DE1527401A1 - Reibungsschweissverfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Reibungsschwelssverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,,

Die Erfindung "bezieht sich auf Reibungsschweissmaschinen und , Reibungsschweissverfahren und insbesondere auf eine Drehrei- ί bungsschweissvorrichtung mit einem Riemenantrieb für das Werkstück«,

Bei Schweissverfahren, die als Reibungsschweissung bekannt sind, werden Metallkörper, die miteinander verschweisst werden sollen, an den Oberflächen, die verbunden werden sollen, gegeneinander gedrückt und gegeneinander gerieben, wodurch Wärme erzeugt wird. Diese Wärme bewirkt durch eine genaue Bestimmung des Druckes und der Gleitgeschwindigkeit, dass das Metall an den gegeneinander liegenden Verbindungsierflächen plastisch und verschmelzbar wird, wodurch die Metallkörper nachdem die relative Bewegung abgestopt ist, und nachdem sich das Metall verfestigt, als Ganzes miteinander verbunden sindo ι Nachdem das Metall den plastischen Zustand erreicht hat, wird ₍ die Reibungsbewegung zwischen den Körpern unterbrochen und

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der Druck kann erhöht werden, um die beiden Körper miteinander zu verschweissen. Nach einer entsprechenden Abkühlung wird eine feste, dauernde Bindung zwischen den beiden Metallkörpern erzielt, die in bestimmten Fällen sich besser bewährt als das Basisnetall selbst»

Dieses Verfahren kann auf zwei V/eisen durchgeführt werden. Die beiden Teile, die verschweisst werden sollen, können eine relative lineare Gleitbewegung gegeneinander durchführen und die beiden Teile können eine relative Drehbewegung gegeneinander durchführen» Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das zuletzt genannte Verfahren, d.h„ auf eine Reibungsschweissung durch Drehung. Zu diesem Zweck kann lediglich ein Teil gedreht werden und der andere Teil kann stationär gehalten werden oder beide Teile können mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden oder, wie es in bestimmten Fällen erforderlich sein kann, können drei Teile miteinander verschweisst werden? indem man die beiden äusseren Teile stationär hält und den mittleren Teil zwischen den beiden äusseren Teilen dreht» In bestimmten Fällen kann es wünschenswert oder erforderlich sein, Schweissmaterial zwischen den zu verbindenden Oberflächen zu verwenden oder diese Oberflächen mit einem Metall oder mit einer Metall-.egierung zu beschichten, v/obei es sich bei dem Metall oder bei der Metallegierung um ein anderes Metall als das Grundmetall des Teiles handelt, um eine zufriedenstellende Bindung sicherzustellen oder um Reibungs-

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wärme

wärme schneller zu erzeugen und um dadurch die Schweisozeit herabzusetzen« Es kann ebenfalls wünschenswert sein, die Schweisszonen unmittelbar neben den Schweissoberflächen vorzuerhitzen, um die Zeit zu vermindern, die zur Erzeugung der benötigten Reibungswärme erforderlich ist. Dies kann durch eine derartige örtliche Induktionserhitzung durchgeführt werden, dass die übrigen Teile der durch Heibungsschweissung zu verbindenden Körper nicht durch diese Erhitzung beeinträchtigt oder beeinflusst werden.,

Im allgemeinen können jedoch die Teile, die durch Reibung verschweisst werden sollen, miteinander ohne irgendwelche Vorbehandlung der Schweissoberflächen verbunden werden, wobei lediglich dafür Vorsorge zu treffen ist, dass die miteinander zu verschweissenden Oberflächen in angemessener Weise glatt sind und keine Löcher aufweisen und keine anhaftenden Fremdteilchen und dass diese Flächen in etwa parallelen Ebenen liegen. Alle bekannten Metalle können auf diese Weise miteinander verschweisst werden. Die am meisten verwendeten Metalle sind: Unlegierter Stahl, legierter Stahl, Aluminium, Titan, Kupfer, Messing, Bronze und andere Legierungen« Miteinander verträgliche verschiedene Metalle, können ebenfalls miteinander verbunden werden, wus jedoch sehr häufig eine Vorerhitzung wenigstens eines der Metalle erforderlich macht. Ein Zwischenschweissmaterial kann zuerst mit einem der Teile verbunden werden, um eine richtige Verschmelzung der verschiedenen Metalle an der Schweißstelle sicherzustellen.

V'e&en BAD üHtüiNAL

Wegen der Natur dieses Schweissverfahrens, bei welchem wenigstens einer der Teile gedreht werden muss, ist es im allgemeinen unumgänglich, dass ein Teil nicht nur wenigstens an der Schweißstelle um die Drehachse herum symmetrisch ist, sondern auch vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat. Dies führt zu einer Begrenzung des Reibungsschweissverfahrens auf solche Anwendungsgebiete wie beispielsweise die Schweissung von Zapfen, Stäben oder Stangen oder Rohren oder das Anschweissen dieser Teile an Platten oder asymmetrische Körper, die ebene Oberflächen haben, an denen der Stab oder die Stange oder das Rohr angeschweisst werden können«

Obwohl verschiedene und bedeutende Vorteile durch das Reibungsschweissverf ahren erzielt werden können, wobei diese Vorteile einen geringeren Leistungsbedarf umfassen und die Tatsache, dass die Wärme, die an den Schweissoberflachen erzeugt wird, streng lokalisiert ist, was bedeutet, dass die Wärme lediglich in die Zonen oder Bereiche des Werkstückes eingeführt wird, wo die Wärme zum Schweissen erforderlich ist, wobei die Struktur des Metalles des restlichen Teiles des Werkstückes durch diese Wärme nicht beeinflusst oder beeinträchtigt wird, hat dieses Reibungsschweissverfahren erst kürzlich ein aktives kommerzielles Interesse erregt und wurde begrenzt von der Metallindustrie eingeführt. Bin Grund dafür ist der, dass es schwierig ist, die spezielle Maschinenanlage zu gestalten, die für eine Massenproduktion von reibungsgeschweissten Gegenständen mit einfachster Konfiguration erforderlich ist. Bei Ma-

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schinen.

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schinen, die eine Reibungsschweissung einer Vielzahl von Werkstücken von*unterschiedlichen Grossen und Formen ermöglichen, ist ein Stammsatz von Einstellungs- oder Einriehtungsweehselanordnungen erforderlich. Obwohl die Reibungsschweissverfahren seit wenigstens 40 Jahren bekannt sind, haben sich diese Verfahren kommerziell bis zur Gegenwart lediglich bei kleinen Ausrüstungs- oder Einrichtungsstücken eingeführt wie beispielsweise bei geschweissten Werkzeugspitzen, bei der Instandsetzung von Werkzeugen und kleinen Rohrleitungsabschnitten, wobei das Schweissen auf umgebauten Drehbänken oder provisorischen Einrichtungen durchgeführt wurde_o

Es besteht ein wachsender Bedarf für das Reibungsschweissen grosser und komplizierter Stücke, doch sind die Schweirigkeiten einer Schaffung einer Maschine,die dieses Verfahren zufriedenstellend durchführt, ganz beträchtlich« Die Werkstücke müssen ganz exakt axial ausgefluchtet 3ein und müssen während des Schweissprozesses in dieser fluchtenden Lage gehalten werden, um ein fertiges Produkt annehmbarer, handelsüblicher Qualität zu erzeugen., Es ist aus serordentlich schwierig, ein grosses, langes und schweres Werkstück zu drehen und gleichzeitig einen .(.Axialdruck aufzubringen, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Werkstück aus der fluchtenden Lage herausgebracht wird oder ausknickt oder sich verbiegt oder sich verzieht ο Diese Schwierigkeiten treten noch klarer hervor, wenn ein Mittelabsohnitt an zwei Endabschnitten angeschweisst werden soll, wobei die Teile eine irreguläre lorm

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haben

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haben können.. In diesem Fall wird der mittlere Abschnitt gedreht, wohingegen die Endabschnitte stationär gehalten werden und es sind Mittel erforderlich, um den Mittelabschnitt zwangsläufig zu drehen, während dieser Mittelabschnitt in seiner fluchtenden lage mit den Endabschnitten während des Schweissens gehalten wird. Bisher konnte eine derartige Arbeitsweise mit den bekannten"Reibungsschweissmaschinen nicht durchgeführt werden,. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, dass verhfiltnismässig grosse und schwere Mittelabschnitte mit ebenfalls verhältnismässig schweren Endabschnitten verschweisst werden könneno Beispielsweise können die rohrförmigen Mittelabschnitte von Anhängerachsen an beiden Enden gleichzeitig mit den Achszapfen verschweisst werden oder runde Mittelabschnitte von Vorderachsen können gleichzeitig mit den beiden äusseren Anlenkbolzenhalterungsabschnitten verschweisst werden.

Im Prinzip können Werkzeugmaschinen wie beispielsweise Drehbänke und Bohrmaschinen zur Verwendung als Reibungsschweissmaschinen umgebaut werden, jedoch sind üblicherweise Metallbearbeitungsmaschinen für eine längere oder dauernde Benutzung hcter Beanspruchung als Reibungsschweissmaschinen vollständig ungeeignet» Diese Maschinen können nicht den erforderlichen hohen Axialdruck erzeugen und die verhältnismässig hohen Drehgeschwindigkeiten, Es werden weiterhin beträchtliche Schw-ingungen während der Anfangsberührungsstufe des Schweisaverfahrens in derartigen Maschinen erzeugt, die zu leicht und zu wenig fest gebaut sind. Diese Paktoren führen zu einem bal-

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digen

digen Bruch der üblichen Metallbearbeitungsmaschinen« Ein weiterer Faktor, der zu berücksichtigen ist, ist der, dass die üblichen Metallarbeitsmaschinen überlicherweise nicht mit speziellen Bremsen und Kupplungen öder dergleichen ausgerüstet sind, um in ausreichend schneller V/eise die Drehung eines Werkstückes i/a richtigen Zeitpunkt abstoppen zu können, wie es beim Reibungsschweissverfahren erforderlich ist.

Deshalb ist die Entwicklung von Spezialmaschinen mit verschiedenen Eigenschaften wesentlich, um in nutzbringender Weise das Reibungsschweissverfahren verwenden zu können« Die industrielle Verwendung kann drei verschiedene Maschinengruppen erforderlich machen: Mehrzweckmaschinen für die Massenproduktion von kleinen bis mittelgrossen Gegenständen irgendeiner speziellen Gruppe von Gegenständen von ähnlicher Gestaltung, Spezial·- masohinen für grössere Werkstücke und für Werkstücke mit asymmetrischem Querschnitt und eine dritte Gruppe, um Mittelabschnitte gleichzeitig mit zwei Eaflabschnitten zu verschweissen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf die beiden zuletzt genannten Maschinengruppen, wobei diese Gruppen zu einer kombiniert werden können, da die Mittelabachnitts-Reibungsschweissmaschinen derart ausgebildet sein können, dass sie zum Schweissen lediglich eines Teiles an einem anderen verwendet werden können, wobei lediglich bestimmte bauliche Veränderungen vorgenommen werden, wie beispielsweise die Hinzufügung eines geeigneten Drucklagers·

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Beim SAD

Beim Aufbau der erfindungsgemässen Reibungsschweissanlage werden einige Grundbedingungen, die bei allen drei Maschinen· gruppen anwendbar sind, berücksichtigt, um eine einwandfreie Maschine zu schaffen. Zuerst müssen Mittel vorgesehen sein, um in wirksamer Weise die Drehgeschwindigkeit und den Axial-.'..

druck steuern und einstellen zu können und um einen vorbestimmten Betriebszyklus durchführen zu können. Ausserdem muss die Schweisszeit und die ßrösse des axialen Druckes ganz genau eingestellt und gesteuert werden und.es müssen Steuereinrichtungen vorhanden sein, um die Drehung des Werkstückes schnelll zu einem gegebenen oder vorbestimmten Zeit- ' punkt abzustoppen. Die Mittel zur Steuerung dieser Punktionen der Reibungsschweissmaschine sind vorzugsweise elektrischer Art und obwohl einzelne Steuerungen manuell durchgeführt werden können, werden vorzugsweise alle Steuerungen derart miteinander verbunden, dass der gesamte Betrieb vollständig automatisch und der Reihe nach während eines Sohweisezyklus abläuft.

Die strukturelle Gestaltung der Maschine muss derartige grundsätzliche Bedingungen wie die folgenden berücksichtigen: Belastete Bauteile in der Maschine müssen fest montiert werden, um eine radiale Verschiebung der Achsen des Werkstückes während des Schweissverfahrens zu verhindern und alle Maschinenbauteile müssen die erforderliche Festigkeit haben, damit diese den verhältnismässig hohen Belastungsspannungen widerstehen können und damit diese die Schwin-

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gungen

gungen aufnehmen können, die durch die Anfangsreibungseingriffatufe des Schweisszyklus erzeugt werden. Die Einspannoder Pestspanneinrichtungen zum Halten des sioh nicht drehenden Werkstüokes oder der sich nicht drehenden Werkstücke, müssen derart aufgetaut sein, dass diese die Werkstücke an einer Drehung hindern, die durch das Reibungsmoment,erzeugt werden kann, welches durch das sich drehende Werkstück ausgeübt wird ο Beim Schweissen verhältnismässig langer Gegenstände, wie beispielsweise beim Schweissen von Wellen, Stangen, Rohrlängen oder dergleichen, müssen zusätzliche Ein— a Spanneinrichtungen entlang diesen Teilen vorgesehen sein, um zu verhindern, dass diese unter Einwirkung eines axialen Druckes sich verschieben oder verbiegen oder ausknicken,, Eine Bremse und eine Auslösekupplung muss vorgesehen sein, um den Antrieb zu unterbrechen und um die Drehung des Werkstückes abzustoppen«, Druckeinrichtungen müssen vorgesehen sein, um während de3 Schweissvorganges eine Axialkraft ausüben zu können, wobei diese Druckeinrichtungen entweder mechanisch betätigt werden können oder durch Druckluftvor-

Ί richtungen oder durch hydraulische Einrichtungen, wobei die hydraulischen Einrichtungen bevorzugt werden, da der hydraulische Druck leicht gesteuert werden kann und da mit einem hydraulischen Druck grosse Kräfte ausgeübt werden können« Die Steuerung für die Axialdruckeinrichtung, für die Drehung des Werkstückes und für die Betätigung der Kupplung und der Bremse .sind vorzugsweise mit den oben aufgeführten elektrischen Steuerungen verbunden· Die Betätigungs- oder Betriebs-

