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Widerstands-Stumpfschweißvorrichtung für Kurbelwellen und Verfahren
dazu Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Widerstands-Stumpfschweißen,
vorzugsweise Abbrennstumpfschweißen, von Kurbelwellen.
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Die Herstellung von Kurbelwellen aus einzelnen Schmiedestücken mit
Hilfe der elektrischen Widerstands-Abbrennstumpfschweißung ist seit langem bekannt.
Die Schweißstellen bestehen aus Schweißungen an Pleuellagerzapfen und aus solchen
an Kurbelwellenlagerzapfen, und zwar werden jeweils die entsprechenden Halbzapfen
miteinander verschweißt. Die Schweißoperation an den Pleuellagerzapfen ist einfacher,
da die angrenzenden Wangen praktisch in allen Fällen parallel zueinander in der
Projektionsebene verlaufen, die von der Kurbelwellenachse senkrecht durchsetzt wird.
Das Verschweißen kann hier also mit den gleichen einfachen Spannvorrichtungen erfolgen.
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Anders ist es jedoch mit dem Verschweißen der Kurbelwellenlagerzapfen.
Die an einen Zapfen angrenzenden Wangen stehen nur selten parallel - gesehen auf
den Kurbelwellenkreis -, sondern bilden vielmehr einen Winkel, d. h., die Wangen
sind unterschiedlich um die Kurbelwellenachse verdreht. Zum Beispiel sind bei der
normalen Kurbelwelle mit sechs Hüben je zwei Wangenpaare jeweils um 120° gegenüber
dem benachbarten Wangenpaar verdreht. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß für
die verschiedenen Schweißoperationen auch verschiedene Spannvorrichtungen erforderlich
sind. Aber gerade die bekannten, aus Kupfer bestehenden Spannvorrichtungen bzw.
Schweißelektroden stellen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar. Die Schweißkosten
liegen relativ hoch, weil bereits nach wenigen Schweißungen ein zeitraubender Umbau
der Schweißmaschine erforderlich ist. Auch können die Spannvorrichtungen nur für
eine ganz bestimmte Welle Verwendung finden, was zu einer umfangreichen Lagerhaltung
führt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Frage
der Einspannung einer Kurbelwelle zum Stumpfschweißen derart zu lösen, daß es wirtschaftlich
tragbar wird, auch große und komplizierte Kurbelwellen mit beliebig vielen Hüben
unter beliebigen Kurbelwinkeln selbst in Einzelfertigung durch Abbrennstumpfschweißen
aus Einzelteilen herzustellen. Die Erfindung berücksichtige, daß bereits drei verschiedene
Schweißverfahren bekannt sind, nämlich a) der Aufbau der Kurbelwelle durch fortlaufendes
Aneinanderschweißen von Einzelteilen, ferner b) das Verschweißen zunächst aller
Pleuellagerhalbzapfen miteinander zu kompletten Kurbeln mit nachfolgender Verschweißung
aller Kurbelwellenlagerhalbzapfen und zuletzt c) die Umkehrung des Verfahrens zu
b), nämlich das Verschweißen aller Kurbelwellenlagerhalbzapfen mit nachfolgendem
Verschweißen aller Pleuellagerhalbzapfen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch
einen seitlich offenen, auswechselbaren und mit dem Maschinenschlitten fest verbindbaren
Hohlkörper - vorzugsweise halbzylindrischen Trogkörper - mit einer Lagerstelle in
der Mitte der Stirnseite zur Aufnahme eines Kurbelwellenlagerzapfens als Spannvorrichtung
auf der einen Einspannseite und durch zwei verschiedene, jeweils nach Bedarf einsetzbare
Spannvorrichtungen auf der anderen Einspannseite, wovon die eine Spannvorrichtung
eine um die Kurbelwellenachse drehbare und radial festklemmbare Winkelspannvorrichtung
mit einer Aufnahmeplatte - versehen mit Ausnehmungen für eine Pleuellagerzapfenhälfte
und für einen Kurbelwellenzentrierzapfen -ist und zum Aneinanderschweißen der Kurbelwellenlagerzapfenhälften
dient, während die andere Spannvorrichtung ein seitlich offener, mit dem Maschinenschlitten
fest verbindbarer Hohlkörper - vorzugsweise halbzylindrischer Trogkörper - mit einer
Lagerstelle in der Mitte der Stirnseite zur Aufnahme eines Kurbelwellenlagerzapfens
ist und zum Aneinanderschweißen der Pleuellagerzapfenhälften dient.
