DE1297963B

DE1297963B - Vorrichtung zum Schweissen von Metallteilen oder sonstigen schweissbaren Werkstoffen

Info

Publication number: DE1297963B
Application number: DEJ26588A
Authority: DE
Original assignee: WERNER DIPL ING
Current assignee: WERNER DIPL ING
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1964-09-23
Publication date: 1969-06-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen von Metallteilen oder sonstigen schweißbaren Werkstoffen, die in einem Schwingungsfrequenzbereich von etwa 20 bis 1000 Hz, vorzugsweise 40 bis 400 Hz, mit Amplituden von 0,2 bis einigen Millimetern Größe arbeitet, wobei die zu verbindenden Teile aufeinandergepreßt werden.
Beim Walz- oder Preßplattieren ist ein Verfahren zum Herstellen von Verbundmetallwerkstücken bekannt, das einen hohen Druck zum Zusammenpressen der Teile erfordert, da bei diesem Verfahren ein Druck oberhalb der Fließgrenze des Materials angewendet wird. Die Materialien beider Teile werden also wesentlich verformt. Damit ist dieses Verfahren auf die Herstellung von Verbundmetallwerkstücken beschränkt. Durch die schwingende Bewegung der beiden zu verbindenden Teile gegeneinander soll lediglich das Fließen der Materialien verbessert werden. Ein Zusammenfügen von Fertigteilen durch Punkte, Punktreihen oder Nähte, wie es Gegenstand von Schweißverbindungen ist, kann nicht mit diesem Verfahren durchgeführt werden.
Es ist ferner ein Verfahren zur Herbeiführung einer Haftbindung zwischen Plättchen aus Werkzeugstahl und Trägern nach Art einer Schweißung oder Lötung bekannt. Dieses Verfahren ist in seiner Anwendbarkeit sehr beschränkt, denn es erfordert, wie auch das vorstehend angeführte Verfahren, daß die zu verbindenden Teile zur Erzeugung hoher Temperaturen an der Verbindungsstelle gegeneinander bewegt werden. Das Erfordernis, beide Teile einzuspannen und gegeneinander zu bewegen, schränkt generell die Verwendbarkeit dieses Verfahrens auf das Herstellen von Schweißverbindungen ein.
Aus der Praxis ist es bekannt, Werkstoffe mit Hilfe mechanischer Schwingungen von 5 bis 40 kHz bei Schwingungsamplituden zwischen 10 und 35 y zu verschweißen. Hierbei werden die mechanischen Schwingungen von elektromagnetischen Magnetostriktiven und piezoelektrischen Oszillatoren erzeugt und über einen Stempel bei gleichzeitig wirkendem Anpreßdruck den Werkstoffen zugeführt. Erfahrungsgemäß tritt bei derartigen Einrichtungen bei der Umwandlung der zugeführten elektrischen Leistung aus dem Netz über den Hochfrequenzerzeuger bis zur Erzeugung der mechanischen Schweißleistung ein erheblicher Leistungsverlust ein. Dies bedingt selbst für kleine Schweißleistungen große, teuere und unhandliche HF-Generatoren und entsprechende Schweißgeräte.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Anlagen und Verfahren zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Schweißen von Metallteilen oder sonstigen schweißbaren Werkstoffen zu schaffen, die einfach, billig und leicht transportabel ausgeführt werden kann und die möglichst universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schwingungserzeuger ein Motor mit einem an sich bekannten Getriebe dient, durch welches die Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umgewandelt wird. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich mit den bekannten Geräten sehr einfach und billig, da der Hochfrequenz-Generator und der magnetostriktive Schwinger durch relativ einfache Maschinenelemente ersetzt werden. Eingehende Versuche mit dem Gegenstand der Erfindung haben gezeigt, daß die aufzuwenden- den Leistungen zum Herstellen einer Schweißverbindung gegenüber den bei bekannten Vorrichtungen erforderlichen Leistungen erheblich geringer sind. Beispielsweise können bei einer Schweißung mit einer Frequenz unter 1000 Hz bei Amplituden von mindestens 0,2 mm zwei Aluminiumbleche von 1 mm Stärke mit einer Maschine geschweißt werden, deren Antriebsmotor lediglich 90 Watt Nennleistung aufweist. Demgegenüber ist zur Schweißung von zwei gleichartigen Blechen bereits bei einer Stärke von 0,5 mm eine zugeführte Netzleistung von 1200 Watt und eine Leistung des Hochfrequenzgenerators von 600 Watt erforderlich.
