DE10305651A1

DE10305651A1 - Reibrührschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE10305651A1
Application number: DE2003105651
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Reibrührschweißvorrichtung (10) enthält ein Reibrührschweißaggregat (12) und eine Werkstückhalteeinrichtung (14). Hierbei ist vorgesehen, dass die Werkstückhalteeinrichtung (14) als Werkstückvorschubeinrichtung ausgebildet und mit einem an der Schweißstelle (16) angeordneten Gegenlager (18) zur Kompensierung auftretender Reibrührnormalkräfte versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibrührschweißvorrichtung, mit einem Reibrührschweißaggregat und einer Werkstückhalteeinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Reibrührschweißvorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Mittels des Reibrührschweißens wird durch mechanische Reibung zwischen dem Reibrührschweißkopf und den zu verschweißenden Werkstücken Wärme erzeugt, die in den Schweißstoßbereich eingespeist wird, so dass die miteinander zu verbindenden Werkstückkanten, welche gegeneinander gedrückt werden, im plastischen Zustand unterhalb des Schmelzpunkts miteinander verschweißt werden. Eine geeignete Reibrührschweißvorrichtung ist beispielsweise in der DE 199 53 260 A1 offenbart. Die bekannte Reibrührschweißvorrichtung ist zur Durchführung des Impuls-Rührreibschweißens vorgesehen und erlaubt die Erzeugung von zeitabhängigen zusätzlichen Bewegungen (Impulsen) des Werkzeugs und/oder des Werkstücks zur Verformung bzw. zur Verdichtung und Verfestigung des Werkstoffs im Bereich der Schweißnaht. Die zusätzlichen Bewegungen (Impulse) des Werkzeugs und/oder des Werkstücks können in einer Ebene, oder in mehreren Ebenen, geradlinig und/oder kreisförmig, mit gleichen oder unterschiedlichen Zeitgesetzen, Nennwerten, Phasen, Frequenzen und Amplituden erfolgen. Zur Erzeugung einer Reibrührschweißnaht ist es erforderlich, eine Relativbewegung zwischen dem Reibrührschweißkopf und den zu verbindenden Werkstücken in einer Schweißnahtlängsrichtung zu gewährleisten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Reibrührschweißvorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welcher ein korrektes Reibrührschweißen bei gleichzeitig erhöhter Werkstückstabilität an der Schweißstelle möglich ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Reibrührschweißvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Reibrührschweißvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Werkstückhalteeinrichtung als Werkstückvorschubeinrichtung ausgebildet und mit einem an der Schweißstelle angeordneten Gegenlager zur Kompensierung auftretender Reibrührnormalkräfte versehen ist. Somit wird an der Schweißstelle, die durch die Position des Reibrührschweißaggregats lagedefiniert ist, mittels des Gegenlagers verhindert, dass die miteinander zu verbindenden Werkstücke aufgrund der wirkenden Reibrührnormalkräfte ungünstig stark verformt werden. Ferner erlaubt das an der Schweißstelle angeordnete Gegenlager die Einleitung von verhältnismäßig hohen Reibrührnormalkräften in die zu verbindenden Werkstücke, so dass unter Vermeidung einer unerwünscht großen Werkstückverformung, insbesondere im Bereich der Schweißstelle bzw. des Reibrührschweißkopfs, ein prozessoptimierter und auch relativ hoher Reibrührnormalkraftwert am Reibrührschweißaggregat eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Reibrührschweißvorrichtung begünstigt somit die Erzielung einer schweißprozessgünstigen Werkstückstabilität, insbesondere im Bereich der Schweißstelle.