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folge

folge wird durch eine Reihe von geeigneten Schaltern und/oder Zeitgebern gesteuerte Der gesamte Betrieb de'r Maschine kann vollautomatisch durchgeführt werden und der gesamte Zyklus des Schweissverfahrens kann programmiert werden. Wenn beim Reibungsschweissen lediglich ein Werkstück mit einem anderen verschweisst wird ist es nicht schwierig eines dieser Werkstücke zu drehen, da dieses Werkstück in einer Einspannvorrichtung an der Schweissmaschine eingespannt werden kann» Wenn jedoch ein Mittelabschnitt gleichzeitig mit zwei Endabschnitten verschweisst werden soll, wird die Sache schwieriger. In diesen Fällen v/erden die beiden Endabschnitte des Gegenstandes, der zusammengeschweisst werden soll, in Lagerungen in der Maschine eingespannt, die voneinander im Abstand angeordnet sind, und die beiden Endabschnitte werden gegen eine Drehung stationär gehaltene Eine dieser Sndabschnittshalterungen muss jedoch axial verschiebbar sein, damit während des Schweisszyklus ein . Axialdruck aufgebracht werden ία,ηη, Der Mittelaschnitt, der gedreht werden soll, muss dann zwischen den Endabschnitten angeordnet und in genau fluchtender lage mit diesen Endabschnitten gehalten werden und es müssen gewisse äussere Einrichtungen vorgesehen werden, um den Mittelabschnitt zu drehen, ohne diesen aus seiner fluchtenden Lage zu verschieben. Dies wurde bisher nicht erreicht und durch diese Einrichtung wird es zum ersten Mal möglich, grosse Gegenstände von irregulärem Querschnitt, wie beispielsweise Fahrzeugachsen,die rohrförmig oder voll sind, mittels Reibungsschweissung zu schweissen₀

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Ein

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Bin. wichtiges ErfoirdeniiB beim Drehreiburigsschweissen ist das, dass der Wertosttidoiurchmeeser in der Schweissoberfläche und in unmittelbarer Umgebung der Sohweiasoberflache bei wenigstens einer der Oberflächen, die miteinander Verbunden werden sollen, über einfe länge konstant ist, die ausreicht, um eine richtige Erhitzung und Schweiasanstauäing zu erzielen, und der Querschnitt sollte vorzugsweise kreisförmig seine Der übrige Teil des Werkstückes, der nicht gedreht wird, im vorliegenden Falle die beiden Endabschnitte des Gegen-Standes, beispielsweise der Fahrzeugachse, kann irgendeinen beliebigen Querschnitt haben, wie es bei Fahrzeugachsen ä erforderlich ist, wobei die Enden der Achsen in üblicher Weise mit Eadzapfen, Flanschen usw. versehen werden können, wie es bei Vorderachsen der Fall ist und wobei noch besondere Ansätze wie Steueransätze u.dgl· vorgesehen sein können,und der Querschnitt kann jede beliebige andere Form als eine runde Form haben, beispielsweise kann es sich um einen Doppel-T-Träger oder um einen anderen Querschnitt handeln. Da die Endabschnitte stationär gehalten werden, können diese nicht koaxial ausgebildet sein, d.h. diese Endabsohnitte können Teile aufweisen, die aus der Mittelachse herausge- ' bogen sind. Der lüttelabschnitt jedoch, der gedreht werden muss, muß um seine Längsachse herum symmetrisch sein und sollte vorzugsweise rund sein, um eine glatte und weiche Drehung sicherzustellen und um die Ausbildung von Zentrifugalkräften auszuschalten· Die Schweissenden des Mittel— abschnittes sollten vorzugsweise den gleichen Durchmesser

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haben

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haben wie die Schweissenden der Endabschnitte,und zwar wenigstens längs einer Strecke, die ausreicht, um eine genügende Materialmenge zu erzeugen, um die Schweißstelle zu bilden. Der übrige Teil zwischen den Enden des Mittelabschnittes kann, falls gewünscht, einen grösseren Durchmesser haben_e Auch bei einem kreisförmigen Querschnitt haben sich beim Drehen des Mittelabschnittes durch äussere Einrichtungen Schwierigkeiten ergeben und es -wurden bisher keine direkten Dreheinrichtungen verwendet.

Mit der neuen, durch die Erfindung geschaffenen Anordnung ist es möglich, in wirtschaftlicher Weise eine Reibungsschweissung durch eine Drehung grössererMetallgegenstände als es bisher möglich war durchzuführen und es ist möglich , Mittelabschnitte gleichzeitig mit beiden Endabschnitten dadurch zu verschweissen, dass der Mittelabschnit't zwischen den Endabschnitten gedreht wird, wobei ein .Axialdruck auf die Endabschnitte ausgeübt wird.

Es ist demzufolge ein Hauptziel der Erfindung, eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zur Reibungsschweissung von verhältnismässig grossen Metallgegenständen zu schaffen, wobei ein Gegenstand gegen den anderen gedreht wird oder v/obei ein Mittelabschnitt zwischen zwei Endabschnitten gedreht wird, die stationär gehalten werden, wobei ein Axialdruck auf die zu rerschweissenden Metallgegenstände während des Schweissvorganges ausgeübt wird.

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IOZ I

Es ist ein. weiteres Ziel, eine Drehreibungsschweis smas chine zu schaffen, die neue Mittel aufweist, um in wirkungsvoller Weise einen Metallkörper, der einen Mittelabschnitt eines G-egenstandes "bildet, zwischen zwei End ab schnitt en des Gegenstandes zu drehen, die in der Maschine stationär gehalten werden, um die "beiden Enda"bschnitte und den Mittelab-

schnitt des Gegenstandes mittels einer Reibungsschweissung miteinander zu verbinden.,

Ein weiteres Ziel ist es, in einer Drehreibungsschweissmaschine Mittel vorzusehen, um Endabschnitte eines Gegen- " Standes, der geschweisst werden soll, in Halterungen nicht drehbar zu halten, wobei eine dieser Halterungen in einer Richtung zum anderen Endabschnitt hin axial gleitbar angeordnet ist, wobei weiterhin Mittel vorgesehen sind, um den Mittelabsohnitt des Gegenstandes, der geschweisst werden soll, zwischen den Endabschnitten zu halten, zwischen diesen Endabschnitten auszufluchten und zwischen diesen Endabschnitten zu drehen, und um die Endabschnitte und den Mittelabschnitt in eine unter einem hohen .Axialdruck stehende Anlage zu ₍ bringen» Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, in einer neuen Reibungsschweissmaschine vollständig automatische, programmierte elektrische Steuerungen zu schaffen, um einen vollständigen voreingestellten Schweisszyklus durchzuführen, der der Reihe nach das Einspannen des zu drehenden Werkstückes umfasst, den Beginn der Drehung des Werkstückes, die Anlegung des axialen Druckes und die Aufrechterhaltung

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des

des Druckes während de3 SchweissVorganges, das Abstoppen der Drehung des Werkstückes, die weitere Erhöhung des

Axialdruckes während einer kurzen Zeit, die Verminderung des ...Axialdruckes und die Freigabe des geschweissten Gegenstandes«,

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Reibungsschweissung verhältnismässig grosser Gegenstände zu schaffen, wobei diese Schweissung ein genaues Ausfluchten, ein Einspannen und Drehen eines Mittelabschnittes eines Gegenstandes zwischen zwei sich nicht drehenden Endabschnitten umfasst, väLches durch spezielle Mittel ausgeübt wird, die unmittelbar auf den Mittelabschnitt, der gedreht werden soll, einwirken und die diesen zugeordnet sind.

Bin weiteres Ziel ist es, in einer Reibungsschweissmaschine eine neue Werkstückbandantriebsanordnung zu schaffen, um ein Werkstück zu drehen, welches axial gegen ein anderes gedrückt ist, um diese Teile durch Reibung miteinander zu verschweissen, wobei im Antrieb kein Rutschen oder kein Schlupf auftreten soll_o .

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist in der Schaffung einer neuen, vollautomatischen Drehreibungsschweissmaschine zu sehen, mit der verhältnismässig grosse geschweissteGegenstände hergestellt werden können, wie beispielsweise Fahr-

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■ zeu^achsen, BAD OBIQiNAL"

zeugaehsen,; Quer streben oder Querträger oder dgl*

Ein .weiteres Ziel der Erfindung ist es, die im Vorstehenden aufgeführten Uachteile der bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen daduroh zu 'überwinden, dass neue Vorrichtungen und neue Verfahren geschaffen -werden, mit denen verhaltnismässig schwere Metallgegenstände mittels einer Reibungsverschweissung dadurch verschweigst werden lcönnen, dass ein Werkstück gegen ein anderes gleiches oder ungleiches stationäres Werkstück gedreht wird,.- oder dass ein Mittelstück zwischen zwei gleichen oder ungleichen, nicht drehbaren End— " stücken gedreht wird, während die zu verbindenden Oberflächen in genau axial fluchtender lage gehalten werden, wobei ein schwerer Axialdruck auf die zu schweissenden Metallgegenstände während des S-chweissvorgahßes ausgeübt wird und wobei es ermöglicht wird, -dass-sieh'-diese Vierkstüeke während des Schweissens axial verschieben..

weiteres Ziel ist es, eine DrehreibungssGhweissmasGhine zu schaff^r-r., die eine neiie Vorrichtung yuf v.'eist, um in wirksamer Vreine einen Metallkörper zu drehen, ohne die seitliche Verschiehuiu; "leses Körpers zu beeinflussen, der einen Ilittelabschnitt eines Gegenstandes bildet,, wobei diese Drehung zwischen ^"..-e: . r-t'itioniiren isnd ab schnitt en erfolgt, uia eine Lzeitije Terbinduii" der beiden Endabschnitte und des labeeiiriT- es des G-epenstandes durchzuführen^

3in zusätzliches Ziel .der Erfindung ist die Schaffung einer vielsei'ten stabilen Dr ehr eibung.es ohv/ei'i: anas chine, die einen

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'''■·-.. neuen BAD ORIGINAL "

neuen Bandantrieb aufweist, um grosse, schwere und/oder komplexe Metallgegenstände gegen andere gleiche oder ungleiche stationäre Teile zu drehen, oder zwischen zwei gleichen oder' ungleichen stationären Endstücken zu drehen, wobei unabhängig von der G-rösse des aufgebrachten ■.,Axialdruckes und von der Drehgeschwindigkeit während des Sclrweissens, eine erhebliche radiale Vibration im wesentlichen auegeschaltet wird und wobei eine gewisse längsverschiebung ermöglicht wird, um die Metallverdrängung kompensieren zu können. . ,'

Ein weiteres Ziel ist es, in einer Drehreibungsschweissmaschine eine Anzahl von neuen Halterungen zu schaffen, um die zu schweissenden Endabschnitte zu halten, wobei eine dieser Halterungen in Querrichtung und in Drehrichtung unbeweglich ist, jedoch axial in einer Richtung zum anderen Endabschnitt hin gleiten, kann, und wobei zugeordnete Bauteile vorgesehen sind, um einen Mittelabschnitt des zu schweissenden Gegenstandes zwischen den Endabschnitten axial gleitbar zu tragen, axial auszurichten und zwangsläufig zu drehen, und wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, um wahlweise, den .-Axialdruck zu steuern.

Ein weiteres Ziel ist es, eine Drehreibungssehweisämaschine mit geringem Leistungsbedarf zu schaffen, die lediglich die üblichen Wartungen erforderlich macht und die Einzelschweissungen oder Mehrfaohschweissungen von hoher Qualität und

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hoher

hoher Festigkeit durchführen kann, wobei die Axialkraftbedingungen und die Orehgeachwindigkeitabedingungen in korreliegender Weiae verändert werden können, um das ge- -wünschte Ergebnia bei jedem vorbeateimiüten Schwelsszyklus erzielen zu können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ea, eine neue, einstellbare, vielseitige Reilrangaachweissmaachine zu schaffen, die vollständig automatisiert und programmiert iat und die elektrische, elektronische und mit fluiden Medien arbeitende Steuerungen aufweist, um automatisch einen vollständigen S chweis szyklus durchzuführen, wobei eine Einspann-' vorrichtung betätigt wird, um schnell und einfach das zu drehende Werkstück einzuführen und abzugeben und auszufluchten und wobei ein Axialdruck von konstanter oder sich verändernder Grosse während des Schweisszyklus ausgeübt wird und wobei die Drehung des Werkstückes gestartet und schnell abgeatopt wird, wodurch eine Maasenproduktion einer "Vielzahl von grosaen dreiteiligen G-egenatänden erzeugt werden kann, die durch Heibungsschweissung zuaammengeschweiast sind, und wohei lediglich eine einfache Umstellung oder Umschaltung für verschiedene Werkstücke erforderlich ist und wobei lediglich eine geringe oder gar keine Ausrichtung erforderlich iat und wo kleine Toleranzen über die Gesamtlänge eingestellt und eingehalten werden können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung iat es, ein neuea Verfahren zur Reibungaachweiaaung verhältniamäasig groaser Gegenstände 909828/0947

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zu schaffen, welches das Ausfluchte», das Einspannen und Drehen eines Abschnittes des Gegenstandes, der hergestellt werden soll, gegen einen zweiten stationären Abschnitt umfasst oder zwischen zwei sich nicht drehenden End.ab.s ohnitten, wobei sich verändernde ..Axialkräfte ausgeübt werden, während die fluchtende lage aufrecht erhalten wird, so dass gleichzeitig eine oder mehrere Reibungsschweissverbindungen von hoher Qualität in kürzester Zeit hergestellt werden können» ~ > ' -

w Ein weiteres Ziel der Erfindung ist in der Schaffung eines neuen Verfahrens und einer neuen Vorrichtung zur Reibungsverschweissung zweier Endabschnitte einer Fahrzeugachse mit einem Mittelabschnitt zu sehen₀

Weitere Ziele und neue Merkmale sollen in der folgenden,ins Einzelne gehenden Beschreibung,- unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung dargelegt werden. Es zeigen:

Fig₀ 1 eine schematische Gesamtdraufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Drehrei-. bungsschwelsämaschine,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Maschine, gesehen von der Linie 2-2 der Fig» 1 aus, wobei Teile fortgebrochen sind und wobei Teile geschnitten eind, um die neue Anordnung von Bauteilen zu zeigen, die den Bandantriebsmechanismus umfassen,

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Pig-».. 3 eine vergrösaerte Teilschnittansicht der Hauptantriebswelle, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. !,wobei der Drehzahlgeber gezeigt ist,

Pig. 4 eine rergröBeerte Teilschnittansicht genommen längs der Linie 4--4- der Pig. 1, welche im einzelnen eine der einstellbaren Rollenhalterungen für ein Werkstück zeigt,
Fig. 5 eine Schnittansicht genommen längs der Linie 5-5 der Fig. 4-1 welche im einzelnen bestimmte Einst el-· lungs- und Befestigungsanordnungen zeigt,

Pig. 6eine !Johnittendansicht, genommen längs der Linie 6-6 der Fig. 1, die den Bandantriebsmechanismus zur Drehung eines Werkstückes gegen ein zusätzliches oder gegen mehrere «usätzliche Werkstücke zeigt, wobei.-dieser Mechanismus einen AusfHuchtungskolben, aufweist, einen Baokeribetätigungskolben, um das Werkstück aufzunehmen und freizugeben, und einen Bjtticßpannkolben,

Pig. -7-- eine vergröeterte Teilschnittansicht, genommen längs der Linie 7-7 der Fig. 6 durch die Bandführungsrolle, die zur Verhinderung von Bandschwingungen . vorgesehen ist, '

^; Fig". 8 eine vergröaserte Seitenansicht, genommen längs der ".'■"' Linie 8-8 der Fig. 1, welche die vier Grenzschalter • an'der Vorderseite der Maschine zeigt, die, wenn sie ;' betätigt werden, der Reihe nach das Auslösen des Schweisszyklus- und ein vorbereitendes axiales An-

s taucYßh bewirken, das anfängliche in Reibung seingriff , ; _ : 909828/0947 ^

bringen

bringen -und die anschliesäende Reibungserhitzung, das Ende des ErhitzungsVorganges, die lö'aung der Kupplung und das Anliegen der Bremse, um die Drehung des Werkstückes zu stoppen, das schliessliche axiale Zusammendrücken und das Halten während der Kühlung, woran sich das Lösen der axialen Andrückkraft anschliesst, eine vergrösserte schematische Ansicht, welche den Reibungsschweissarbeitsbereich mit den drei Werkstücken einer Pahrzeugvorderachse zeigt, wobei ein .symmetrisches Mittelstück und zwei ungleiche asym-' metrische Endstücke vorgesehen sind, die in der Maschine vor dem Schweissen eingespannt sind,

Mg· 10 und 11 vergrösserte Teilschnittansichten der stationären Einspann- und Tragvorrichtungen für die Achsendstücke, .