Nach einem Merkmal der Erfindung kann das Getriebe eine umlaufende Schubkurbel sein.
Erfindungsgemäß ist es aber von besonderem Vorteil, das Getriebe als Schieberkurvengetriebe auszubilden, bei dem die Kurven durch wellenförmigen Schliff der Laufringe eines Axialkugellagers gebildet sind.
Um bei der Vorrichtung die am Stempel auftretenden Amplituden einstellbar zu machen, ist es erfindungsgemäß möglich, drei Laufringe mit insgesamt vier gewellten Laufbahnen für die Wälzkörper vorzusehen, den mittleren schwingenden Laufring mit dem Stempel zu verbinden und die beiden äußeren stationären Laufringe durch gemeinsame gleichsinnige Verdrehung eine Amplitudenänderung erzeugen zu lassen.
In Weiterführung des vorgenannten Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, die beiden äußeren stationären Laufringe in einer verdrehbaren Hülse zu befestigen, wobei durch die Verdrehung der Hülse die Amplitude veränderbar ist.
Für das Arbeiten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es zweckmäßßig sein, diese so auszubilden, daß die stationären Laufringe bzw. die Hülse bei gleichbleibender Andrückkraft des Stempels auf das Werkstück selbsttätig verschwenkbar sind mit verschieden einstellbarer Schwenkgeschwindigkeit für den Bereich von Null bis zum Maximum der Amplitude und wieder zurück.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung sind den Zeichnungen von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigt F i g. 1 ein Handschweißgerät, teilweise im Schnitt, F i g. 2 eine weitere Ausführungsform des Handschweißgerätes, F i g. 3 die Seitenansicht einer stationären Schweißmaschine und F i g. 4 die Vorderansicht des Gerätes nach F i g. 3.
In Fig. 1 versetzt der Antriebsmotor 1 (Elektromotor, Druckluftmotor oder Druckluftturbine) über eine umlaufende Schubkurbel den eigentlichen Schweißstempel 3 in eine schwingende Bewegung. Die Werkstücke werden zwischen den Stempel 3 und den Amboß 4 gelegt und durch den Handhebel 5 angedrückt.
Die F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Handschweißgerätes. Die Umwandlung der Drehbewegung in eine schwingende Bewegung erfolgt durch ein Schieberkurvengetriebe, bei dem die Kurven durch wellenförmigen Schliff der Laufringe eines Axialkugellagers gebildet sind. Der Doppelkäfig 6 wird durch eine biegsame Welle 7 angetrieben. Die vier Laufbahnen der Ringe 8, 9 und 10 sind mit gleicher Wellenzahl und Wellentiefe geschliffen, beispielsweise vier Wellen 0,5 mm tief. Der Mittelring 9 führt bei Drehung des Käfigs 6 eine schwingende Bewegung aus, deren Frequenz gleich dem Produkt aus Käfigdrehzahl und Wellenzahl ist (im vorliegenden Beispiel ist die Frequenz viermal die Käfigdrehzahl). Um ein Hin- und Herschieben der Kugeln und damit des Mittelringes 9 zu ermöglichen, liegen die Wellen in den äußeren Ringen 8 und 10 phasengleich zueinander. Die Amplitude der Schwingung des Mittelringes 9 ist im übrigen abhängig von der Relativstellung der äußeren Ringe 8 und 10 zum Mittelring 9 und ist durch Verdrehen der Hülse 11, die die äußeren Ringe 8 und 10 trägt, einstellbar in den Grenzen von Null bis zur Wellentiefe (im vorliegenden Beispiel von 0 bis 0,5 mm). Liegt der Mittelring 9 nämlich mit seinen Wellen phasengleich zu den Wellen der äußeren Ringe 8 und 10, so machen, wie leicht ersichtlich, die Kugeln zwischen den Laufbahnen bei Drehung des Käfigs 6 neben der Abrollbewegung eine axiale Verschiebung, die aber infolge der Phasengleichheit aller vier Wellen keine Schwingung des Mittelringes 9 zur Folge hat. Werden die Hülse 11, und damit die Ringe 8 und 10, gegenüber dem Mittelring so weit verdreht, daß sich bei den jeweils einander zugekehrten Wellungen der Ringe 8 und 9 bzw. 10 und 9, Wellenberge und Wellentäler genau gegenüberliegen, so ergibt sich am Mittelring 9 die maximal mögliche Axialschwingung, und zwar in der Größe der Amplitude der Wellen.
