DE1752477C3

DE1752477C3 - Einspannvorrichtung für ReibungsschweiBmaschinen

Info

Publication number: DE1752477C3
Application number: DE1752477A
Authority: DE
Inventors: James Lansdon East Peoria Farley; Harvey Leo Pekin Gerecke; Emil Sigurd Peoria Nickel
Original assignee: Production Technology Inc
Current assignee: Production Technology Inc
Priority date: 1967-07-12
Filing date: 1968-06-01
Publication date: 1979-05-23
Also published as: US3512792A; DE1752477A1; FR1563326A; GB1216694A; DE1752477B2; BE713543A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie beispielsweise durch die US-PS 28 21 404 bekannt ist.

Diese für Drehbänke od. dgl. vorgesehene Einspannvorrichtung weist als Stützglied einen Anschlag auf, der dabei am Einspanngehäuse befestigt ist und dazu dient, ein eingespanntes Werkstück während des gesamten Bearbeitungsvorganges auf der Drehbank genau in einer festgelegten Axialstellung zu halten.

Während der Bearbeitung auf das eingespannte Werkstück ausgeübte Axialkräfte werden über mechanische Verbindungsglieder unmittelbar vom Anschlag auf das Einspanngehäuse übertragen, während die Einspannkraft bei diesem Stand der Technik allein von der Zugstangenvorrichtung aufgebracht und während des Betriebes unverändert beibehalten wird.

Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Reibungsschweißmaschinen vorgesehen, in welchen Werkstücke bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten mit beträchtlicher axialer Kraft in Berührung gebracht werden.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einspannvorrichtung zu schaffen, die eine erhöhte Sicherheit gegen eine Relativbewegung zwischen der Einspannhülse und einem darin gehaltenen Werkstück auch dann gewährleistet, wenn während des Betriebes hohe Drehmomentbelastungen auftreten, wie dies beispielsweise beim Reibungsschweißen und insbesondere beim Trägheiisreibungsschweißen der

Fall ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung werden also während eines Reibschweißvorganges auf die Werkstücke wirkende Axialkräfte über das Stützglied auf die erfindungsgemäß mit diesem verbundene Einspannhülse übertragen und führen somit im Gegensatz zum Stand der Technik zu einer Erhöhung der von der Zugstangenvorrichtung aufgebrachten Einspannkraft.

Die Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, daß eine wirksame Erhöhung der Einspannkraft eintritt, wenn beim Reibschweißvorgang aufgrund der beachtlichen axialen Kräfte auch starke Torsionskräfte zwischen den zusammenzuschweißenden Werkstücken auftreten. Auf diese Weise verhindert die Erfindung auch am Ende des Schweißvorganges eine Drehung des Werkstückes in der Einspannvorrichtung und sorgt somit während des gesamten Schweißvorganges für einen festen Halt des eingespannten Werkstückes.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 ein^ vereinfacht dargestellte Seitenansicht einer nach dem Trägheitsverfahren arbeitenden Schweißmaschine,

F i g. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Klemmhülseneinspannvorrichtung zur Verwendung in einer Trägheitsschweißmaschine und

F i g. 3 und 4 eine Seiten- bzw. eine Endansicht einer geschlitzten Klemmhülse oder -muffe, die in der Krageneinspannvorrichtung nach F i g. 2 verwendet werden kann.

Eine Reibungsschweißmaschine, Fig. 1, für die eine verbesserte, erfindungsgemäße Einspannvorrichtung verwendet werden kann, weist einen Rahmen 11 auf; die beiden zu verschweißenden Werkstücke WPX und WP2 sind in Einspannrichtungen 12 und 13 angeordnet. Die Reitstock- Einspannvorrichtung 13 ist drehfest auf einer Halterung 14 angeordnet. Die Halterung 14 ist axial beweglich auf dem Maschinenrahmen angeordnet und wird durch einen Hydraulikzylinder 16 gesteuert. Ein nicht näher dargesteller Drucksteuerungskreis regelt den Druck im Hydraulikzylinder und bestimmt damit die Kraft, mit welcher die Teile WP1 und WP2 in Berührung gebracht werden. Die Einspannvorrichtung