Mg. 12 eine 'Schnittansicht genommen längs der Linie 12-12 der Mg. 9 ,welche im Detail eine nicht drehbare, gleitbare Einspann- und Halterungsvorrichtung zeigt, welche ein Endstück der Achse umgibt und hält und welche eine federmontierte Platte aufweist,

Mg. 13 eine teilweise geschnittene vergrösserte Teilansicht eines grossen drehbaren rohrförmigen Werkstückes, wobei Teile fortgebrochen sind und wobei dieses rohrförmige Werkstück neben einem verhältnismässig grossen, komplexen, asymmetrischen, stationären Endstück angeordnet ist, und wobei die Teile vor Beginn des Schweisszyklus gezeigt sind,

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!ig.. 14 eine teilweise geschnittene vergrösserte Seitenansicht, "bei der Teile fortgebrochen aind, der fertigen Verschweissung der beiden in Mg. 13 dargestellten Werkstücke,

Eg. 15 eine Schnittansicht des Endwerkstückes der Mg. 13 genommen längs der Linie 15-15 der Fig. 13»»

Mg. 16 eine schematische Darstellung einer Ausführungaform des fluiden und elektrischen Steuersystems der erfindungsgemässen Reibungsschweissmaschine.,

Mg. 17 eine graphische Darstellung des Energieverbrauchs, | des Axialdruckbedarfs und der Verdrängung des Metalls für einen bestimmten Werkatücksatz während des Schweisszyklus,

Figo 18 eine weitere, der Mg. 17 entsprechende graphische Darstellung, welche ein anderes Verfahren veranschaulicht, durch welches der Erwärmung szyklus .· beträchtlich verkürzt werden kann,

Mg. 19 eine schematisohe Seitenansicht des unteren Abschnittes des Bandantriebsmechanismus, gesehen von

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der Linie 19-19 der Mg. 1 aus,

Mg. 20 eine Schnittansicht genommen längs der Linie 20-20

der Mg. 19,
Mg. 21 eine Schnitt ansicht genommen längs der Linie 21-21

der Mg. 19, und
Mg. 22 eine Schnittansicht genommen längs der Linie 22-22

der· Mg. 19· -

Die 9098 2 8/0 9 ^ 7 _BAD

Die erfindungsgemässe Reibungsschweissmaschine ist in Pig. ί als Ganzes dargestellt. Im wesentlichen weist diese Maschine eine elektromechanische Antriebseinheit 24 auf, die eine Kupplung 26 und einen Antriebsriemen 28 umfasst, einen Eingangswellenantriebsmechanismus 30, der eine schnell wirkende Bremse 32 aufweist, eine Werkstückantriebsriemeneinheit 34, die derart ausgebildet ist, dass diese einen zu schweissenden Gegenstand gegen einen zweiten Gegenstand oder zwischen zwei andere stationäre Gegenstände drehen kann, die miteinander geschweisst werden sollen, ohne aus der fluchtenden Lage zu kommen. Weiterhin ist eine Werkstüekausflucht- und Lagerhalterungseinrichtung vorgesehen, eine feste Werkstückeinspanneinheit 38, eine nicht drehbare, jedoch axial gleitbare Endwerkstückein- ' Spanneinheit 40 und eine Kraftausübungsvorrichtung 42, um die verschiedenen Teile, die zusammengeschweisst werden sollen, in eine Reibungsflächenanlage zu drücken. Alle die im Vorstehenden aufgeführten Teile sind an einem Rahmen befestigt, und jeder dieser Teile ist automatisiert und programmiert, und zwar mittels einer Steuerung 46.

Bei der Schweissung eines dreiteiligen Stückes wird ein Werkstückendteil in der Einspannvorrichtung 38 stationär gehalten und ein zweiter Werkstückendteil wird in der Einspanneinrichtung 40 gehalten, während ein Werkstückmittelteil zwischen den Werkstückendteilen angeordnet wird und axial.in seiner Stellung durch eine Riemenantriebseinheit

und die Halterungen 36 gehalten wird, 909828/0947

. . Die

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Die Betriebsschrittfolge ist als Programm in die Steuereinrichtung '4-6 eingegeben, "wodurch, die elektromechanische Antriebseinheit 24 in Betrieb gesetzt wird und die Kupplung 26 automatisch eingerückt wird, um den Antriebsriemen 38 anzutreiben, um den Antriebsmechanismus 30 zu betätigen und-um die Werkstückriemenantriebseinheit 34 zu betätigen, um das Mittelwerkstück zu drehen. Die eine Kraft aufbringende Einrichtung 42 wird betätigt und wird gegen die ¥erkstückeinspanneinheit 40 gedruckt, wodurch diese bei der Darstellung in Mg. 1 nach links verschoben wird. Dadurch werden die beiden Öberflächenpaare der drei Werkstücke, die zu verschweissen sind, derart zusammengedrückt, dass diese Oberflächen in einen Wärme erzeugenden Reibungseingriff gelangen.

Auf diese Weise wird eine ausreichende Wärmemenge erzeugt, um das Metall an den Schweissstellen zu plastifizieren. Danach schaltet die Kupplung 26 automatisch die Antriebseinheit 24 ab, wobei gleichzeitig die Bremse 32 automatisch angelegt wird, um unmittelbar den Riemenantrieb 34 abzustoppen, um die Drehung des mittleren Werkstückes anzuhalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraft, die von der Kraftaufbringungseinrichtung 42 ausgeübt wird, vorzugsweise für eine kurze Zeitdauer erhöht, um das Schweissmetall zu verdrängen, um die Verschmelzung der Teile zu einem ganzen Bauteil zu unterstützen.

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Die Gesamtschweisszeit, die selbst für vernaltnismässig grosse Gegenstände erforderlich ist, ist üblicherweise weniger'als 60 Sekunden und der gesamte Energiebedarf ist hauptsächlich wegen der Lokalisierung der Schweisswärme wesentlich kleiner als der, der bei üblichen Idchtbogenschweissverfahren beim gleichen Werkstück erforderlich wäre. Die Metallkcnnstruktur an der Schweissstelle ist im wesentlichen die gleiche wie die Metallkornstruktur des Ausgangsmetalls oder der Ausgangsmetalle, und die Schweissstelle weist häufig eine Ermüdungsfestigkeit auf, die grosser ist als beim übrigen Bauteil.

Die Querabmessungen des Werkstückes am Ende unmittelbar neben den Schweissoberflachen ist vorzugsweise konstant, um eine ausreichende länge zu schaffen, die zur genauen Erhitzung und Schweissanstauchung erforderlich ist. Bei den Oberflächen, die sich in Reibungseingriff befinden, werden kreisförmige Querschnitte bevorzugt. Das Endwerkstück, welches nicht gedreht wird, kann jeden beliebigen Querschnitt haben, der regulär oder irregulär sein kann, wie es beispielsweise bei Radachsen und Planschen der Pail ist, die bei bestimmten Fahrzeugachsen erforderlich sind und bei Antriebsaehsgehäusen für Kraftfahrzeuge und bei Bteuerungsansätzen, wie bei Fahrzeugvorderachsen, die zum Steuern dienen und die nicht angetrieben -werden, vorhanden sind« Der Querschnitt des Endwerkstückes kann vorzugsweise

■.■■■' 909S2S/09A7 kreisförmig

' 'ν'.- .. ORIGINAL IMSPECTED

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kreisförmig sein, jedoch kann aber auch eine andere Querschnittsform vorgesehen sein₀ Das Endwerkstück kann "beispielsweise als Doppel-T-Träger ausgebildet sein. Das Mittelwerkstück muss entlang seiner Längsachse im wesentlichen symmetrisch sein und sollte vorzugsweise über die länge einen kreisförmigen Querschnitt haben, damit eine leichte Drehung möglich ist und damit die Ausbildung von Zentrifugalkräften verhindert werden kann. Ss können jedoch in Verbindung mit nicht kreisförmigen Mittelstücken Adapter verwendet werden, um zufriedenstellende Schweissungen zu erzielen. .

. Die Steuerung 46 steuert die Betriebsschritte, die die in Fig. 1 dargestellte Reibungsschweissmaschine durchführt, über ein Netz von elektrischen Steuerungen und von mit
fluiden Medien arbeitenden Steuerungen, die sowohl Luftsteuerungen als auehr hydraulische Steuerungen umfassen,
wie es schematisch in Pig. 16 dargestellt ist und wie es später noch erläutert werden soll. "

D e-r Rahmen 44 kann eine starre Einheit aus miteinander
verbundenen Stahlprofilbauteilen bilden, wobei dieser
Rahmen beispielsweise durch eine Verbolzung stationär am Pussboden gehalten wird. Der Rahmen 44, der am besten aus Pig. 2 zu ersehen ist, weist an einer Stelle eine Basis und Träger 52 und 54 auf, welche die Antriebseinheit 24 und die Kupplung 26 tragen. An einer zweiten Stelle (Pig. Tu.2)

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ORIGINAL INFECTED

werden der Eingangswellenantrlebsmechanismus 30, die·" , Bremse 32 > der Band- oder Riemenantrieb 34, die Trägier 36 für die Ausfluchtungs- und Lagereinheiten, die Einspanneinheiten 38 und 4-Q und die Vorrichtung 42 zur Aufbringung einer Kraft auf ,einer Basis 56 durch ,Ständer, wie beispielsweise 58 und 60, und durch Querstreben, wie beispielsweise 62 und 64, getragen.

Am oberen Ende der Ständer 60 ist eine Schiene 66 montiert, die ein U-Profil 68 und Morfeige-platten 70 aufweist» An den Enden der Schiene 66 sind Plattenträger 72 angeordnet, die durch eine Stange 74 stabilisiert werden, die zwischen diesen Trägern verlaufen und die durch festgeschraubte Einspannplatten 73 in Aussparungen 75 gehalten werden. Die Schiene 66 erleichtert die Montage der Trägereinrichtung 36 und die Anordnung dieser Trägereinrichtungen, und die Anordnung der Einspanneinheiten 38 und 40, und die Anordnung der Einheit 42, die zur Aufbringung einer Kraft dient. Durch die Schiene 66 können alle diese Teile vor dem . Schweissen genau eingestellt und ausgefluchtet werden, und weiterhin ermöglicht diese Schiene eine axiale Verschiebung der Einspannvorrichtung 40 während des SchweissVorganges,

Die beiden Lagertrag- und Ausfluchteinrichtungen 36 sind, mit der Ausnahme, dass sie entgegengesetzt gerichtet sind, identisch und diese Einrichtungen sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt.■ Jede Einrichtung 36'-'weist- eine Basis 80

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auf,

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auf, die" vom-'-Schienenglied 66 getragen'wird, wobei diese Basis in ihrer Lage an den Montageplatten 70 durch L-förmige Halterungsbügel 76 und 78 gehalten wird, die durch Schrauben 77 befestigt sind. Jede Einrichtung 36 weist einstellbare Werkstückträger 82, 84 und 86 auf, damit ein Werkstück 88 in geeigneter Weise eingestellt werden kann. Die Baas 80 ist im allgemeinen U-iörmig und weist eine Öffnung 96 auf, durch die hindurch sich das Werkstück 88 erstreckt und in der sich das Werkstück ohne Behinderung drehen kann. Die Träger 82, 84 und 86 sind vorzugsweise in einem gleichen Winkelabstand voneinander in einer; gemeinsamen Ebene um das Werkstück 88 herum angeordnet.

Jeder Träger 82, 84- und 86 weist einen Körper 104 auf, der in einer Eührungsaussparung 90 an der Basis 80 gleitbat gelagert ist und der eine Werkstückeingriffsrolle trägt. Diese Rolle 97 kann die äussere Laufbahn eines Antifriktionslagers 98 sein, dessen innere Laufbahn an einer stationären Welle'-1'-00 befestigt ist. Die Welle sitzt in einer Bohrung 103" im Körper 104 und ist in dieser Bohrung mittels eines Zapfens 102 befestigt. Jede Tragrolle 97 ist gegenüber dem Werkstück 88 dadurch radial einstellbar angeordnet, dass eine Peststellschraube 106 gelöst wird, die an der Basis 80 montiert ist und die sich durch den Körper 104· hindurch erstreckt, und eine Einstellschraube 110, die in Einspannhalterungen 112 und 114 und im Halterungsbügel 76 gelagert ist. Die Einspann-"-

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halterungen

BAD ORIGINAL

halterungen 112 und 114 sind mittels Schraubenbolzen' an der Basis 80 befestigt.

Bin Keil 116 ist zwischen dem Ende der Einstellschraube 110 und dem zugeordneten Körper 104 angeordnet', um die Anordnung zu vereinfachen und um eine glatte und weiche Einstellung zu ermöglichen. Die im Vorstehenden beschriebene einstellbare Montage der Werkstückhalterungen oder Werkstückträger ermöglicht eine Handhabung einer Vielzahl von Werkstücken unterschiedlicher Grossen. Der Aufbau ist derart, dass das Werkstück, welches gedreht werden soll und welches die gleichen ausseren Abmessungen aufweist, in die Ausfluchtungs- und Halterungsträger 36 eingesetzt und aus diesen herausgenommen werden kann, und zwar dadurch, dass ein einzelner Träger 82 von der Aussparung 96 zurückgezogen wird. Durch eine genaue Einstellung der Träger 82, 84 und 86 an der Basis 80 wird das Werkstück 88 während des gesamten Schweissdrehvorganges ausgefluchtet gehalten, um die Ausbildung gleichförmiger Verschweissungen zwischen Gegenständen zu ermöglichen, die eine verhältnismässig grosse Masse haben können.

