbar zu machen, weil beispielsweise am Ende der Schweißphase die Amplitude schnell und genau auf Null gefahren werden muss. In dieser Position verweilen die Klemmeinrichtungen für einen kurzen Moment, bis die Schweißnaht abgekühlt und belastbar ist.
Bei der Ausführung nach 2 besteht die Scheibe aus einer recht- bzw. viereckigen Platte, an die zwei Hydraulikzylinder 7 angelenkt sind.
Der Antrieb kann aber auch gemäß 3 durch einen Exzenter 8,9 erfolgen, dessen Hub verstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Synchrongetriebe kann Anwendung finden beim Reibschweißen von Brammen mit flachen, rechteckigem Querschnitt, Knüppeln mit quadratischem Querschnitt und Profilen, wie Schienen, Doppel-T, und U-Profilen.
Bezugszeichenliste

1: Bramme (Brammenende)
2: Bramme (Brammenkopf)
3: Schweißfuge
4: Spannelemente
5: Hydraulikzylinder
6: Dreieckplatte
6a: Drehachse
7: Hydraulikzylinder
8,9: Exenter
10: Gelenkstangen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5148957 [0009]
US 4844320 [0011]
DE 69914567 T2 [0011]
JP 03199204 B2 [0012]

Claims

Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten (1, 2) durch Klemmeinrichtungen (4) gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen (10) mit einer einen festen Drehpunkt (6a) aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen drehbaren, Scheibe (6) verbunden sind, die ihrerseits an einen, die Scheibe (6) um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb (5,7,8,9) angelenkt ist.
Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (6) als Dreieck ausgebildet ist und die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über die Gelenkstangen (10) mit den auf einer Dreieckseite liegenden Eckpunkten einer um eine zentrale Achse (6a) drehbaren Dreieckplatte (6) verbunden sind, die ihrerseits an der dieser Dreieckseite gegenüberliegenden Dreieckspitze an einen, die Dreiecksplatte (6) um die zentrale Achse (6a) oszillierend drehenden Antrieb (5) angelenkt ist.
Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mindestens ein linear wirkender Hydraulikzylinder (5) ist.
Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Exzenterantrieb (8,9) ist.
Synchronisationsgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub der Klemmeinrichtungen (4) mittels längenveränderbarer Gelenkstangen (10) einstellbar ist.
Synchronisationsgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub der Klemmeinrichtungen (4) mittels Veränderung des Schwenkwinkels der Scheibe (6) einstellbar ist.
Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Scheibe (6) zwei gegenläufig wirkende Hydraulikzylinder (7) angelenkt sind.
Anwendung des Synchronisationsgetriebes nach den vorstehenden Ansprüchen zum Reibschweißen von Brammen, Knüppeln und Profilen.