^w 12 ist auf einer Spindel 17 angeordnet, und die Einspannvorrichtung und Spindel sind drehbar innerhalb des Maschinenrahmens angeordnet, wobei die Spindel 17 über eine hydrostatische Übertragung, welche eine hydraulische Pumpe 21, einen Hydraulik-

^r'^r> motor 22 und einen Verteiler 23 zwischen Pumpe und Motor aufweist. Ein oder mehrere Trägheitsgewichte 24 sind auf der Spindel entsprechend dem Trägheitsschweißverfahren angeordnet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere

^h() auf eine Klemmhülseneinspannvorrichtung 12, die derart gebaut ist, daß sich eine Haltekraft ergibt, welche das Werkstück WPX innerhalb der Einspannvorrichtung auf seinem Platz hält. Die Klemmhülseneinspannvorrichtung weist allgemein ein kammerartiges Ein-

·>"' spanngehäuse 26 auf, das mit abgeschrägter Ringfläche 27 am Aufnahmeende der Bohrung versehen ist. Eine geschlitzte Klemmhülse oder -muffe 28 ist innerhalb der Rohrung des Einspanngehäuses angeordnet und weist

eine abgeschrägte Fläche 29 auf, die auf die abgeschrägte Fläche der Bohrung paßt Eine Stützanordnung 31 innerhalb der Bohrung des Einspanngehäuses ist mit der Klemmhülse verbunden und sitzt derart im Gehäuse, daß sie in Berührung mit dem Werkstück WPi tritt, welches innerhalb der Einspannvorrichtung und der Kragenmuffe dargestellt ist Die Stützanordnung 31 ist mit einer Zugstangenvorrichtung verbunden, die zum Teil durch die mit Gewinde versehene Kopfschraube 32 dargestellt ist Die Zugstange dient dazu, um die Stützanordnung 31 und die Klemmhülse in das Gehäuse hineinzuziehen, um eine anfängliche Greifwirkung der Hülse auf das Werkstück auszulösen, entsprechend dem Zusammenwirken der abgeschrägten Flächen 27 und 29. Es ist zu beachten, daß die Stützanordnung 31 mit der Kopfschraube 32 derart in Eingriff steht, daß die Stützanordnung frei ist, sich tiefer in die Bohrung des Einspanngehäuses hineinzubewegen, selbst nachdem die Zugstange auf die Stützanordnung eingewirkt hat. Während des Arbeitsablaufes werden die Kammhülseneinspannvorrichtungen und das Werkstück WPX auf eine vorgewählte Drehgeschwindigkeit gebracht Darauf wird die Reitstockhalterung 14, siehe Fig. 1, nach links bewegt, um das drehfest gehaltene Werkstück WP 2 und das sich schnell drehende Werkstück WP1 in Berührung zu bringen. Die Berührung der zwei Werkstücke führt dazu, daß zwischen dem Werkstück IVPl und der Klemmhülseneinspannvorrichtung eine erhebliche Torsionskraft auftritt; ebenso wird eine axiale Kraft durch das Werkstück WPX auf die Stützanordnung der Klemmhülseneinspannvorrichtung ausgeübt. Aufgrund des erfindungsgemäßen Baus und der Arbeitsweise führt diese axiale Kraft, die auf die Stützanordnung und die damit verbundene Klemmhülse weiter in die Bohrung des Einspanngehäuses hineingedrängt werden. Die Muffe legt sich daraufhin nur noch fester um das Werkstück WPX und verhindert, daß irgendein in Umfangsrichtung gehender Schlupf auftritt.