Der Antriebsmechanismus 30 weist einen Motor 124 auf.. Dieser Motor kann eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor sein. Der Motor ist derart angeordnet, dass dieser die Wellen 125 und 126. dreht» Diese Wellen sind

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über einen Treibriemen 28 mit der Antriebseingangswelle 128 verbunden. Fig. 2 zeigt den Treibriemen 28, der sich zwischen einer Riemenscheibe 135 an der Welle 126 und einer Riemenscheibe 136 an der Welle 128 erstreckt. Die Eingangswelle 128 weist einen teleskopisehen Abschnitt 130 auf, der zwischen Universalverbindungsgelenken 132 und 134- angeordnet ist» Dieser Abschnitt 130 weist vorzugsweise einen in längsrichtung genuteten oder in Längsrichtung mit einem Keil versehenen Abschnitt auf, wobei' das genutete oder mit einem Keil versehene Ende der Welle 130 in Längsrichtung in der G-elenknabe 131 gleitbar gelagert ist, damit die Welle 128 in Längsrichtung verlängert ■werden kann, ohne dass die Kraftübertragung unterbrochen wird, wenn ein Axialdruck auf das Werkstück, welches geschweisst wird, ausgeübt wird. Ein Ende der Eingangswelle 128 ist neben der Riemenscheibe 136 in Lagern 138 und HO gelagert. Das andere Ende der Welle 128 ist neben der Bandantriebseinheit 34 für das Werkstück in Lagern 137 und 139 gelagert. '

Die Bremse 32 kann beispielsweise eine übliche Innenbackenbremse sein, welche Bremsschuhe und einen Betätigungsmechanismus aufweist, der an einem Armkreuz montiert ist, welcher von einer Halterung 160 getragen wird» Diese Bremsschuhe können mit einer Trommel an der Eingangswelle 128 zusammenarbeiten. Diese Bremse wird automatisch durch ein fluides

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Medium

Medium betätigt, und zwar vorzugsweise gleichzeitig mit der Lösung oder Ausrückung der Kupplung 25, um die Drehung des Mittelwerksträckes zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Schweissens abzustoppen, wie es noch dargelegt werden soll·.

Die Welle 128 weist ferner einen Drehzahlgeber 144 auf, der im einzelnen in Jig. 3 dargestellt ist. Dieser Drehzahlgeber ist zwischen der Bremse 32 und dem Bandantriebs- W mechanismus 34 angeordnet. Dieser Drehzahlgeber weist ein gezahntes Rad 146 auf, welches sich mit der Welle 128 dreht. Dieses Rad ist dicht bei dem Kern 148 des Drehzahlgebers 150 angeordnet, steht jedoch nicht .mit diesem Kern 148 in Berührung» Dieser Geber 150 ist ein elektromagnetischer Übertrager, der mit der elektrischen Steuerung der Maschine, verbunden ist. Es besteht eine magnetische Kupplung zwischen dem Rad 146 und dem Kern 148, die durch die Drehung des Rades 146 verändert wird»

Der Drehzahlgeber 144 zeigt zwangsläufig das völlige Abstoppen der Drehung der Welle 128 nach der Beendigung des Schweisszykliis an, wonach der Bandantriebsmechanismus 34 automatisch entriegelt und geöffnet wird, um das Werkstück freizugeben'. Dies soll noch beschrieben werden. Dadurch - wird sichergestellt, dass sich der Bandantrieb nicht öffnet, bis der Antriebsmechanismus vollständig abgestoppt ist.

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Die Bandantriebseinheit .34, die se lie mat is eil in Fig. 1 und im exr&Inen in den Figuren 2, 6 und 19 - 22. dargestellt ist, ist an einem Ende der Eingangsantriebswelle "128 mit dieser fluchtend angeordnet und erstreckt sich teilweise in den Arbeitsbereich der Maschine zwischen die Aus fluch"-tungs- und Lagereinrichtungen 36. Der; Bandantrieb weist einen Rahmen 161 auf, der ein endloses Band 162 trägt, welches das Werkstück 88 hält und dreht. An der Welle 128 ist mittels einer Verkeilung 129 (Fig« 20)'eine Antriebsriemensßhei-be 142 befestigt. Die Welle 128 ist zu beiden i Selten der Riemenscheibe 142 in Koaxiallagern 137 und 139 gelagert. Das Lager 139 wird von einer doppelarmigen . Halterung 160 getragen, die ebenfalls den in Fig. 3 dargestellten Drehzahlgeber 144 tr^:ijt. Das Lager 137 wird von einem einstellbaren Hechanismus (Fig. 20) getragen. Die Antriebsriemenscheibe 142 ist in einer offenen kreisförmigen Aussparung zwischen gegabelten Schenkeln 170 und 172 des Rahmens 161 angeordnet. Das untere Ende der Halterung 160 istin der Winkellage einstellbar an einer Querwelle 164 gelagert, die von einem Ständer 166 am Rahmen 44 getragen wird (Fig. 6). Bine genaue axiale Ausfluchtung und eine Halterung der Antriebsriemenscheibe 142 und der Hauptantriebswelle 128 wird mittels eines Ansatzes 168 am; EaIterungsarm 160 und eines einstellbaren Anschlages 170 am Rahmen 44- der Maschine bewirkt»

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-. ' Der

BAD ORlGIWAL

Der Rahmen 161 bestehtaus gleichen, im Abstand voneinander angeordneten parallelen Rahmengliedern 176 und 178 (Mg. 9). Diese Rahmenglieder dienen zur Aufnahme eines verhältnismässig breiten Antriebsriemens 162, und diese Rahmenglieder tragen Führungs- oder Leitriemenscheiben 180 und 182, die an Querwellen 184 und 186 drehbar gelagert sind. Diese Führungsriemenscheiben oder Führungsrollen erstrecken sich zwischen den Rahmengliedern 176 und 178 in einstellbarer Weise dicht bei der UmfangsOberfläche der Ψ Hauptantriebsriemenscheibe 142 und liegen gegen den Riemen 162 an. Der Durchhang im Antriebsriemen 162 wird durch eine in Längsrichtung einstellbare Führungsrolle 188 eingestellt. Diese Rolle 188 v/ird durch eine Doppelkolbeneinheit 190 und 190a (Figuren 6 und 19) verschoben, wobei diese Doppelkolbeneinheit von einem fluiden Medium angetrieben wird. Diese Doppelkolbeneinheit ist an einen Schlitten 169 am Rahmenschenkel 170 montiert und mit dem Steuersystem der Maschine verbunden. .

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Wie Fig. 6 zeigt, erstreckt sich der Rahmen 161 vomRahmen 44 aus unter einer schwachen. ITeigung nach oben und der Rahmen 161 weist einen Backenbauteil 192 auf, der eine bewegliche Backe 194 und eine feste Backe 196 hat. Diese Backen umschliessen zwischen sich eine im wesentlichen kreisförmige Aussparung. Die bewegliche Backe 194 kann durch einen Arbeitszylinder 198 geöffnet und geschlossen

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• ■■■'" ■" werden,

werden, um ein Werkstück 88 in seiner lage festzuhalten oder um dieses freizugeben. Der Arbeitszylinder oder ,ArbeitskOlben 198 ist ebenfalls mit dem Steuersystem für die elektrische Anlage für die durch fluide Medien "betätigte Anlage der Maschine verbunden. Bandführungsrollen oder Scheiben 200 und 202 sind, wie Pig. 6 zeigt, an den _;" Backenenden montiert. Der Zylinder 198 kann betätigt werden, um das. Antriebsband oder den Antriebsriemen 162 zu zwingen, dass dieser das Werkstück 88 einhüllt, und zwar dadurch, dass die Riemenrollen 200 und 202 dicht beieinander angeordnet werden.

¹O

"Der Zylinder 198 enthält einen doppelt wirkenden Kolben, der eine Kolbenstange 204- trägt, die bei 203 mit einem Gestängeteil 208 gelenkig verbunden ist. Das Gestänge ist an der beweglichen Backe 194 bei 207 angelenkt„Ein gleiches Gestänge 208 ist im Rahmen 161 bei 205 drehbar gelagert und die beiden Gestängeteile sind durch einen gemeinsamen Schwenkzapfen 209 miteinander verbunden»

Um die Backe 194- zu öffnen wird der Zylinder 198 betätigt, um die Stange 204 bei der Darstellung in Fig. 6 nach unten zu verschieben, um die Gestängeteile in die in Mg. 6 gestrichelt dargestellte Lage zu bringen. Die Backe 194 wird um ihre Anlenkstelle 210 am Rahmen im Uhrzeigersinn verschwenkt ο Das untere Ende des Zylinders 198 ist am

Rahmen

Rahmen bei 212 angelenkt, damit sich der Zylinder während dieses Betriebes verschwenken kann, um ein Verklemmen der Gestängeteile zu verhindern.

Wenn sich die Backen 194 und 196 in der geschlossenen Lage befinden, erstrecken sich die Gestänge 206 und 208 in fluchtender Lage zueinander aufeinander zu, so dass die · Mitten der Schwenkpunkte 205, 203 und 207 und 209 in einer gemeinsamen Ebene liegen. In diesem Zustand werden die Gestänge durch die ausgefahrene Kolbenstange 204 festgehalten. Dadurch wird die Stabilität bei geschlossenen Backen und der Einwirkung des Antriebsriemens sichergestellt.

An den Gestängen 206 und 208 sind geeignete Schalter vorgesehen, um die geöffnete und die geschlossene Stellung der Backen anzuzeigen, wie es im einzelnen noch beschrieben werden soll. ■

An der Aussenseite der beweglichen Backe 194ist eine geflanschte Leitrolle 214 angeordnet (s.Pig. 7). Obwohl die Leitrolle 214 in einem geringen Abstand vom Antriebsriemen 162 angeordnet ist, hindert diese Rolle den Antriebsriemen 162 an einem übermässigen Schlagen und Schwingen, wobei der Antriebsriemen auf den Pührungs- oder Leitrollen 180, 182, 188, 200 und 202- gehalten wird.

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Der Rahmen 161 des Band- oder Riemenantriebes ermöglicht eine genaue axiale Ausfluchtung des Werkstückes 88 mit einem oder mit zwei anderen Werkstücken, die verschweisst werden sollen, und der Rahmen wird in der gewünschten Winkellage einstellbar durch eine Strebe 216 gehalten, die an einem Ende bei 217 an einer Halterung 166 schwenkbar gelagert ist und deren anderes Ende mittels eines Gestänges 224 mit dem Rahmen 161 verbunden ist«> Ein Hydraulikzylinder 226 ist bei 228 an der Halterung 166 schwenkbar gelagert und die Kolbenstange 22Ö ist bei gelenkig mit der Strebe 216 verbunden. Eine Bewegung des Rahmens 161 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn (Mg. 6) wird durch eine Berührung zwischen dem Vorsprung 250 der Strebe 216 und einem einstellbaren Anschlag 232 an der Halterung 166 begrenzt, wodurch eine zusätzliche Sicherheit für den Fall geschaffen wird, dass die Hydraulikanlage des Zylinders 226 ausfällt. Weiterhin kann diese Anschlaganordnung dazu verwendet werden, den Rahmen 161 zu tragen, wenn die Maschine gewartet wird.

für viele Zwecke wird ein verhaltnismässig breites Band oder ein verhältnismässig breiter Riemen 162 bevorzugt, um eine --maiimale-" lagerung zu gewährleisten und um radiale Schwingungen zu vermindern, und um eine ausreichende Kontafctflache - zu schaffen, damit das Werkstück, welches gedreht werden soll, sicher gehalten werden kann. Die'

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—·■- Betriebsweise

Betriebsweise des Tragrahmens 161 und des Antriebsriemens 162 soll noch im einzelnen beschrieben werden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 19 bis 22 sollen die .einstellbaren Mittel beschrieben werden, die zur Erzeugung einer ausreichenden Reibung zwischen dem Band und wenigstens einigen der Leitrollen dienen, um das Werkstück 88 in wirksamer V/eise ohne Schlupf zu drehen.

Das Antriebsband 162 ist ein flaches, glattes Band und die Antriebsübertragung zwischen den Riemenscheiben oder Riemenrollen und/dem Band erfolgt lediglich durch Reibung. Um in wirksamer Weise ein zylindrisches Werkstück drehen zu können, welches vom Band 162 umhüllt wird und welches einer grossen Axialkraft ausgesetzt ist, .und wölohes weiterhin die Neigung hat, sich einer Drehung wegen der ausserordentlich hohen Reibungskräfte zu widersetzen, wie sie beim neuen Schweissverfahren auftreten,- sind Mittel vorgesehen, um in einstellbarer Weise die^/irksame Antriebsreibung zwischen den Bandrollen oder Bandscheiben und dem Band zu erhöhen oder zu verringern, und um diese Antriebsreibung gemäss einer vorbestimmten Grosse einzustellen, um einen Schlupf zu verhindern,, V/ie die Figuren 6 und 19 zeigen, erstreckt sich das Band 162 in einer Schleife 163 teilweise um die Riemenscheibe 142.

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Wie Fig. 19 zeigt, ist die Antriebswelle 128 auf der anderen Seite derAntriebsscheibe 142 gegenüber der Halterung 160 mit zwei unter einem WinkeiLangeordneten Gliedern 528 und 530 drehbar verbunden. Diese Glieder 528 und 530 sind im wesentlichen gleich und bilden einen scherenartigen Bauteil ο Dies bedeutet, dass sich d'ie beiden Glieder an ihrer gemeinsamen Endverbindung mit der Antriebswelle 128 überlappen. Die beiden Glieder erstrecken sich jedoch voneinander fort und sind an ihren anderen Enden mit den Wellen der Leitrollen 180 und 182 verbunden. Das Glied' 528 ist an der Leitrolle 180 befestigt und das Glied 530 ist an der leitrolle 182 befestigt. '.-:■■.- :

Die gemeinsame Verbindung der Schwingen oder Glieder 528 und 530 an der Antriebswelle 128 erfolgt über eine Buchse ^: 532» άΐβ gleichzeitig eine Lagerhalterung für das Lager 137 bildet. Die Buchse 532 enthält doppelte Antifriktionslager 534 und 536, die "drehbar von einer Hülse 538 getragen werden, die auf die Antriebswelle 128 aufgepresst ist. GesLgnete Abstandhalter 540 sind vorgesehen, um die Lager im Abstand voneinander zu halten und im Abstand von der Antriebsrolle 142. Das äussere Ende der Hülse 538 wird durch einen geflanschten Abschluss 542 verschlossen, der mit Schrauben 544 ausgestattet ist, die in das Ende der Welle 128 eingeschraubt sind. Der Abschluss 542 hält axial

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die BAD ORIGINAL,

die Hülse 538 und die Abstandhalter 540, wobei durch ein Anziehen oder lösen der Schrauben 544 die Lagervorspannung oder Lagervorbelastung eingestellt werden kann. Ea sei bemerkt, dass die Schwingen 528 und 530 um die Welle

schwenkbar sind. ' -

Die unteren Enden der Glieder oder Schv/ingen 528 und haben, wie bei 546 und 548 gezeigt, einen verbreiterten .Querschnitt, wodurch Kanten 550 und 552 gebildet werden, die sich entgegengesetzt zueinander erstrecken, so dass die Mitten der Glied- oder Schwingenenden, die mit den Rollen 180 und 182 verbunden sind, in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Wie Pig. 20 zeigt, ist das Verbreiterte Ende 548 des Gliedes 530 mit einer Bohrung 554 versehen, die eine e^ntrische Buchse 556 aufnimmt. Diese Buchse hat einen äusseren Flansch 558, der gegen die Aussenseite des Gliedes 53° anliegt. Die Vorderseite des Flansches 538 ist mit einem Sechskantansatz 560 versehen, mittels welchem die Buchse 556 mit Hilfe eines, Werkzeuges gedreht werden kann, Die Buchse 556 kann durch eine Drehung in der Bohrung 554 mittels einer Schraube 562 im Ende des Gliedes 530 festgehalten werden, die sich in eine Radialnut 564 in der Buchse hinein erstreckt.

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Die Buchse 556 ist mit einer axial versetzten Bohrung 566 ausgerüstet, weiche das aussere Ende einer Rollenwelle 186 aufnimmt. An diesem Ende wird die Buchse normalerweise gegen eine Drehung durch eine -Halterungsschraube 568 im Plansch 558 gehalten, die sich in eine Radialnut 570 hinein erstreckt.