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Die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung kann derart ausgestaltet
werden, daß der Trogkörper durch verstellbare Spannbacken undrehbar gehaltert, jedoch
zusammen mit den am Maschinenschlitten befestigten Verstellzylindern axial verschiebbar
ist.
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Insbesondere werden die zu schweißenden Kurbelwellenteile gehalten,
indem die Pleuellagerzapfenhälften eines Kurbelwellenteiles durch verstellbare Klemmleisten
in einer schlitzartigen Ausnehmung der Aufnahmeplatte einspannbar sind.
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Um mit erforderlicher Genauigkeit schweißen zu können, besitzt vorzugsweise
der mit dem Maschinenschlitten fest verbundene Trogkörper einen an seiner
Wand
befestigten Zentrierdorn od. dgl. und seitliche Spannmittel zur festen Halterung
der zu verschweißenden Kurbelwellenteile.
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Auf der Seite der Einspannvorrichtung, in die sich die Kurbelwelle
beim fortschreitenden Schweißen hineinbewegt, sind zweckmäßig innerhalb oder außerhalb
des Trogkörpers Lagerböcke zur Abstützung der Kurbelwelle vorhanden, die axial und/oder
senkrecht zur Achsrichtung verstellt werden können.
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In vorteilhafter Weise erfolgt das Schweißen der Kurbelwellen aus
einzelnen Kurbelwangen mit je einem Pleuellager- und Kurbelwellenlagerhalbzapfen
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart, daß in an sich bekannter
Weise zunächst nur Kurbehvellenlagerhalbzapfen zwischen der drehbaren Winkelspannvorrichtung
und dem Trogkörper unter Anwendung von besonderen Schweißelektroden zur Stromzufuhr
verschweißt, die Winkelspannvorrichtung dann durch den mit dem Maschinenschlitten
fest zu verbindenden Trogkörper ersetzt und anschließend nur Pleuellagerhalbzapfen
zwischen den Trogkörpern beider Einspannseiten verschweißt werden.
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In besonderer Anpassung der Kurbelwellenteile an die Einspannvorrichtung
werden die Werkstücke mit an sich bekannten verlorenen, mit den Schweißteilen einheitlichen
Zentrierzapfen oder Zentrierlöchern an der dem zu verschweißenden Lagerhalbzapfen
axial gegenüberliegenden Wangenseite der Kurbelwellenteile versehen, um diese gleichachsig
auszurichten.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 4 erläutert, die schematische
Ausführungsbeispiele darstellen, unter Anwendung der Schweißfolge zu c).
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Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Einspannvorrichtung mit zwei eingespannten
Kurbelwellenteilen - Kurbelwellenwange mit je einem Pleuellager- und Kurbelwellenlagerhalbzapfen
- zum Verschweißen der Kurbelwellenlagerzapfenhälften; Fig. 2 ist eine seitliche
Ansicht auf den linken Teil der Einspannvorrichtung von der Linie II-II der Fig.
1; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Einspannvorrichtung mit nahezu vollständig
verschweißter Kurbel-,velle und mit an zwei Pleuellagerhalbzapfen angreifenden Schweißbacken;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht auf Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV.
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In Fig. 1 sind 1, 2, 3 und 4 Spannelemente, z. B. hydraulisch beaufschlagte
Kolben oder Spindelgetriebe, 1 und 2 sind am feststehenden Teil, 3 und 4 am beweglichen
Teil (Schlitten) der Schweißmaschine (nicht gezeichnet) befestigt. Die vier Kolben
betätigen die vier Haltebacken 5, 6, 7 und B. Diese Haltebacken haben hier nur mechanische
Aufgaben und sind nicht an den elektrischen Schweißkreis der Maschine angeschlossen.