F i g. 2 zeigt die Klemmhülseneinspannvorrichtung im einzelnen. Das Einspanngehäuse ist auf der Spindel durch Kopfschrauben 33 befestigt; ein Führungsvorsprung 34 der Spindel sorgt für eine wirksame Ausrichtung der Einspannvorrichtung auf der Spindel. Ein Keil 36, der an dem Einspanngehäuse durch eine Kopfschraube 37 befestigt ist und in einen Schlitz 38 in ^ der Hülse, siehe Fig.4, eingreift, verhindert, daß die Hülse sich unabhängig von dem Einspanngehäuse dreht. Obwohl die Absch-ägungen 27 und 29 der Hülse bzw. des Gehäuses oben als aufeinanderpassend beschrieben worden sind, ist tatsächlich eine geringfügige Fehlpassung, um zu verhindern, daß die Hülse sich in dem Gehäuse festsetzt. Z. B. ist bei der dargestellten Ausführungsform der Kegel- oder Abschrägungswinkel der Einspannvorrichtung angenähert 15°, während der Abschrägungswinkel der Hülse angenähert 15° 15' beträgt. Außerdem, siehe F i g. 3 und 4, ist die Hülse mit Längsschlitzen 39 versehen, die ringsum verteilt liegen und ermöglichen, daß die Hübe teilweise zusammengedrückt wird und eine verstärkte Haltekrait auf das Werkstück ausübt, wie weiter unten noch erläutert wird. ^h()

Die Stützanordnung, siehe F i g. 2, weist eine Stützmutter 41 auf, die mit einem Gewinde 42 versehen ist, um mit dem inneren Ende der Hülse in Eingriff zu treten. Die Stützmutter ist mit einer Mittelbohrung 43 versehen, welche den Schaft der Kopfschraube 32 &"> aufnimmt. Eine Gegenbohrung 44 in der Mutter ist für den Kopf der Kopfschraube vorgesehen. Das linke Ende der KoDfschraube ist mit der kraftbetätigten, hier nicht dargestellten Zugstange verbunden, so daß eine vorher eingestellte Kraft auf die Kopfschraube ausgeübt werden kann, die auf die Stürzmutter und dann auf die Klemmhülse übertragen wird, um eine anfängliche Haltekraft durch die Hülse auf das Werkstück auszuüben. Ein Paar passende Gegenmuttern 46 sind auf die Kopfschraube aufgedreht um bei der Lösung des Werkstückes aus der Einspannvorrichtung mitzuhelfen, wie noch erläutert wird. Die Drehung der Stützmuttei unabhängig von der Einspannvorrichtung wird mittels eines Keiles 47 verhindert, der an der Stützmutter durch eine Kopfschraube 48 befestigt ist und in einen Schlitz 49 eingreift, der im Einspanngehäuse ausgebildet ist Ein Stützglied 51 ist an der Aufnahmefläche der Stützmutter befestigt, um für eine kraftschlüssige Berührung des Schweißstückes mit der Stützanordnung zu sorgen. Obwohl das Stützglied ein Führungs- oder Antriebszapfen von nahezu beliebiger Form sein könnte, die hauptsächlich von der Form des Schweißstückes abhängt ist bei der dargestellten Ausführungsform ein knopfartiger Teil aus gehärtetem Stahl vorgesehen, der auf der Stützmutter mittels der Kopfschraube 52 und Keile 53 befestigt ist

Zur Ausführung des Schweißverfahrens wird das zylindrische Werkstück WPl in die Hülse der Einspannvorrichtung eingesetzt. Die oben erwähnte, kraftbetätigte Zugstange wirkt auf die Kopfschraube 32, um die Stützmutter und die Klemmhülse in die Einspannvorrichtung hineinzuziehen. Wegen der in der Hülse ausgebildeten Schlitze und der Beziehung der abgeschrägten Flächen zueinander wird die Muffe etwas zusammengedrückt und übte eine anfängliche Haltekraft auf den äußeren Durchmesser des Werkstükkes aus. Die Zugstangenkraft wird aufrechterhalten, während die aus Spindel und Einspannvorrichtung bestehende Anordnung mit dem Werkstück darin auf eine vorbestimmte und vorher eingestellte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Wenn diese Geschwindigkeit erreicht ist, hört die Zufuhr von Drehenergie zur Spindel auf und das zweite Werkstück WP2 wird in Verbindungstellung zum ersten Werkstück WPX mittels der Reitstockanordnung, siehe F i g. 1, bewegt.

Das zweite drehfest gehaltene Werkstück übt eine axiale Kraft auf das sich schnell drehende Werkstück WPX aus. Diese Kraft wird auf die Stützanordnung übertragen, die mit dem Werkstück in fester Berührung steht. Starke Torsionskräfte werden ebenfalls in dem Werkstück gegenüber der Einspanneinrichtung entwikkelt und neigen dazu, einen in Umfangsrichtung gehenden Schlupf des Werkstückes gegenüber der Klemmhülse und eine Fehlausrichtung der Werkstücke zu verursachen.