Das aussere Ende der Rollenwelle 186 erstreckt sich durch eine verbreiterte Öffnung 572 in einem Abschnitt des Rahmen gliedes 176 des Tragrahmen^ 161 und erstreckt sich dann durch die Rolle 182 zum anderen Rahmenglied 178 hin und wird in diesem getragen. Die Rolle 182 wird drehbar von der Welle 186 durch Äntifriktionslager 574· an beiden Enden der Rolle getragen, und es sind geeignete Dichtungen576 vorgesehen, um das Innere 578 der Rolle abzuschliessen, um die Lager gegen Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen.

An ihren sich überlappenden Zwischenteilen sind die Glieder 528 und 530 aneinander befestigt und werden gegen eine relative Schwenkbewegung nach der genauen Einstellung mittels einer Schraube 580 und einer Beilagscheibe 582 gehalten. Wie Pig. 22.zeigt, ist die Schraube 580 in das innere Glied 528 eingeschraubt und erstreckt sieh durch eine verbreiterte, exzentrische Öffnung 584* Durch diese öffnung wird eine Schwenkbewegung der G-Iieder relativ zueinander ermöglicht.

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"■'■'"■■■■ Aus

Aus Fig;. 20 ist zu erkennen» dass nach einem Lösen der Schraube 58.0 und der Halterungsschrauben 562 und 568 die exzentrische Buchse 556 durch den Sechskantansatz gedreht werden kann. Dies bewirkt einen Vorahub oder ein Zurückziehen der Rolle 182 gegenüber der Antriebsrolle 142 ο Dadurch wird das Antriebsband 162 zwischen diesen Rollen gespannt, bis die gewünschte Antriebsreibung erreicht ist. Die Bewegung der Rolle 182 macht eine Schwenkbewegung des Gliedes 530 gegenüber dem Glied 528 erforder*- lieh und bewirkt diese. Diese Schwenkbewegung wird durch die exzentrische Öffnung 584 im Glied 530 ermöglicht. Es sei bemerkt, dass die Schwinger oder das Glied 528 und die zugeordnete Rolle 180 in gleicher Weise mit einer gleichen exzentrischen Einstellung für den gleichen Zweck ausgerüstet sind, um den Einspanndruck zwischen der Rolle 180 und der Antriebsrolle 142 einzustellen. Nach einer genauen Einstellung der.Antriebsreibung an den Rollen und 182 wird die Schraube 580 angezogen, um die, Glieder festzuhalten, und die Halterungsschrauben 562 und 568 werden angezogen, um die exzentrische Buchse 556 zu verriegeln, wodurch die eingestellte Stellung auch unter Betriebsbedingungen sicher eingehalten wird. »

Zusätzlich zu den einstellbaren Rollen 180 und 182 ist eine dritte exzentrisch einstellbare Rolle 586 gegenüber von den Rollen 180 und 182 vorgesehen, um einen gewünschten

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Dreipunkt-' ORIGINALSNSPECTED

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Dreipunktreibungseinspannkontakt des Bandes 162 iim die * Antriebsrolle 142 herum zu erzielen.

Die Rolle 586, die im Detail in Fig. 21 dargestellt ist, ist im Rahmen 161 neben den Zylindern 190 und 190a zwischen den beiden Rahmengliedern 176 und I78 angeordnet. Die Rolle 586 ist um eine Welle 588 drehbar, auf der die Rolle in Antifriktionslagern 590 und 592 angeordnet ist. Geeignete Dichtungen 594 und 596 sind neben den Lagern vorgesehen und schützen das Innere 598 der Rolle gegen den Eintritt von Schmutz und feuchtigkeit. . '

■Die äusseren Enden der Welle 588 erstrecken sich nach aussen durch die parallelen Rahmenglieder 176 und 178 hindurch. Ein Ende der Welle ist mit einem Schmiernippel 600 versehe^ der mit einer axialen Leitung 602 in Verbindung steht, die sich durch die Welle 588 hindurch erstreckt .. Von dieser

Leitung aus erstrecken sich radiale Abzweigungen 6O4 zum Inneren 598 der Rolle 586, damit die Lager 590 und 592 geschmiert werden können. Eiine ähnliche S chmie ran Ordnung kann vorzugsweise bei den anderen vier Leitrollen vorgesehen sein.

Die Enden der Welle 588 erstrecken sich in exzentrische Buchsen 606 und 608, die in koaxialen Öffnungen 610 und in den Rahmengliedern 176 und 178 sitzen» Die Buchsen 606

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■und 608 sind einander gleich und es genügt deshalb, lediglich eine dieser Buchsen zu beschreiben»

Die exzentrische Buchse 606 ist mit einem äusseren Flansch 614 versehen, de.r gegen die Aussenseite des Rahmengliedes 178 anliegt. Der Flansch 614 ist mit einer Anzahl von gebogenen Schlitzen 616 (Figuren 6 und 19) versehen, deren Mitten die Mitte des Flansches ist, und durch diese Schlitze erstrecken sich Kopfschrauben 618 hindurch, die in das |. ■ Rahmenglied 178 eingeschraubt sind. Zwischen den Schlitzen 616 befinden sich Einsenkungen 620, die zum Einsetzen eines Werkzeuges bestimmt sind, um die Buchse 606 zu drehen. Nach dem Lösen der Kopfschrauben 618 kann die exzentrische Buohse 606 gedreht werden, wodurch die Rolle 586 zur Antriebswelle 142 hin oder von dieser fort bewegt wird, bis die genaue Reibungseinspannung des Bandes 162 an der Rolle 142 erreicht ist. Fach der Einstellung werden die Kopfschrauben 618 in den Schlitzen 616 wieder angezogen, um die Buchse 606 gegen eine Drehung festzuhalten«

Durch die Anordnung, wie sie in den Figuren 19 bis 22 gezeigt ist, wird die erforderliche Antriebsreibung zwischen den Rollen und dem Band oder den Riemen derart eingestellt, dass diese Antriebsreibung einer Vielzahl von Werkstücken, die durch das Band 162 gedreht werden sollen, angepasst v/erden kann. Die drei Rollen, 180, 182 und 586 sind alle

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einstellbar ,

einstelitär, um ihre Einspannwirkung, die sie auf das Band bei der Schleife 163 ausüben, zu verändern. Diese Einstellung wird durch eine Verschwenkung der Bandantriebseinheit 34 durch den. Arbeitszylinder 226 nicht verändert.

"Für die Reib-ungsschweissung eines dreiteiligen Gegenstandes werden die Enden des Werkstückes 88, welches im Band 162 angeordnet ist, und welches in den Ausfluchtungs- und Halterungsvorrichtungen 36 (Fig. 9) angeordnet.ist, neben den entsprechenden Enden von Werkstücken 120 und 122 angeordnet, die in der linken Einspanneinheit 38 und in der rechten Einspanneinheit 40 gehalten werden.Die Einspanneinheit 38 ist gegen eine Axialbewegung und gegen eine Drehbewegung am Rahmen 44 festgehalten, während die Einspanneinheit 40 gegen eine Drehbewegung am Rahmen 44 festgehalten ist, jedoch unter der Einwirkung einer aufgebrachten Kraft axial verschiebbar ist, um einen Axialdruck auf die drei zu verschweissenden Werkstücke auszuüben. Die Stellungen der beiden Einspanneinheiten können, falls gewünscht oder falls erforderlich, umgedreht werden, wobei . in entsprechender V/eise die anderen Komponenten der Reibungsschweissmaschine«abgeändert werden. Im Prinzip ist der Aufbau der liiiispaniieinheiten der gleiche. Es soll deshalbIpdig-lich die Einspanneinheit 40 im einzelnen beschrieben werden. .-.-.-■ ..-_■;■ .^

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Die Einspanneinheit 40 (Pig. 11 und 12) wird von der Rahmenschiene 66 getragen. Die Montageplatte 70 der Schiene 66 trägt gleitbar die Bäsisplatte 240. An der' Platte 240 sind im Abstand voneinander angeordnete Streben 242, 244 und 246 angeschweisst, die ihrerseits angeschraubte Gehäuseglieder 248, 250 und 252 tragen. Diese Gehäuseglieder sind derart geformt, dass diese einen irregulären Gegenstand, wie beispielswei.se das äussere Ende 122 einer Doppel-T-trägerförmigen Vorderachse aufnehmen können« Dieses Ende ist gross und unsymmetrisch und weist einen Bodenlagerflansch 254 auf.

Die Einspanneinheit 40 ist als Ganzes nicht drehbar am Rahmen 44 durch angeschraubte L-fÖrmige Halterungen 256 und 258 befestigt. Die Gehäuseglieder können jedoch leicht von der Einheit dadurch abgenommen werden, dass die Schrauben 260 entfernt werden,- und diese Gehäuseglieder können durch andere Gehäuseglieder ersetzt werden, welche ähnlich geformte Werkstücke oder unterschiedlich geformte Werkstücke aufnehmen können, ohne dass es erforderlich ist, die gesamte Einheit auszubauen. Das Werkstück 122 kann ein Werkstück einer Vielzahl von unterschiedlich geformten Gegenständen sein. Schrauben 261 (Fig. 12) können in gleicher Weise entfernt werden, um einen Austausch oder um eine Lösung des Werkstückes 122 zu ermöglichen, ohne dass dadurch die übrigen Teile der Einheit 40 beeinträchtigt oder gestört werden»

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Während

Während des Sohweissens werden die Oberflachen der Werkstücke 88, 120 und 122 gegeneinander gedrückt, und - : zwar durch eine Kraft, die durch die Einrichtung 42 über die Einspanneinheit 40 an der Platte 264 ausgeübt wird. Diese Platte liegt gegen den Anschlag 266 an,,der gegen das Ende 268 des Werkstückes 122 anliegt, so dass ^;

die Einheit 40 "bei der Darstellung in den Figuren 1 und 9 nach links geschoben wird₀ Die Einheit 38 ist im wesentlichen die gleiche, mit der Ausnahme, dass die Bolzen 259 I (lig, 12) angezogen sind, um die Einheit an der Schiene 66 zu befestigen^

Die Vorrichtung 42, die zur Aufbringung einer Kraft vorgesehen ist, ist im einzelnen in Pig; 8 dargestellt. Diese Torrichtung ist automatisiert und kann programmiert sein, .· um den Sohweisszyklus zu beginnen und um die zu verschweissenden Gegenstände in Reibungseingriff zu drücken, und um die Drehung des einen Werkstückes nach der Erzielung - der.erforderlichen Wärme und des plastischen Zustandes des Metalles oder der Metalle zu beenden, und um gleichzeitig die Kupplung 26 zu lösen und die Bremse 32 anzulegen, um die Werkstückdrehung abzustoppen und um einen YerSchmelzungsdruck auszuüben, falls dies nach der Abschaltung der Drehung notig sein sollte, und um danach einen Kühldruck zuzuführen, und um alle diese Drucke nach der Verbindung der Werkstücke zu lösen.

909828/0947 _Die

Die Vorrichtung 42 zur Ausübung'einer Kraft weist einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 280 (Fig. 1) auf. Die Kolbenstange 281 bewegt eine Stosssbange 282 in Anlage gegen die Lagerplatte 264, um die Einspanneinheit 40 in längsrichtung zu bewegen. Der Zylinder 280 wird durch geeignete Solenoidschieder gesteuert, die von elektrischen Steuerungen betätigt werden, die noch erläutert werden.

Die Wandung 284 (Pig. 8) unterstützt die Programmierung der Maschine und ist an der Seite des Zylinders 280 angeordnet und trägt elektrische Grenzsehalter 286, 288, und 292, die mit den elektrischen Steuerungen der Maschine verbunden sind. Zwischen den oberen Schaltern 286 und und den unteren Schaltern 288 und 290 sind zwei Stangen 294 und 296 angeordnet, die mit der Kolbenstange 281 über einen Haiterungsbugel 302 verbunden sind. Diese Stangen 294 und 296 sind gleitbar in Halterungen 298 und 300 an der Wand 284 gelagert. Die Stangen 294 und 296 sind durch geeignete Halterungsbügel 304 und 306 miteinander verbunden, so dass sie sich entsprechend der Bewegung der Kolbenstange 281 gleichförmig bewegen. In der unteren Stange 296 ist ■" eine Zugfeder 308 angeordnet, die am hinteren Ende der Wandung 284 durch einen Bolzen 310 befestigt ist. Diese Feder setzt der Bewegung der Stangen einen vorbestimmten ■ Widerstand entgegen.

909828/09 47 Jede

Jede der Stangen 294 und 296 trägt zwei im axialen Anstand angeordnete Widerlager 312, 314, 316 und 318. Diese Widerlager oder Anschläge sind in Längsrifatung an den Stangen einstellbar, so dass diese Anschläge gegen die zugeordneten Schalter zu vorbestimmten Zeitpunkten in Anlage gelangen können und diese betätigen können. Die Zeitpunkte hängen dabei von der Art des zu schweissenden Werkstückes ab. Eine geeignete Skala 320 erlaubt es, dass die Anschläge genau eingestellt werden können-, um einen vorgegebenen Schweissvorgang zu programmieren.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt der Vorschub der Kolbenstange 281 bei der Darstellung in Fig. nach links, der zum Antrieb der Einspanneinheit 40 dient, eine Bewegung der Stangen 294 und 296« Durch diese Bewegung dieser Stangen betätigt zuerst der .Anschlag 314 den Schalter 286, um den ^eginn des Schweißens und der axialen Andrückung auszulösen. Eine weitere Bewegung der Kolbenstange 281 und der Stangen 294 und 296 in der gleichen Richtung bewirkt, daß der Anschlag 316 den Schalter 288 schaltet, um die Erhitzungsstufe des Schweißvorgangs einzuschalten.. Eine weitere Vorwärtsbewegung der Stoßstange .281 in der gleichen Richtung bewirkt, daß der Anschlag 312 den Schalter 292 schaltet, um die Erhitzungsstufe zu

beenden, « ., 90 982 8/ 0 9 Λ7

BAD ORiQlNAL

■beenden, und um die Kupplung 26 auszulösen, die ihrerseits über das elektrische Steuersystem und das Steuersystem für die fluiden Medien die Bremse 32 anzieht, um die Drehung des Werkstückes 88 abzustoppen«. Eine zusätzliche Vorwärtsbewegung findet statt, weil der Anpreßdruck, der auf das Werkstück ausgeübt Wird, ganz erheblich erhöht wird, um die Stücke miteinander zu verschmieden. Dadurch wird eine feste Verschweißung sichergestellt. Durch diesen Vorgang schaltet der Anschlag 318 den Schalter 238, um die Druckstufe zu been- , den und um einen Solenoidschieber zu betätigen, um einen verminderten Haltedruck aufzubringen, der während des Abkühlens der geschweißten Werkstücke aufrecht erhalten wird.