Bei dieser Stellung der Hülse 11 liegen im übrigen, da die Wellen in den äußeren Ringen 8 und 10 phasengleich sind, den Wellenbergen der Ringe 8 und 9 die Wellentäler der Ringe 10 und 9 gegenüber und umgekehrt. Ein Verklemmen der Kugeln kann infolge der gleichphasigen Anordnung der Ringe 8 und 10 nicht auftreten. Zwischenstellungen der Hülse 11 zwischen den beiden Extremstellungen, bei denen die Amplitude ein Maximum bzw. den Wert Null erreicht, ergeben entsprechend abgestufte Amplitudenwerte am Mittelring 9, von dem dann die Bewegung auf den Schweißstempel 3 übertragen wird.
Auch hier wird der Anpreßdruck wiederum durch einen Handhebel 5 erzeugt, wobei er durch eine Stellschraube 12 begrenzt werden kann.
Die Drehbewegung des Motors 13 in den Fig. 3 und 4 wird durch den bereits aus der F i g. 2 ersichtlichen Schwingungserzeuger in eine schwingende Bewegung des Stempels 3 umgewandelt.
Der Amboß 4 wird durch den Kolben eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders 14 gegen den Stempel 3 gedrückt. Die Anpreßkraft kann durch an sich bekannte Mittel, wie ein Reduzierventil mit Kontrollmanometer, geregelt werden. Die Dauer der Einwirkung kann durch ein bekanntes Magnetventil mit Zeitrelais eingestellt werden. Eine andere Regelung der Schweißdauer und des Ablaufes des Schweißvorganges kann dadurch erreicht werden, daß der Zylinder 14 ohne Zeitbegrenzung auf den gewünschten Anpreßdruck eingestellt wird.
Die Hülse 11 des Schwingungserzeugers, der ja in der F i g. 3 den gleichen Aufbau wie in F i g. 2 haben soll, wird durch den Kolben eines Zylinders 15 in der Ausgangsstellung auf dem Wert Null gehalten, so daß die Amplitude des Stempels 3 gleich Null ist. Der Zu- tritt vom Regelmedium zum Zylinder 15 wird durch ein Magnetventil mit Zeitrelais so gesteuert, daß der Kolben des Zylinders 15 die Hülse 11 für die gewünschte Zeit in die der gewünschten Amplitude entsprechende Stellung verdreht und dann wieder auf die Stellung Null zurückstellt. Durch an sich bekannte Regelorgane kann die Einschaltgeschwindigkeit des Zylinders 15 und seine Ausschaltgeschwindigkeit so geregelt werden, wie es für den Schweißvorgang am günstigsten ist. Beispielsweise kann das Einschalten rasch erfolgen, während das Ausschalten abklingend gesteuert wird.
Der Stempel 3 und der Amboß 4 können der Form der Werkstücke angepaßt werden. Insbesondere kann der Stempel 3 eine Rolle tragen, die auf dem Werkstück hin- und hergehend abrollt, um die Oberfläche zu schonen und den Weitertransport bei der Herstellung einer Naht zu erleichtern.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Schweißen von insbesondere metallischen Werkstoffen mit Schwingungserzeuger, Sonotrode und Amboß, die in einem Schwingungsbereich von 20 bis 1000 Hz, vorzugsweise 40 bis 400 Hz, mit Amplituden von 0,2 bis einigen Millimetern Größe arbeitet, wobei die zu verbindenden Teile aufeinandergepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungserzeuger ein Motor mit einem an sich bekannten Getriebe dient, durch welches die Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung umwandelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine umlaufende Schubkurbel (Fi g. 1) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Schieberkurvengetriebe ist, bei dem die Kurven durch wellenförmigen Schliff der Laufringe (8, 9, 10) eines Axialkugellagers gebildet sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Laufringe (8, 9, 10) mit vier gewellten Laufbahnen für die Wälzkörper vorhanden sind, der mittlere schwingende Laufring (9) mit dem Stempel (3) verbunden ist und die beiden äußeren stationären Laufringe (8, 10) durch gemeinsame, gleichsinnige Verdrehung eine Amplitudenänderung zulassen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren stationären Ringe (8, 10) in einer verdrehbaren Hülse (11) befestigt sind, wobei durch die Verdrehung der Hülse die Amplitude veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Laufringe (8, 10) bzw. die Hülse (11) bei gleichbleibender Andrückkraft des Stempels (3) auf das Werkstück selbsttätig verschwenkbar sind, mit verschieden einstellbarer Schwenkgeschwindigkeit für den Bereich von Null bis zum Maximum der Amplitude und wieder zurück.