Um diesen unerwünschten Schlupf in Umfangsrichtung durch die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung auszuschalten und die radiale Ausrichtung der zu verschweißenden Teile aufrechtzuerhalten, wird die axiale Kraft, die durch das Werkstück gegenüber der Stützanordnung ausgeübt wird, auf die Stützmutter übertragen und drückt diese und die Klemmhülse noch tiefer in das Einspanngehäuse hinein. Dadurch wird die Hülse auf dem Werkstück noch fester angelegt und die Haltekraft erhöht, während sich die axiale Kraft verstärkt. In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß die auf das Werkstück und die Stützmutter ausgeübte Axialkraft, welche diese Teile tiefer in das Einipanngehäuse hineinbewegt, auch die Zugstangenrnittel und die Kopfschraube tiefer in das Einspanngehäuse bewegt. Dadurch wird die Zugstangenkraft ständig am Werk-

stück WP1 während des Schweißverfahrens aufrechterhalten, und die Axialkraft wirkt zusätzlich zu der
Zugstangenkraft.

Nach Fertigstellung der Schweißung wird der axiale
Sciiweifdruck entlastet und die Zugstange in umgekehrter Ricr.iung betätigt. Dadurch wird die Gegenmutter
veranlaßt, auf die Stützmutter zu wirken und die Hülse
aus dem Einspanngehäuse zur Freigabe des Schweiß-Stückes herauszudrücken. Die Spindel wird dann in die
Maschine zurückgezogen, die Reitstock-Einspannvorrichlung oder -Halterung gelöst und das fertige
Schweißstück aus der Maschine herausgenommen.

Obwohl die Klemmhülseneinspannvorrichtung hier

mit besonderem Bezug auf die Verwendung an piner Diehspindel einer Trägheitsschweißmaschine beschrie ben worden ist, könnte eine solche Einspannvorrichtung auch in der Reitstockanordnung einer solchen Maschine benutzt werden. Die Einspannvorrichtung ist an sich besonders geeignet zur Überwindung der Schwierigkeiten, die sich beim Trägheitsschweißen bemerkbar machen; die Einspannvorrichtung könnte jedoch in anderen Reibungsschweißmaschinen und für solche Verwendungszwecke eingesetzt werden, bei denen allgemein gleichartige Bedingungen und Probleme auftrpten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einspannvorrichtung mit einem Einspanngehäuse, welches eine an ihrem Aufnahmeende abgeschrägte Bohrung aufweist, in welcher eine mit ihrem äußeren Ende allgemein der Bohrungsabschrägung angepaßte Klemmhülse angeordnet ist, mit einer an der Klemmhülse angreifenden Zugstangenvorrichtung, durch welche die Klemmhülse in die Bohrung hineinbewegbar und unter der Wirkung der Bohrungsabschrägung gegen das Werkstück spannbar ist, und mit einem im Bereich des inneren Hülsenendes vorgesehenen Stützglied für das eingesetzte Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (4t, 51) mit der Klemmhülse (28) verbunden (42,52) und durch einen Axialdruck auf das mittels der Zugstangenvorrichtung (32, 43, 44) eingespannte Werkstück zur Erhöhung der Einspannkraft weiter in die Bohrung des Einspanngehäuses (26) hinein bewegbar ist

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (31) eine an der Zugstangenvorrichtung (32) befestigte Stützmutter (41) aufweist, die am inneren Ende der Klemmhülse (28) festgeschraubt ist und eine Stützplatte (51) für das Auftreffen eines in die Klemmhülse eingesetzten Werkstückes (WP 1) trägt, um einen Axialdruck vom Werkstück über die Stützplatte und die Stützmutter auf die Klemmhülse zu übertragen.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Stützmutter (41) in Eingriff stehende Zugstangenvorrichtung eine Kopfschraube (32) ist, die mit zur Freigabe des Werkstückes gegen die Innenfläche der Stützmutter wirkenden Gegenmuttern (46) versehen ist.