Die erfindungsgemäße Beibungsschweißmaschine "ist voll automatisiert und kann programmiert werden, um alle Betriebsstufen- ohne eine Beaufsichtigung durch das Bedienungspersonal und ohne manuelle Manipulationen durchführen zu können« Die programmierbare Automatisierung wird mittels eines verbundenen Steuernetzes für die elektrischen Einrichtungen und für die von fluiden Medien betätigten Einrichtungen durchgeführt. Die Betriebsfolge der Maschine wird durch eine Anzahl von geeigneten, elektrischen, eingestelltenSchalteinrichtung en

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I '

tungen gesteuert, die mit den Solenoidschiebern verbunden sind, um die Luftmechanismen und die Hydraulikmechanismen zu "betätigen» Die auf elektrische Weise zeitlich geregelte Betriebsfolge der Maschine ist vor jedem Schweißvorgang einstellbar, wobei die Schalter derart eingestellt werden können, daß sie zu bestimmten ausgewählten Zeit*- intervallen geschaltet werden, die von der Größe und vom Material der Werkstücke abhängen, die geschweißt werden sollen« Drehgeschwindigkeit, Axialkraf"t, Erhitzungszeit und Verschweißungsanstauchkraft sind Parameter, welche die Einstellung für einen gegebenen Schweißzyklus beeinflussen

Das Masohinensteuernetz ist schematisch in Fig. 16 dargestellt« Dieses Steuernetz umfaßt untereinander 'verbundene elektrische, hydraulische und luft-SteuerungenV Das Hydrauliksystem wird mit einem unter Druck stehenden fluiden Medium über die Leitung 330 gespeist, die mit einem nicht dargestellten, temperaturgesteuerten Hydraullkvorratsbehälter verbunden ist. Die leitung 330 speist die Pumpen 1 und 2 unmittelbar über die leitungen 332 und 334» /:■.'■

Die Pumpe Hr. 1 ist über die Leitung 336 mit einem zentralen Verteiler 338 verbunden, der den Haupthydraulikkreis

steuert ο

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steuert«, Der Verteiler 338 weist getrennte Solenoidschieber 34Ü, 342, 344 und 346 auf, welche die verschiedenen Auslässe steuern. Auslaßleitungen 348 und 350 sind vor und hinter einem Kolben 354 mit einem Hydraulikzylinder 352 verbunden« Der Hydraulikzylinder 352 wird durch den Kolben 356 eines Druckluftzylinders 358 gesteuert, und zwar über eine zwischengeschaltete Kolbenstange 360. Auf diese Weise kann der "Druck im Haupthydrauliksystem verändert werden, um einen Sammler " oder Akkumulator für den Zylinder 280 zu schaffen, der zur Aufbringung einer axialen Kraft dient„ Dieser Sammler oder Akkumulator kann während des Anstauchens verwendet werden«

Der Verteiler 338 ist ebenfalls mit der Druckseite und der Auslaßseite des Kolbens 362 des Arbeitszylindera über Leitungen 364 und 366 verbunden. Der Arbeitsdruck wird durch die Leiturg* 364 zugeführt und der Kolbenrüokführungsdruck wird durch die Leitung 366 zugeführt und wird durch den Solenoidschieber 346 gesteuert» Die Solenoidschieber 340 und 346 sind über Leitungen 368 und 370 mit der Sammelleitung 372 verbunden, die zur Steuertafel 46 führt (Fig. 1 ο und 1). Der Solenoidschieber 342, der durch die Leitung 374 mit der Sammelleitung 372 verbunden ist, steuert den Aufbau des VerSchmelzungs-

druckeg

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-. 51 - ■·»

druckes im Zylinder 280, der der Beendigung der Wärme« erz eugungs drehung folgt, wie es bereits ausgeführt wurde«, Dabei wird es dem Hydraulikakkumulatorzylinder 352 ermöglicht, unter hohem Druck stehende Flüssigkeit durch den Verteiler 338 in die. Leitung 364 laufen zu lassen« Der Solenoidsehieber 344, der durch die Leitung 376 elektrisch mit der Schalttafel 372 verbunden ist, ist ein .tiberström- oder Druckbegrenzungsschieber, der betätigt wird, um die Vorwärtsbewegung des Zylinders 280 abzuschalten. - . "

Akkumulatorsignalschalter 378 und 380, die mit der Schalttafel 372 verbunden sind, zeigen an der Steuertafel 46 die zurückgeführte und unwirksame Stellung des Luft-Hydrauliksammlers 352 und 358 an, wenn diese Schalter durch einen Anschlag 382 an der Stan-ge 360 betätigt werden. ■ ·

Der Solenoidsehieber 383, der über die Leitung 384 elektrisch gespeist wird, wird von der Pumpe Kr. 2 über die Leitung 386 mit Flüssigkeit gespeist wawd, um die bewegliche Backe 194 der' Bandantriebseinheit 34 zu öffnen und zu schließen, wie es im vorstehenden erläutert wurde. Die vom Solenoidsehieber 383 fortführenden Leitungen 388 und 390 führen zu diesem Zweck zur Druck- und Auslaßseite

des

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des Kolbens 392 des Zylinders 198.

Grenzschalter 396 und 398 sind derart angeordnet, daß sie durch den Gestängemechanisinus 206 und 208 der bewegliehen Backe 194- geöffnet und geschlossen werden können, wodurch diese die Bremse 32 und das Solenoid 342 schalten, wie es noch im einzelnen bei der Beschreibung der Betriebsweise der Maschine dargelegt werden solle Leitungen 400 und 402 verbinden die Grenzschalter 396 und 398 '

elektrisch mit einer zweiten Elektroschalttafel 404» welche gleichfalls zur elektrischen Steuertafel oder Steuerkonsöle 46 führt.

Die Hochdruckkraft, die zum Verschmelzen oder zum Schmiedeanstauchen der Teile, die geschweißt werden, erforderlich ist, wird am Zylinder 358 erzeugt. Die Eingangsseite dieses Zylinders 358 ist über eine leitung 406 mit einer Anzahl von einzelnen Druckluftbehältern 408, 410, 412 und 414 verbunden, die verschiedene Speicher- und Druckkapazität haben. Diese Vorratsbehälter können wahlweise mit dem Druckluftsteuersystem verbunden werden, und zwar entsprechend dem Druckbedarf einer bestimmten Bearbeitung. Druckmesser 416 können mit den Behältern verbunden sein, um die Drucke der Behälter sichtbar anzuzeigen. Die Leitung 406 ist ebenfalls mit dem Solenoid-'

·■■■■■" schieber

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-- 53 -

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sohieber 418 verbunden, der elektrisch von der Schalttafel 372 durch die Leitung 4-20 gespeist wird. Weiterhin .ist dieser Schieber über die Leitung 422 mit dem Luftvorratsbehälter 424 verbunden, der wieder mit dem Hebelventil 426 verbunden ist, das- für eine manuelle Manipulation dient ο Zwei Leitungen 428 und 430 verbinden das Kegelventil 426 mit dem Zylinder 190 der einstellbaren Bandspannungsrolle 188» Der Zylinder 190 kann entweder manuell über den Hebelsehieber 42.6 betätigt werden oder automatisch bei einer Erregung des Solenoidschiebers 418„

Der !Trag- und Auarichtungszylinder 226 für den Bandantriebsrahmen wird mit Druckluft über die Leitungen 432 und 434 von einem Hebelschieber 436 gespeist, so daß der Zylinder 226 manuell betätigt werden kanne Die Luft, die vom Schieber 436 aufgenommen wird, kommt von der Druckluftspeiseleitung 438 über die Leitung 440 und gelangt durch den Druckregler 442 zur Leitung 444«.

Die Leitung 440 führt Druckluft dem Druckregler 446 zu, der über die Leitung 448 den Vorratsbehälter 450 des Bremsbetätigungssteuermechanismus der Bremse 32 speist„.-Wenn der Solenoidschieber 452 über die elektrische Leitung 454 von der Schalttafel 404 erregt wird, wird Druckluft, die vom Vorratsbehälter 450 kommt, über die Leitung 456

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■ - 54 - \ '■ ; -.,'.■■

der Membran 458 zugeführt, deren Stoßstange 460 den Kolben 462 des Hydraulikzylinders 464 bei der Darstellung in Fig. 16 nach rechts antreibt. Dies führt dazu, daß die Flüssigkeit in der leitung 466 die Bremsschuhe 468 in Anlage gegen die Trommel der Bremse 32 drückt, welche an der Hauptantriebswelle■128 angeordnetiat» Der Bremsschuh 468 ist normalerweise gegen die Bremse 32 gedrückt, wenn die Maschine außer Betrieb ist. Der Druckschalter 470, der elektrisch über die leitung 472 mit der Steuertafel 404 verbunden ist, wird geschaltet, wenn der Zylinder 462 betätigt wird, was noch im einzelnen beschrieben werden soll ο

Neben der Bremse 32 ist der Drehzahlgebermechanismus angeordnet, der bewirkt, daß das Band 162 während der Drehung (Fig. 3) in der verriegelten Stellung gehalten wird» Der Abtaster 150 des Drehzahlgebers ist über die leitung 474 mit der Sammeltafel 404 verbunden,

Die leitung 440 führt ebenfalls luft einem dritten mit einem Meßgerat ausgestatteten Druckregler 476 zu, und von dort aus gelangt die luft über die leitung 478 zu . einem Vorratsbehälter 480 des Steuermechanismus der Kupplung 26ο Der Solenoidschieber 482, der vom Vorratsbehälter 480 über die leitung 484 mit luft versorgtwird,

■/""""'■■' " - führt

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führt Luft über die Leitung 486, die Leitung 488 und die Leitung 490 der Kembraneinrichtung 492 zu, um diese zu 'betätigen. Die Stoßstange 494 -bewegt si oh linear entsprechend der Bewegung der Membraneinrichtung 492 und verschwenkt einen Betätigungshebel 496, um wahlweise die Kupplung 26 einzurücken oder auszurücken, wenn der Solenoidschieber 482 von der Steuerkonsole 46 und der Tafel 372 aus über die Leitung 498 und den Verteilerkasten 500 erregt wird. Die beiden anderen Abzweigungen der Verbindungsstelle 488 führen au den Druckschaltern 502 und 504ο Die elektrischen Leitungen 506 und 508 dieser Druckschalter sind über den Verteilerkasten 500 und über die Leitung 498 mit der Schälttafel 372 verbunden·

Die Schalter 502 und 504 sprechen auf den Luftdruck im Kupplungsbetätigungsmechanismus während des Ausrückens und Einrückens der Kupplung 2ό an« Der Zweck hierfür soll noch beschrieben werden«

Wie bereits dargelegt, wird der Druckaufbau, die Dauer, die Größe und das Ablassen der Axialkraft, die über die Stoßstange 282 durch den Zylinder 280 der Kraftausübungs-. vorrichtung- 42 aufgebracht wird, durch Einstellung der Anschläge 312, 314, 316 und 318 und der Grenzschalter 286, 288, 290 und 292 (*'ig. 8) programmgesteuert« Diese

Schalter

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Schalter zeigen ebenfalls den Beginn und das Ende des Schweißzyklus an und die gleichzeitige Ausrückung der Kupplung 26 und das Anlegen der Bremse 32. Elektrische Leitungen 510, 512, 514 und _x516 verbinden die G-renzschalter 286, 288, 290 und 292 mit der Sammelschalttafel 404f wodurch diese Schalter mit der Steuerkonsole verbunden sind.

Die Steuerkonsole 46 ist mit den folgenden Instrumenten ' ™ ausgerüstet, wobei die Aufzählung, beginnend in der oberen linken Ecke der Darstellung in Fig. 16, von oben nach unten erfolgti

Abkürzung · Funkti on

PT zeigt an, daß die Pumpe 1 eingeschaltet

ist und richtig funktioniert

P2 zeigt an, daß die Pumpe 2 eingeschaltet

ist und richtig funktioniert

Ein)

Hauptschalter

Mot zeigt an, daß der Motor 124 eingeschaltet ist und richtig funktioniert

OU Anlaßdruckknopffür den Motor

OFF Absehaltdruckknopf für den Motor

EME zeigt eine Notabschaltung an

RES Sotauslöseschalter

PAMIO Hauptausschältdruckknopf

HYD zeigt an, daß das Hydrauliksystem in richtiger Weise funktioniert

OF

909828/094I

Abkürzung
CM

HEAT JOG REY
PILOT
TEST

JOG MfD

Punktion "

Einschaltdruckknopf für das Hydrauliksystem Ausschaltdruckknopf für das Hydrauliksystem zeigt eine Rückführung an Einschaltdruckknopf für den Schweißzyklus

stellt sicher, daß sich der Druckzylinder 280 in der zurückgeführten Stellung' Toe« findet

zeigt die Erwärmung an

Umschaltdruckknopf

Signallicht

manuell drehbarer Schalter, um die Kreise vor dem Einschalten der Maschine zu prüfen

Yorwärtsdruckknopf

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Maschine kann eine große Vielzahl von getrennten, hohlen oder vollen, zwei- oder dreiteiligen Werkstücken zu einem ganzen Bauteil geschweißt werden, wobei Bedingung ist, daß diese Werkstücke geeignete Schweißoberflächen haben, wobei kreisförmige, ebene, aufeinander passende Oberflächen bevorzugt sind, und wobei diese Werkstücke eine ausreichende Menge Metall in der Nachbarschaft dieser Oberflächen haben sollen, welches verdrängt werden kann, um eine Verdrängung während der Yerschmelzungs- oder Verschmiedungsstufe zu erlauben. Ein Werkstück ist dabei um seine Längsachse drehbar angeordnet. Zur Erläuterung sei eine Beschreibung

der

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der Vorschweißung, der Belastung und der Schweißung gegeben, die zur Verbindung oder Herstellung einer dreiteiligen Fahrzeugvorderachse erforderlich sind. Diese Verfahrensschritte sind achematisch in Pig» 9 dargestellt.

Wenn sich die Maschine in Ruhe befindet, und die Energie abgeschaltet ist, so wird durch Druckluft, die immer vorhanden ist, die Bremse 32 angelegt, um die Welle 128 gegen eine Drehung zu halten, und die Kupplung 26 wird in der in Fig. 16 dargestellten ausgerückten Stellung gehalten» Zur Vorbereitung des Betriebes werden vorläufige Einstellungen des Steuernetzes zur Anpassung an die Teile, die geschweißt werden sollen, durchgeführt. Diese Einstellungen umfassen die wahlweise Einstellung oder Anordnung der Anschläge 312, 314, 316 und 318. Alle Kreise werden durch den Drehschalter "TEST" geprüft und der Energieschalter, der Einschaltdruckknopf der Pumpenmotoren für die Pumpen 1 und 2 und der Einschaltdruckknopf des Motors 124 werden an der Steuerkonsole 46 betätigt. Während dieser Prüfung bleibt die Bremse 32 angezogen und die Kupplung 26 ausgerückt und dies erfolgt über geeignete nicht dargestellte Relais. Der Hilfsrückstelldruckknopf "RES" der Hydraulikeinschalter und der Druckknopf "REV" werden betätigt, damit sich die beweg-

liehe

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liehe Backe 192 aus ihrer geschlossenen Ruhelage in ihre offene Stellung "bewegt und um hydraulische Leistung zur Verfügung zu stellen und um sicherzustellen, daß'sich der Zylinder 280 in seiner zurückgezogenen Stellung befindet.