Mit Vorteil ist das Gegenlager mindestens ein Werkstückstützelement, das in Reibrührnormalkraftrichtung gegenüber dem Reibrührschweißaggregat angeordnet ist unter Ausbildung eines vorgebbaren Werkstückpassierkanals. Dabei wird die Höhe des Werkstückpassierkanals bestimmt durch den Abstand -vor oder während des Reibrührschweißens- zwischen dem Reibrührschweißkopf und dem Werkstückstützelement, das gegenüber dem Reibrührschweißkopf angeordnet ist. Das Werkstückstützelement bzw. das Gegenlager dienen dabei zur Lagestabilisierung der zu verbindenden Werkstücke zueinander und/oder relativ zum Reibrührschweißkopf an der Reibrührschweißstelle. Dieser Stabilisierungseffekt ist unabhängig von Materialeigenschaften eines Werkstücks, wie z. B. dem Elastizitätsmodul, effektiv wirksam. Die Werkstückstabilisierung an der Reibrührschweißstelle begünstigt die Realisierung einer korrekten Reibrührschweißnaht an Werkstückgruppen unterschiedlicher Wandstärke, wobei auch die Wandstärken zweier zu verbindender Werkstücke unterschiedlich sein können und aufgrund der Lagestabilisierung eine prozessgünstige Reibrührschweißung durchführbar ist. Dabei ist das Reibrührschweißaggregat vorzugsweise in Reibrührnormalkraftrichtung relativ zum Gegenlager bewegbar.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Reibrührschweißaggregat wenigstens während eines Reibrührschweißvorgangs relativ zu einer Werkstückzustellrichtung ortsfest angeordnet. Somit ist die Reibrührschweißstelle beim Schweißbetrieb durch ein ortsfest angeordnetes Reibrührschweißaggregat und ein ebenfalls ortsfest angeordnetes Gegenlager bestimmt. Dies ermöglicht eine besonders lagestabile Ausgestaltung der Reibrührschweißvorrichtung im Bereich der Schweißstelle.

Entsprechend einer möglichen Ausführungsform ist das Werkstückstützelement eine Abstützrolle. Eine Abstützrolle ermöglicht eine hinreichend stabile Abstützung eines Werkstücks auch außerhalb der Schweißstelle und ist verhältnismäßig einfach und kompakt in einer Reibrührschweißvorrichtung integrierbar.

Die Reibrührschweißkopfachse und die Abstützrollendrehachse liegen vorzugsweise im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene. Dies ermöglicht ein biegemomentfreies Kompensieren insbesondere der während des Reibrührschweißens in das Werkstück eingeleiteten Normalkräfte.

Mit Vorteil ist die Abstützrolle eine motorgetriebene Förderrolle. Mittels einer motorgetriebenen Förderrolle lassen sich problemlos Werkstückprofile bei geeigneter Fördergeschwindigkeit relativ zum Reibrührschweißaggregat bewegen zur Herstellung einer Längsschweißnaht. Dabei wirken die während des Reibrührschweißverfahrens in das Werkstück eingeleiteten Normalkräfte in Bezug auf eine zuverlässige Förderbewegung des Werkstücks begünstigend, da das Werkstück mit einer entsprechenden Kraft gegen die gegenüberliegende Förderrolle an der Schweißstelle gedrückt wird.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist die Reibrührschweißvorrichtung eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten, insbesondere jeweils motorgetriebenen Förderrollen auf. Hierdurch können besonders lange Werkstücke reibrührgeschweißt werden, ohne dass hierzu eine verhältnismäßig aufwendige Verfahrbewegung des Reibrührschweißaggregats vorgesehen werden müsste, da das Reibrührschweißaggregat nun ortsfest angeordnet ist.