Zwischen den Haltebacken 5 und 6 ist eine Winkelspannvorrichtung 9 eingeklemmt.
Diese enthält eine drehbare Aufnahmeplatte 10, die ein Kurbelwellenteil 11 aufnimmt.
Dieses ist durch einen Zentrierzapfen 12 zentriert und in üblicher Weise durch geriffelte
Stahlbacken geklemmt. Ein halber Pleuellagerzapfen 13 auf derselben Wangenseite
wie der Zentrierzapfen 12 ist zwischen zwei auf das Durchmessermaß einstellbaren
parallelen Leisten 14 (Fig. 3) aufgenommen. Die Aufnahmeplatte 10 ist im Körper
der Z@rinkelspannvorrichtung 9 drehbar gelagert und kann mit Hilfe einer z. B. aus
Schnecke 15, einem nicht dargestellten Schneckenrad und einem Motor 16 bestehenden
Antriebsvorrichtung in jeder beliebigen Winkelstellung festgestellt werden. Zwischen
den am Maschinenschlitten befindlichen Haltebacken 7 und 8 ist ein Trog 17 festgeklemmt.
An ihm ist ein Kurbelwellenteil 18 mit seinem Zentrierzapfen 19 zentriert und festgeklemmt.
Der Schweißstrom wird in bekannter Weise durch besondere Elektroden 20, 21 , 22
und 23 auf die Werkstücke übertragen. Diese Elektroden sind mit dem Maschinentransformator
verbunden (nicht gezeichnet) und werden durch Druckzylinder 24, 25, 26 und 27 an
die Zapfenhälften angedrückt. Die Elektroden sind einfache Kupferklötze mit prismatischer
Ausnehmung zur Anpassung an die runden Halbzapfen. Ein einziger Satz solcher Backen
kann für Kurbelwellen verschiedener Größe und Ausführung benutzt werden.
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Die Arbeitsweise im ersten Abschnitt der Kurbelwellenschweißung gemäß
Ausführungsbeispiel ist folgende: Die Maschine wird auf genügende Öffnung zwischen
Schlitten und feststehendem Teil auseinandergefahren und die Werkstücke
11 und 18, d. h. Wange mit je zwei Halbzapfen, in ihre Aufnahmen gebracht,
zentriert und mechanisch festgespannt. Hierauf wird durch Betätigen der Dreheinrichtung
(Einschalten des Motors 16) das Werkstück 11 in die gewünschte Winkelstellung gebracht.
Dann werden die Elektroden 20 bis 23 durch die Zylinder 24 bis 27 angedrückt, die
Maschine wird eingeschaltet und der Schweißprozeß in der bekannten Weise vollendet.
Hierauf kann nach Lösen der Elektroden und der Spannvorrichtung die Maschine auseinandergefahren
und das geschweißte Stück entnommen werden. Beim Abarbeiten des Stauchgrates können
gleichzeitig die nicht mehr gebrauchten Zentrierzapfen 12 und 19 abgearbeitet werden.
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Nachdem sämtliche Kurbelwellenlagerzapfen mit dem ihnen eigentümlichen
Winkel der Kurbelwangen zueinander geschweißt worden sind, wird der einzig notwendige
Umbau der Maschine vorgenommen. Dieser kleine Umbau ist erheblich einfacher als
ein Wechsel der Spannvorrichtungen, wie er bisher nötig war, da es sich hier nur
um den Austausch eines einzigen Teiles, nämlich der Winkelspannvorrichtung 9, handelt,
die auch nicht angeschraubt ist, sondern nur in den Haltebacken durch Klemmen gehalten
wird.
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In Fig. 3 und 4 ist der Zustand der Maschine nach dem Umbau gezeigt.