Irreguläre, nicht-symmetrische Steuerachsenendstücke 120 und 122 weisen an den zu verwohweißenden Oberflächen einen kreisförmigen Querschnitt auf. An weiteren Stellen haben diese Achsabschnitte einen doppel-T-förmigen Quer-Bchnitt und die Achsabschnitte haben eine Federmontageplatte 254 und Ansatzbuchsen 262 zur Aufnahme der Steuereinrichtung. Diese komplexen Bauteile werden von den Gehäusegliedern 248, 250 und 252 (Fig. 12) der Einspanneinheiten 38 und 40 eingeschlossen. Der Mittelabschnitt dieser Achse ist ein nahtloses Rohr 88, wobei dieses Rohr von Ende zu Ende eine gleichmäßige zylindrische Form aufweist. Die Werkstückträger 82, 84 und 86 sind auf jeder Seite des Bandes 162 radial eingestellt, so daß diese Träger exakt dem Durchmesser des Rohres 88 angepaßt sind.

Die Werkstückträger 82 der linken und rechten Ausfluchtungs- und Lagereinrichtungen 36 sind aus der Aussparung 96 zurüokgezogen. Dadurch werden die Aussparungen oder Öffnungen 96 geöffnet,unä das Werkstück 88 kann eingesetzt

werden, 909828/0947

werden, so daß dieses Werkstück von der nach außen offenen Schleife 161 (Fig. 6) des Bandes 162 umschlossen v/erden kann und auf den Hollen 97 der linken und rechten Träger 84 und 86 (Pig. 4) sitzt» Die Träger 82 werden dann in die Aussparungen 96 zurückgestellt, so daß alle sechs Rollen 97 in gleicher Weise um das Werkstück 88 herum angeordnet und drehbar sind»

Es ist zu erkennen, daß das gesamte rohrförmig^ Werkstück ^ 88, welches der schwere und massive Hittelabschnitt der Vorderachse ist, durch die im axialen Abstand angeordneten Rollenaätze axial gleitbar und um seine Längsachse drehbar getragen wird. Bin beträchtlicher Abschnitt des rohrförmigen Werkstückes, der zwischen den Paarenvon drei in Umfangsrichtung verteilten Rο3Ieη 97 liegt, wird axial .^l ei t bar von der Schleife 161 des endlosen Bandes 162 umfaßt. Das Band muß nicht das Gewicht des Werkstückes 88 tragen und die gesamte, &e:a Band zugeführte Energie wird verwendet, um das Rohr 38 während des Schweiß· ' Vorganges zu drehen»

Die Endabschnitte 120 und 122 der Vorderachse, die geachv/eifi^r werden soll, sind ganzteilige geEchmiedete Abcuh.-itte, die zylindrische, rohnörnige innere Enden bei 322 und 32- L--. ten, -vie es in l^rig. 9 gezeigt ist,

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Diese zylindriseilen, rohrförmigen Enden haben die gleiche Form und den gleichen Durchmesser wie die entsprechenden Enden des Hohres 88 (siehe Figo 13 und 14)ο

Die bewegliche Backe 194 wird durch ein Eindrücken des "STAiIT"-Druckknopfes der Steuerkonsole 46 geschlossene Der Solenoidschieber 383 fällt ab, damit hydraulische Druckflüssigkeit dem Kolben des Zylinders 198 zugeführt wird«. Das Schliei3en der beweglichen Backe 194 schließt den Grenzsehalter 398 und öffnet den Grenzschalter 396» Das Öffnen des Grenzschalters 396 "bewirkt mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Relais die Erregung des Brerassolenoidschiebers 452, um die Bremse 32 zu lösen und um die Kupplung 2b einztirücken» Das Lösen der Bremse 32 öffnet den Schalter 470 am Zylinder 464» Dadurch wird der ICupplungssolenoidschieber 482 erregt, um die Kupplung 26 einzurücken ο Auf diese Weise kann der Antriebsriemen 28 die Welle 128 drehen, und es beginnt die Bewegung des Bandes 162, um das Werkstück 88 um dessen Achse zu drehen.,

Druckluft wirkt auf das Diaphragma 492 ein, um die Kupplung 26 einzurücken, wodurch der Schalter 504 geöffnet wird, und der Schalter 502 geschlossen wird. Das Schließen des Schalters 502 erregt den Solenoidschieber 340

am 909828/0947

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am Verteiler 338 mittels einer Anzahl geeigneter, nicht dargestellter Relais» Dadurch wird hydraulischer Druck dem Zylinder 280 zugeführt, um die Stoßstange 282 bei der Darstellung in Fig. 1 nach links zu verschieben, wie es durch den Pfeil 520 in Pig» 16 dargestellt ist. Dadurch wird bewirkt, daß der Anschlag 314 den Grenzschalter 286 schaltet, wodurch der Schweißzyklus beim axialen Andrücken ausgelöst wird, wodurch die benachbarten Bndoberflächen der Werkstücke 88, 120 und 122 nahezu in Kontakt miteinader in der Stellung gebracht werden, die bei 322 und 324 in Fig. 9 dargestellt ist» Der Solenoidschieber 344 ist elektrisch parallel zum Solenoidschieber 340 geschaltet und wird bei einer Vorwärtsbewegung der Stoßstange 282 geschlossen. Es iot zu erkennen, daß die axial gleitbare Halterung des ,/erkstückes 88 jede axiale Verschiebung des Werkstückes 88 erlaubt, die während des Schweißvorganges erforderlich ist ο

Eine weitere Bewegung der Stoßstange 282 bewirkt, daß der Anschlag 316 den Grenzschalter 288 schaltet, wodurch der Solenoidschieber 342 erregt wird, was einen fortschreitenden Aufbau eines hydraulischen Druckes im Zylinder 280 erlaubt, um die Axialschweißung dadurch zu beginnen, daß die benachbarten Endoberflächen der drei

Werkstücke

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bad cs;3;n

Werkstücke in einen axialen Kontakt gebracht werden, der unter einem fortlaufend höheren axialen Druck steht, wodurch Reibungswärme erzeugt wird. Diese Betriebsweise wird für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt, bis sich die im Reibungseingriff stehenden Werkstückenden auf den Schmelzpunkt erhitzt haben. Die fortschreitende Druckbeaufsohlagung durch die Stoßstange bewirkt eine axiale und radiale Verdrängung bzw, Verschiebung des nun plastischen Metalls an den in Reibungseingriff miteinander stehenden Oberflächen. "

An diese Verdrängung des Metalles schließt sich eine weitere Vorwärtsbewegung der Stange 282 an und dadurch wird durch den Anschlag 312 der Grenzschalter 292 geschaltet, um den Solenoidschieber 482 abzuschalten, um die Kupplung 26 auszurücken, und um dadurch eine Energieübertragung auf die Welle 128'abzustoppen. Durch das Lösen der Kupplung 2b bewirkt ein Rückdruck das Schließen des Schalters 504, wodurch der Bremssolenoidschieber 452 abfällt, so dnß der Luftdruck nunmehr die Bremse 32 anlegt, um zwangsläufig die Drehung der Welle 128 abzustoppen.

liach den Abstoppen der V/ell^ 128 wird der Drehzahlgeber 144 über ein nicht dargestelltes Relais wirksam, um den

Solenoidschieber 909828/0947

BAD On,

Solenoidschieber 383 zu erregen, wodurch der Zylinder 198 in der entgegengesetzten Richtung betätigt wird, um die bewegliche Backe 194 zu öffnen, um. das Werkstück 88 aus der Bandschleife frei zu geben. Das öffnen der beweglichen Backe 194 schließt den Grenzschalter 396 und öffnet den Grenzschalter 398. Das öffnen des Grenzschalters 398 erregt den Solenoidschieber 342 des ' Verteilers 338ο Dadurch kann Hochdruck aus dem Akkumulator 352 - 358 in den Zylinder 280 eintreten, um nunmehr die Stoßstange 282 bei der Darstellung in Fig. 1 mit erhöhtem Druck nach links zu drücken, um die drei Werkstücke nach Art eines Preßschmiedevorganges an ihren aneinander anliegenden, nunmehr plastischen und deformierbaren benachbarten Bndabschnitten zusammenzudrücken, um hinsichtlich der Struktur fehlerfreie Schweißverbindungen zu erzeugen.

Dieser erhöhte Druck an der Stoßstange 282 führt zu ι einer fortgesetzten Vorwärtsbewegung der Stange 282 und sobald der Grenzschalter 290 durch den Anschlag 218 geschaltet wird, wird dadurch das Ende des Anstauchens angezeigt und der Steuerkreis wird betätigt, um den Druck im Zylinder 280 auf den Druck zu verringern, der für ein Kühlen an Ort und Stelle erforderlich ist.

Ma oh

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Nach dem Kühlen wird die zusammengesetzte Achse aus der Maschine heraus genommen, und die Stoßstange 282 wird in ihre unbelastete Ausgangsstellung dadurch zurückgeführt, daß der Druckknopf "IiEY" an der Steuerkonsole 4-6 betätigt wird, wodurch der Solenoidschieber 346 am Verteiler 338 betätigt wird, um einen Rückführungsaruck dem Zylinder 280 zuzuführen» Gleichzeitig fällt der Solenoidschieber 34-0 ab und der Solenoidschieber 344 wird geöffnet, damit die Flüssigkeit, die aus der hinteren Kammer des Zylin- g ders 280 austritt, zurückströmen kann. Die vollständig zurückgezogene Stellung des Zylinders 280 wird durch das Lichtsignal "RET" an der Steuerkonsole 46 angezeigt. Auf diese Weise wird ein vollständiger Arbeitszyklus vollendet und dieser Arbeitszyklus kann für ähnliche oder andere nicht ähnliche Werkstücke wiederholt werden, die in die Backen eingesetzt werden«

Die hergestellte Vorderachse weist Schweißverbindungen auf, die fest zusammengeschmolzen sind und die im wesentlichen die gleiche Metallkomstruktur wie das Ausgangsinetall haben. Längs der äußeren und inneren Oberflächen des Gegenstandes treten an der Schweii3verbindung, wie sc/anatiscb. bei 522 in Fig» 14 gezeigt, ein Paar ringförmige Rippen 524 und 526 auf, die durch eine Hut

voneinander

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voneinander getrennt sind. Diese Rippen werden durch eine plastische Verdrängung des Ausgangsmateriala gebildet, wobei diese plastische Verdrängung durch das axiale Anstauchen hervorgerufen wird. Diese Metallverdrängung hat "beim Schweißvorgang ein vorbe stimmte a LIaL*, um einen fertigen Gegenstand von bekannter oder bestimmter Länge herzustellen,, Die Sippen 524 und 526 köni-ei- in einfacher Weise abgedreht oder abgeschliffen werden, um, falls dies gewünscht ist, eine glatte Oberfläche zu er- w zeugen» Die Werkstücke werden so fest miteinander verbunden, daß, wenn die Rippen abgeschliffen sind, die Verbindungsstelle durch nichts anderes als durch die Schleif stellen festgestellt und ermittelt werden kann«

Testergebnisse eines Ausführungsbeispieles der iia vorstehenden beschriebenen Schweißfolge sind in Mg. 17 dargestellt. Die Pig. 17 zeigt die geringe erforderliche Schweißzeit, die geringer ist als 60 Sekunden, ! den geringen Energiebedarf und die längenvericürzung, die durch die Metallverschiebung hervorgerufen wird« Die axiale Reibungseingriffskraft steigt graduell auf etwa 12 000 Pfund an und bleibt während der Erhitzungsperiode konstant auf diesem Wert, Am Ende der Erhitzunga~ Periode wird die Werkstückdrehung abgestoppt und die Kraft wird abrupt auf etwa 54 000 Pfund für die kurze

Anatauchperiode ^909828/0947

, CSQlHAL

Anstauohperiode erhöhte Danach wird die Kraft -wieder auf etwa 12 000 Pfund während der Kühlung vermindert, um die effektive Länge der Verdrängung einzustellen, ehe die Kraft auf Null verringert wird«

Die graphische Darstellung der Metallverdrängung zeigt eine Bndverdrängung von etwa 0,80 Zoll und die graphische Darstellung des Leistungsbedarfes zeigt einen Verbrauoh von etwa 38 000 ¥ beim Beginn des Betriebes, wenn , die Oberflächen, die verschweißt werden sollen, zum ersten Mal in einen Reibungseingriff miteinander gelangen. Wenn erst einmal der Anfangswiderstand überwunden ist, fällt der Leistungsverbrauch auf 4 000 W ab und danach steigt der Leistungsbedarf in irregulären Intervallen bei zunehmendem Axialdruck auf etwa 24 000 W kurz vor dem Anfang der Heizperiode an. V/ährend der Erhitzungsstufe war der Reibungswiderstand vermindert und deshalb fällt der Leistungaverbrauch auf etwa 16 000 W ab. Die Reibung eingriff speriode und die Jirhitzungsperiode umfassen für diese speziellen Werkstücke lediglich etwa 38 Sekunden. Obwohl sich diese Werte ändern können, verbleiet ein vorteilhaftes Verhältnis bezüglioh des Leistungsverbrauchs und des Zeitaufwandes.

Bin

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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zweiten vorteilhaften Schweißbetriebsfolge,die sioh von der in Pig,17 dargestellten Betriebsfolge unterscheidet, ist in den Kurven der Fig. 18 dargestellt» Dieser SchweißVorgang unterscheidet sich von der in Fig. 17 dargestellten Betriebsweise dadurch, daß die Anfangsreibungseingriffskraft schnell auf etwa 6 000 Pfund' ansteigt und danach graduell auf 15 600 Pfund bei der Erhitzungsstufe ansteigt. Schließlich wird diese Kraft ganz plötzlich , " während des Anstauchschmiedens auf etwa 62 000 Pfund erhöht, und zwar oJme eine weitere Verminderung vor dem Ausschalten. Dies führt zu einer beträchtlich kürzeren Schweißzeit, ohne daß dadurch die Qualität der Schweißung schädlich beeinflußt wird. Die genaue Folge der Schweißschritte kann sich jedoch etwas verändern, und zwar in Abhängigkeit von der Größe der zu schweißenden Werkstücke und vom Material der zu schweißenden Werkstücke«

Die Maschine kann ebenfalls verwendet werden, um ein stationäres Werkstück an ein zweites sich drehendes Werkstück mittels Reibungsschweißung anzuschweißen. Beispielsweise können symmetrische Achsen und das zugeordnete Achsgehäuse verschweißt werden. In diesem Fall kann vorzugsweise das Achsgehäuse stationär gehalten

vjerden,

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werden, und die Achsschenkel können gegen das Gehäuse gedreht werden. Dies kann mit dem gleichen Bandantriebs system 34- erfolgen, wobei ein Adapter vorgesehen ist, in den die Spindel eingespannt werden kann und der in einer ähnliohen Weise gedreht werden kann, wie es in Verbindung mit dem Werkstück 88 beschrieben wurde' =

Bs wurde ein neues Verfahren und eine neue Haschine zur ßeibungaachweißung von verhältnismäßig großen Gegenständen geschaffen. Die Maschine wird von einem Riemen angetrieben, ist automatisch gesteuert und kann an eine große Anzahl von Werkstücken von unterschiedlicher Form und von unterschiedlichen Größen angepaßt werden,.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. - γυ -

   Patentansprüche

   1, Seibungsschweißverfahren, bei welchem eine Anzahl von metallischen Werkstücken, die zu einem ganzteiligen Gegenstand verbunden werden sollen, relativ zueinander gedreht werden, wobei diese Werkstücke unter einem ausreichend hohen AnIa gedruck in axialer Anlage gegeneinander gehalten werden, um ausreichende Wärme zu erzeugen, um das Metall plastisch und verschmelzbar in " den Bereichen der Anlage zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Drehung abgestoppt wird, nachdem das Metall verschmelzbar geworden ist, daß dann der Anlagedruck für eine vorbestimmte Zeit wesentlich erhöht wird, um die Verbindung zu unterstützen, daß dann dieser Druck auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert erniedrigt wird, wobei sich der nun verbundene Gegenstand abkühlen kann, um eine vorbestimmte Gegenstandslänge des fertigen Gegenstandes zu erzielen.