Die Reibrührschweißvorrichtung kann als Profil-Reibrührschweißvorrichtung, insbesondere zur Herstellung von Längsschweißnähten, eingesetzt werden. Dabei können die Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Aluminium oder Stahl, hergestellt sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Gegenlager zur Einstellung der Höhe des Werkstückpassierkanals lageverstellbar. Somit ist die Reibrührschweißvorrichtung flexibel zum Verbinden von Werkstücken unterschiedlicher Geometrien und/oder Materialien geeignet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugsnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Reibrührschweißvorrichtung und
2 eine schematische Draufsicht auf die Reibrührschweißvorrichtung der 1.
Die 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Reibrührschweißvorrichtung 10, die an einer Schweißstelle 16 mit einem Reibrührschweißaggregat 12 und mit einer Werkstückhalteeinrichtung 14 versehen ist. Das Reibrührschweißaggregat 12 enthält einen Reibrührschweißkopf 13, der gemäß dem Doppeldrehpfeil 36 um eine Reibrührschweißkopfachse 28 drehbar ist und ferner gemäß Doppelpfeil 22 entlang derselben Reibrührschweißkopfachse 28 zur Höhenverstellung verschiebbar ist. Das Reibrührschweißaggregat 12 ist in Bezug auf eine Werkstückzustellrichtung (Doppelpfeil 26) ortsfest angeordnet. Gegenüber dem Reibrührschweißaggregat 12 befindet sich ein Werkstückstützelement 20, in Form einer Abstützrolle, eines Gegenlagers 18. Die Abstützrolle ist gemäß Doppeldrehpfeil 38 um eine Drehachse 30 drehbar sowie zur Höhenverstellung entsprechend Doppelpfeil 40 relativ zum Reibrührschweißkopf 13 entlang der Reibrührschweißkopfachse 28 lageverschiebbar. Das Gegenlager 18 weist ferner ein weiteres Werkstückstützelement 20 in Form einer Abstützrolle auf, das gemäß Doppeldrehpfeil 38 um eine Drehachse 31 drehbar ist und entsprechend Doppelpfeil 40 höhenverstellbar ist. Die zwei dargestellten Werkstückstützelemente 20 sind motorgetrieben und bilden zusammen die Werkstückhalteeinrichtung 14.
Die Reibrührschweißvorrichtung 10 ist in den Figuren in einer nicht schweißenden Betriebsposition dargestellt. Zwischen dem Reibrührschweißkopf 13 und dem gegenüberliegenden Werkstückstützelement 20 ist ein hinsichtlich seiner Höhe in Richtung Doppelpfeil 22 veränderbarer Werkstückpassierkanal 24 defi niert. Durch diesen Werkstückpassierkanal 24 werden mittels der Werkstückhalteeinrichtung 14 gemäß Doppelpfeil 26 zwei miteinander zu verbindende Werkstücke in Form von Profilen 32, 34 gefördert. Zur Herstellung einer Reibrührschweißung im Bereich eines Werkstückstoßes 42 wird der um seine Achse 28 drehende Reibrührschweißkopf 13 gemäß Doppelpfeil 22 in Richtung Gegenlager 18 bewegt unter Reduzierung der Höhe des Werkstückpassierkanals 24. Nach Erreichen einer erwünschten Betriebshöhe des Reibrührschweißkopfs 13 werden anschließend die zu verbindenden Profile 32, 34 mittels-der motorgetriebenen Werkstückstützelemente 20 gemäß Doppelpfeil 26 in Förderrichtung bewegt.
Zusätzlich können gegebenenfalls auch weitere, auf der Seite des Reibrührschweißkopfs 13 angeordnete Werkstückstützelemente 21 (gestrichelt in 1 dargestellt) vorgesehen sein, die in Kombination mit den gegenüber des Reibrührschweißkopfs 13 liegenden Werkstückstützelementen 20 zur Gewährleistung einer korrekten Positionierung und Förderung der Profile 32, 34 dienen.
Die weitere konstruktive Ausgestaltung und Funktionsweise der Reibrührschweißvorrichtung 10 sind an sich bekannt, so dass diesbezüglich auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.

Claims

Reibrührschweißvorrichtung (10), mit einem Reibrührschweißaggregat (12) und einer Werkstückhalteeinrichtung (14) , dadurch gekennzeichnet , dass die Werkstückhalteeinrichtung (14) als Werkstückvorschubeinrichtung ausgebildet und mit einem an der Schweißstelle (16) angeordneten Gegenlager (18) zur Kompensierung auftretender Reibrührnormalkräfte versehen ist.
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (18) mindestens ein Werkstückstützelement (20) ist, das in Reibrührnormalkraftrichtung (22) gegenüber dem Reibrührschweißaggregat (12) angeordnet ist unter Ausbildung eines vorgebbaren Werkstückpassierkanals (24) .
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrührschweißaggregat (12) in Reibrührnormalkraftrichtung (22) relativ zum Gegenlager (18) bewegbar ist.
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrührschweißaggregat (12) wenigstens während eines Reibrührschweißvorgangs relativ zu einer Werkstückzustellrichtung (26) ortsfest angeordnet ist.
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstückstützelement (20) eine Abstützrolle ist.
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibrührschweißkopfachse (28) und die Abstützrollendrehachse (30) im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Reibrührschweißvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützrolle (20) eine motorgetriebene Förderrolle ist.
Reibrührschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten, insbesondere. jeweils motorgetriebenen Förderrollen (20) aufweist.
Reibrührschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Profil-Reibrührschweißvorrichtung ist, insbesondere zur Herstellung von Längsschweißnähten.
Reibrührschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (18) zur Einstellung der Höhe des Werkstückpassierkanals (24) lageverstellbar ist.