Die Winkelspannvorrichtung 9 wurde nach Lösen der Haltebacken 5 und 6 herausgenommen
und durch einen zweiten, kürzeren Trog 28 ersetzt. In dem nun folgenden zweiten
Arbeitsabschnitt werden nur Pleuellagerzapfen geschweißt. Charakteristisch hierfür
ist, daß die Wangen stets parallel stehen; eine Drehvorrichtung zur Einstellung
eines Winkels ist daher nicht mehr nötig. Dagegen treten jetzt an beiden Seiten
bereits geschweißte Teile auf, die unter beliebigen Winkeln stehen können. Deshalb
muß rechts und links der Schweißstelle genügend Platz frei gelassen werden, um die
unter beliebigen Winkeln stehenden. Teile aufnehmen zu können. Dieser Forderung
trägt die Trogform: Rechnung. Sie zeigt eine halbzylinderförmige Ausnebmung, deren
Radius so groß ist, daß die größte für diesen Trog vorgesehene Kurbelwelle Platz
findet.
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Die Kurbelwellenteile werden jetzt einerseits in den Trog 28 mit der
Lagerstelle32 und andererseits mit dem Gegenstück in den Trog 17 mit der Lagerstelle
30 eingelegt, und zwar so, daß die Wangen immer parallel sind. Die Lagerstellen
in den Trögen sind zweckmäßiger auf den Zapfendurchmesser einstellbar. Das Werkstück
wird wiederum an der Trogwand zentriert und festgespannt. Die Zentrierung erfolgt
entweder mit Hilfe
eines verlorenen Zentrierzapfen.s, jedoch ist
es in vielen Fällen einfacher, an der Trogwand einen Zentrierdorn vorzusehen, der
in bekannter Weise in eine Zentrierbohrung an einem Pleuellagerzapfen eingreift,
Da die Pleuellagerzapfen zur Herabsetzung der Trägheitskräfte häufig Bohrungen aufweisen,
können auch diese zum Zentrieren verwendet werden. Es ist ersichtlich, daß nacheinander
die Pleuellagerhalbzapfen miteinander verschweißt werden können und die Kurbelwelle
infolgedessen immer weiter in den Trog 17 auf der rechten Seite der Einspannvorrichtung
versetzt werden muß. Um bei schwereren Kurbelwellen Verbiegungen od. dgl. vorzubeugen,
können im Trog 17 ein oder mehrere Lagerböcke 29 - ähnlich den bekannten Lunetten
an Drehbänken - vorgesehen werden, die axial und senkrecht zur Kurbelwellenachse
verstellbar sind. Sie umgreifen bzw. unterstützen ein oder mehrere Wellenlager,
so daß die Kurbelwelle keinen Biegebeanspruchungen von nennenswerter Größe mehr
unterworfen wird. Durch Verschweißen der verschiedenen Pleuellagerhalbzapfen 33,
34 usw. entsteht die fertige Kurbelle 31.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf auswechselbare
Trogkörper beschränkt. TrogkÖrper 17 kann dementsprechend unter Weglassung der Haltebacken
7, 8 sowie auch der Antriebszylinder 3, 4 fest am Maschinenschlitten angeordnet
sein. Sie würde sich dann in diesem Falle für die Serienherstellung gleicher Kurbelwellen
nach vorstehendem Verfahren eignen. Die Auswechselbarkeit der TrogkÖrper 17 hat
wiederum den Vorteil, daß nach ihrer Entfernung vom Maschinenschlitten die Schweißmaschine
für beliebige andere Zwecke, also universell verwendbar ist.
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Durch die neue Vorrichtung wird auch erreicht, daß der Schweißstrom
in bekannter Weise durch Elektroden zugeführt werden kann, die nur am zu schweißenden
Zapfen anliegen., während gleichzeitig die mechanische Klemmung, Zentrierung und
Winkeleinstellung der Schweißstücke sowie ihre Abstützung gegen die Stauchkraft
von getrennten mechanischen Elementen vorgenommen werden kann, die leicht auswechselbar
in Haltebacken der Maschine befestigt sind.