   2. Verfahren zur Reibungsverschweißung eines Zwischenwerkstückes und zweier Endwerkstücke aus Metall zu einem ganzteiligen Gegenstand, wobei diese Werkstücke in eine axial fluchtende lage gebracht werden, und wobei diese Werkstücke unter einem hohen Druck in axiale Anlage

   gebracht 909828/0947

   gebracht werden, wobei das mittlere Werkstück gedreht wird und wobei die Endwerkstücke gegen eine Drehung gehalten werden und wobei dieser.Druck ausreichend groß ist, um eine ausreichende Wärmemenge zu erzeugen, um das Metall plastisch und verschmelzbar in den Bereichen der Druckanlage zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drehung abgestoppt wird, nachdem das Metall verschmelzbar geworden ist, daß dann der Anlagedruck für eine vorbestiraate Zeit wesentlich erhöht wird, um die Verbindung zu unterstützen, daß dann dieser Druck auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert verringert wird, wobei sich der nun verbundene Gegenstand abkühlen kann, um eine gewünschte Gegenstandslänge im fertigen Gegenstand aufreaht zu erhalten·

   ο Vorrichtung zur Heibungsverschweißung von zwei vorgefertigten Metallabschnitten eines verhältnismäßig massiven Gegenstandes, wie beispielsweise einer Fahrzeugachse, wobei die Abschnitte axial aufeinander zu weisen- ⁽ de,glatte, flache Endquerschnitte von gleicher Größe und Form haben, gekennzeichnet durch Kittel, um einen der Abschnitte fest zu montieren, Kittel, um den anderen der Abschnitte drehbar und axial verschiebbar derart zu montieren, daß dieser andere Abschnitt in axial fluchtender

   Lage

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   Lage mit dem besagten einen Abschnitt gehalten wird, wobei die Flächen aufeinander zu weisen, Mittel, um kontinuierlich den anderen Abschnitt zu drehen, Mittel, um fortlaufend eine verhältnismäßig große Axialkraft auf den besagten anderen Abschnitt auszuüben, die ausreicht, um diesen Abschnitt in eine Reibungseingriffsanlage mit dem anderen Abschnitt zu bringen, bei d er eine Wärme erzeugt wird, wobei diese Anlage an den besagten Bereichen erfolgt, und wobei die aufgebrachte , ψ Kraft aufrecht erhalten wird, und wobei der andere Abschnitt gedreht wird, bis die erzeugte Wärme das Metall an den besagten Flächen verschmelzbar macht, und bis die Abschnitte in einer verhältnismäßig plastischen Verbindungsζone zu einem ganzen Körper verbunden werden, wobei die verbundenen Abschnitte, wenn sie abgekühlt sind, und wenn die Schweißstelle sich verfestigt hat, einen ganzen Gegenstand bilden*

   β Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Montieren und Drehen des besagten anderen Abschnittes im axialen Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen reibungsfreie Trägermittel aufweisen, in denen der andere Abschnitt mit seinem Umfang gelagert ist, und Reibungsantriebsmittel, die den Umfang des anderen Abschnittes zwischen den Trägermitteln erfassen.

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   Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ReiTDungsantrielDsmittel ein endloses Band aufweisen, welches eine Schleife bildet, die teilweise um den Umfang des besagten anderen Abschnittes herum gewunden ist, um eine entsprechende Oberflächeneingriffszone zu bilden, um den besagten anderen Abschnitt während des Aufbringens der besagten Kraft im wesentlichen schlupffrei zu drehen»

   6ο Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Montage des anderen Abschnittes in einstellbarer Weise in der Vorrichtung'gelagert sind, so daß eine genaue axiale Ausfluchtung der Abschnittendfläche vor dem Schweißen durchgeführt werden kann,,

   7. Vorrichtung nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch Mittel, die wirksam werden, nachdem das Verbindungsmetall ausreichend plastisch und verschmelzbar geworden iat| um zeitweilig den besagten Axialdruck zu erhöhen, um die Verbindung an der Verbindungsstelle zu verbessern»

   8ο Vorrichtung nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch Mittel , die wirksam werden, nachdem die erhöhte Kraft für eine vorbeatimmte Zeit angelegt war, um diese Kraft auf einem kleineren Wert während der Kühlung aufrecht zu

   erhalten, 909828/0947

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   erhalten, um die gewünschte Länge des geschweißten Gegenstandes aufrecht zu erhaltene

   ο Vorrichtung zur Reibungsverschweißung von drei vorgefertigten Metallabschnitten eines verhältnismäßig massiven Gegenstandes _T wie beispielsweise einer Fahrzeugachse, wobei diese Abschnitte in axialer Richtung weisende, glatte, flache, benachbarte Endbereiche von ü'lei-• eher Größe und gleicher Form haben, gekennzeichnet durch Mittel, um einen dieser Abschnitte fest zu lagern, Mittel , um einen zweiten dieser Abschnitte nicht drehbar und gleitbar zu lagern, Mittel, um einen dritten dieser Abschnitte drehbar und axial verschiebbar zu lagern, wobei alle diese Abschnitte in axial fluchtender lage zueinander gehalten werden, und wobei die benachbarten Flächen aufeinander zu v/eisen, Mittel, um den dritten Abschnitt kontinuierlich zu drehen, Mittel, um kontinuierlich eine verhältnismäßig schwere Axialkraft auf den besagten zv/eiten Abschnitt auszuüben, die ausreicht, um diese Abschnitte in einen Reibungsoberflächenkontakt an den Bereichen zu bringen, der eine Wärme erzeugt, wobei die aufgebrachte Kraft und die Drehung des dritten Abschnittes aufrecht erhalten wird, bis die erzeugte Wärme das Metall an den Verbindungsflächen schmelzbar gemacht hat, und bis diese Abschnitte in verhältnismäßig

   plastischen 909828/0947

   plastischen Verbindungstreichen miteinander verbunden werden, wobei die miteinander verbundenen Abschnitte, wenn sie abgekühlt sind, und wenn sich die Schweißstellen verfestigt haben, einen ganzen Gegenstand bilden»

   10. Reibungsschweißmaschine, gekennzeichnet durch Mittel, um einen Absohnitt eines Gegenstandes, der in Längsrichtung an einen anderen Abschnitt angeschweißt werden soll, drehbar und in axialer Richtung verschiebbar zu halten, wobei diese Mittel einen Tragrahmen aufweisen, Mittel, im Tragrahmen, die wenigstens zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Gruppen von in Umfangsrichtung verteilten Rollen bilden, die den Gegenstandsabschnitt aufnehmen können, Mittel am Rahmen, um ein endloses Reibungsantriebsband zu montieren, welches eine Schleife aufweist, um eine wesentliche Fläche für den Reibungseingriff mit dem Umfang des besagten Abschnittes zwischen den Rollengruppen zu bilden, und Mittel, um das Band anzutreiben.

   11. Reibungsschweißmasohine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel, um die besagten Rollen radial relativ einzustellen, um die gewünschte Einstellung des besagten Abschnittes zu erzielen.

   12,

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   12. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 10, gekennzeichnet ₍ durch am Rahmen angeordnete Mittel, welche eine Backenstruktur bilden, die eine Öffnung einschließt, in der

   die besagte Schleife geformt ist, wobei wenigstens eine verschwenkbare Backe vorgesehen ist, und Antriebsmittel, um die verschwenkbare Backe zwischen einer offenen Stellung, in welcher der Gegenstandsabschnitt in die Schleife eingelegt werden kann, und einer geschlossenen Stellung zu verschwenken, in welcher der Gegenstand innerhalb der ψ Schleife eingeschlossen ist.

   13. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel, die eine Anzahl von Führungs- und Tragrollen für das Band am Rahmen aufweisen, wobei eine Hauptantriebswelle vorgesehen ist, die eine'Antriebsrolle hat, die sich in Antriebsverbindung mit dem besagten Band befindet.

   , 14ο Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rollen an der beweglichen Backe montiert ist.

   15« Vorrichtung zur Reibungsverschweißung von zwei vorgefertigten Metallabschnitten eines verhältnismäßig massiven Gegenstandes, wie beispielsweise einer Fahrzeugachse,

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   wobei diese Abschnitte axial gerichtete, glatte, flache Endflächen von ähnlicher Größe und Form aufweisen, gekennzeichnet durch Mittel, um einen dieser Abschnitte fest zu montieren, Halterungamittel, die sich öffnen können, um den anderen der Abschnitte drehbar und axial verschiebbar zu montieren, wobei dieser Abschnitt' in axial fluchtender Lage zu dem besagten einen Abschnitt gehalten wird, wobei die Endflächen aufeinander zu v/eisen, Mittel, um den besagten anderen Abschnitt kontinuierlich zu drehen, Mittel, um eine kontinuierliche, ™ relativ schwere Axialkraft auf den besagten anderen Abschnitt auszuüben, die ausreicht, um diesen Abschnitt in Reibungseingriff mit dem besagten einen Abschnitt zu 'bringen, wobei dieser Reibungseingriff Wärme erzeugt, und wobei die aufgebrachte Kraft und die Drehung des anderen Abschnittes aufrecht erhalten werden, bis die erzeugte Wärme das Metall an den besagten Flächen schmelzbar macht und bis diese Abschnitte über verhältnismäßig plastische Yerbindungsbereiche miteinander I verbunden werden, Mittel, um die Drehung des anderen Abschnittes absustoppen, Abtastmittel, die auf das Ende der Drehung des anderen Abschnittes ansprechen, um die Haltexungsmittel zu lösen, um den besagten anderen Abschnitt frei zu geben, Mittel, die durch die Abtastmittel gesteuert werden, um zeitweilig den Druck zu erhöhen,

   nachdem

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   nachdem die Drehung beendet ist, und um dann diesen Druck auf einen niedrigeren Wert für eine vorbestimmte Zeitperiode zu verringern, bis der Gegenstand abgekühlt ist, wobei die Verbindungsabschnitte, wenn sie abgekühlt sind und sich verfestigt haben, einen ganzen Gegenstand bildeno

   16. Vorrichtung zur Reibungsverschweißung von"'zwei vorgefertigten Metallabschnitten eines verhältnismäßig massiven Gegenstandes, wie beispielsweise einer Fahrzeugachse, wobei diese Abschnitte in axialer Richtung weisende, glatte, flache Endflächen von gleicher Größe und Form haben, gekennzeichnet durch Mittel, um einen dieser Abschnitte fest zu montieren, ein endloses Band, um den anderenAbschnitt drehbar und axial verschiebbar in fluchtender Lage mit dem besagten einen Abschnitt zu halten, wobei die besagten Enden aufeinander zu weisen, Halterungsmittel, die eine Schleife im Band aufweisen, f welche mit Reibung das andere 7/akstück umfaßt', Mittel,

   um kontinuierlich das Band anzutreiben, Mittel, um einen kontinuierlichen, verhältnismäßig schweren Axialdruck auf den besagten anderen Teil auszuüben, der ausreicht, um diesen Teil in Reibungsdreheingriff mit dem besagten einen Abschnitt zu bringen, wobei durch diesen Reibungsdreheingriff Wärme erzeugt wird, und wobei die aufgebracht^ 909828/0947

   braohte Kraft und die Drehung des anderen Abschnittes aufrecht erhalten werden, bis die erzeugte Wärme das Metall an den besagten Flächen verschmelzbar macht, und bis diese Abschnitte über verhältnismäßig plastische Verbindungsbereiche miteinander verbunden sind, Mittel, um den Antrieb des Bandes nach der Ausbildung der plastischen Verbindungsbereiche abzusteppen und um die Halterungsmittel zu öffnen, um den anderen Abschnitt frei zu geben, Mittel, welche den Axialdruck am Gegenstand aufrecht erhalten, bis dieser abgekühlt ist, wobei durch J die Verbindungsabschnitte, wenn sie abgekühlt sind und sich verfestigt haben, aus den Abschnitten ein ganzer Gegenstand gebildet wird,

   17· Reibungsschweißmaschine, bei welcher wenigstens zwei Metallabschnitte eines Gegenstandes, der zusammengeschweißt werden soll, mit ihren benachbarten Enden in Oberflächenreibungseingriff gegeneinander derart gedreht werden, daß dabei Wärme erzeugt wird, gekennzeichnet durch Mittel, um einen der Abschnitte drehbar um seine Längsachse zu tragen, lüttel, um den besagten einen Abschnitt um seine Achse zu drehen, wobei eine Antriebsverbindung vorgesehen ist, die eine Kupplung und eine Bremse aufweist, und wobei ein Hotor vorgesehen istjaidie Abschnitte in Hochdruckanlage relativ zueinander zu bewegen, wobei eine Hitze erzeugt wird, die ausreicht, um

   diese 909828/0947

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   diese beiden Abschnitte miteinander an den Bnden^ährend eines vorbestimmten Schweißzyklus zu verschmelzen, Mittel, die von dem besagten Motor gesteuert v/erden, um die Kupplung au lösen und um die Bremse anzuziehen, um unmittelbar die Drehung des besagten einen Abschnitte zu einem vorbestimmten Zeitpunkt beim Schweißzyklus abzustoppen, nachdem das Metall an den aneinander anliegenden Oberflächen verschmelzbar geworden ist.

   18o Schweißvorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch' Mittel, die automatisch v/irksam werden, nachdem die Drehung des besagten Abschnittes abgestoppt ist, um den Anlagedruck der Abschnitte zu erhöhen, um die Verschmelzung und Verbindung zu verbessern«

   19o Schweißmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur drehbaren lagerung des besagten einen Abschnittes Halterungsmittel aufweisen, um eine genaue ι Ausfluchtung des besagten einen Abschnittes mit dem besagten anderen Abschnitt aufrecht zu erhalten, wobei Mittel vorgesehen sind, die auf das Abstoppen der Drehung des besagten einen Abschnittes ansprechen, um die Halterungsmittel vor der Erhöhung des ^nlagedruckes frei zu geben.

   20.

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   - öl -

   20ο Reibungsschweißmaschine, gekennzeichnet durch Mittel, um einen Abschniti/4ines Gegenstandes, der in Längsrichtung an einen anderen angeschweißt v/erden soll, drehbar und axial gleitbar zu halten, wobei diese Mittel einen Tragrahmen aufweisen, Mittel am Rahmen, um den Gegenstandsabschnitt um den Umfang herum aufzunehmen und genau auszurichten, Ilittel am Rahmen, um ein endloses Reibungsantriebsband zu montieren, welches mit einer Schleife versehen ist, um eine wesentliche Reibungsanlagefläche für eine Anlage gegen den Umfang des besag- i ten Abschnittes zu bilden, Mittel, um das Band anzutreiben, wobei diese Mittel eine Antriebsrolle aufweisen, die gegen das Band anliegt, und Mittel, um den Reibungseingriff zwischen dem Band und der Antriebsrolle einstellbar zu verändern.,

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