DE1949888C2

DE1949888C2 - Reibungsschweißvorrichtung

Info

Publication number: DE1949888C2
Application number: DE1949888A
Authority: DE
Inventors: Alex Felix Rochester Mich. Stamm
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-03
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE1949888A1; BR6913219D0; GB1266727A; JPS4940780B1; FR2021390A1; US3544120A

Description

Die Erfindung betrifft eine ReibungsschwelßvoMchtung mit wenigstens einer von einem Antrieb drehbaren Spindel, die eine druckbetätige Hinspannvorrichtung zum Halten eines Werkstückes aufweist und mit einem im wesentlichen zylindrischen LagerabschnUt In einem Gehäuse drehbar gelagert Ist.

Eine solche, durch die US-PS 32 'S 161 bekannte ReI-bungsschweißvorrichtung ist einerseits mit einer drehba ren, jedoch axial nicht verschiebbaren Spindel mit einer Einspannvorrichtung für ein Werkstück und andererseits mit einer längsverschiebbaren, nicht jedoch drehbaren Einspannvorrichtung für ein Gegenwerkstück versehen. Die nicht drehbare Einspannvorrichtung Ist dabei mit Hilfe eines Druckzylinders längsverschiebbar, der auch die während des Reibungsschweißvorganges an dieser Einspannvorrichtung wirksamen Andruckkräfte aufbringt. Die die gegenüberliegende Einspannvorrichtung so tragende, drehantrlebbare Spindel Ist zugleich so in einem Gehäuse gelagert, daß die während des Reibungsschweißvorganges wirksamen Andruck- und Radialkräfte unmittelbar auf die Lagerflachen übertragen werden. Abgesehen davon, daß es dabei stets nur möglich Ist. zwei Werkstücke miteinander zu verschweißen, können mit Vorrichtungen dieser Art während des Schweißvorganges nur begrenzte Andurckkräfte aufgebracht werden, die der Belastungsfählgkeit der Spindellagerung Rechnung tragen. Zum Verschweißen großer Teile, zum BeI-spiel großer Antriebsachstelle von Schwerlastfahrzeugen müssen jedoch sehr große Andruckkräfte auf die sich relativ zueinander drehenden Teile aufgebracht werden, um eine gute Schweißverbindung sicherzustellen. Dabei entstehen zwischen den aneinander reibenden Teilen sehr große Radialkräfte Infolge örtlich begrenzter Haftschwelßungen und anderer Störelnflüsse. die während des Schweißvorgangs auftreten. Zur Aufnahme dieser Kräfte wären sehr aufwendige herkömmliche mechani-

sehe Lageranordnungen erforderlich, die äußerst kompliziert, groß und schwer gestallet sein müßten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung Ist es daher, eine Reibungsschweißvorrichtung der eingangs beschriebener. Art zu schaffen, die weitgehend universell verwendbar ist und bei der die drehbare Spindel in Radialrichtung und In Axiairichtung so gelagert ist, daß bei ausreichend genauer Positionierung der 7U verbindenden Werkstücke zueinander ein Betrieb mit hohen Drehzahlen möglich ist und zugleich die oelm Reibungsschweißen aufzubringende·! -cträchüchen Andurckkräfte aufgenommen werden können.

Diese Aufgabe Ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse mit dem Lagerabschnitt der Spindel mehrere, in gleichen Winkelabständen um dessen Umfang herum verteilte Drehlagerhohlräume bildet, denen ein Druckmittel zuführbar ist und die durch Kanäle mit In gleichen Winkelabständen voneinander liegenden Einlassen mit der Einspannvorrichtung verbunden sind, wobei jeder dieser Einlasse axial so angeordnet ist, daß er bei Drehung der Spindel nacheinander mit jedem der Drehiagerhuhiräume In Verbindung kommt, in Winkelrichtung jedoch so bemesstu ist, daß er stets nur mit einem Drehlagerhohlraum verbunden Ist. und wobei die Anzahl der Drehlagerhohlräume um soviel größer 1st als die Anzahl der Einlasse, daß bei der Spindeldrehung stets wenigstens drei In Winkelrichtung verteilt liegende Drehlagerhohlräume keine Verbindung mit den Einlassen haben.

Auf diese Weise wird eine hydrostatische Lagerung geschaffen, die selbst bei hohen Axial- und Radialbelastungen der drehbaren Spindel während des Reibungsschweißvorgangs einen präzisen Spindelrundlauf und eine oräzlse Spindelausrichtung in jeder Andrucklage sicherstellt. Zugleich Ist hierdurch eine äußerst genaue Steuerung der Spindelbcwegung unter Vermeidung von Relbberühungen möglich, ohne daß dabei besonders enge Herstellungstoleranzen vorgesehen werden müssen

Um den Flüssigkeitsdruck in den Hohlräumen regulieren zu können und auf diese Weise eine direkte Berührung zwischen der Spindelanordnung und dem Gehäuse In der Nähe der Hohlräume zu verhindern. Ist es zweckmäßig, daß das Gehäuse und der Lagerabjchnltt der Spindel an axial entgegengesetzten Enden der Drehlagerhohlräume Umfangskanäle mit begrenztem Radialspiel und zwischen benachbarten Drehlagerhohlräumen Axialkanäle mit begrenztem Radialspiel einschließen, die jeweils einen gesteuerten Leckverlust des Druckmittels zulassen.

Es empfiehlt sich auch, jeweils einen Drehlagerhohlraum zwischen Gehäuse und Spindel durch eine Düse mit einem Druckmittelvertellerraum zu verbinden, dem Druckmittel durch eine Pumpe zugeführt wird. Auf diese Welse wird die Druckmittelmenge, die sowohl der Einspannvorrichtung ils auch den Hohlräumen zugeführt wird, gesteuert, ohne daß man sich auf kleine ZumeQ-räume zwischen den sich relativ zueinander drehenden Teilen verlassen muß. Die die Drehlagerhohlräume begrenzenden Gehäuseaussparungen sind dabei zweckmäßigerweise bogenförmig ausgebildet Die Anzahl der Hohlräume Ist zweckmäßigerweise doppelt so groß wie die Anzahl der zugeordneten Einlasse, so daß jederzeit sichergestellt Ist, daß die Spindel während Ihrer Drehung hydrostatisch ausbalanciert gehalten wird.

Es empfiehlt sich, daß die Einlasse, die an dem Im wesentlichen zylindrischen Lagerabschnitt der Spindel liegenden Flächenbereiche umfassen, deren Winkelabmessung kleiner Ist als cjIz Winkelabmessung der Axial kanäle zwischen den benachbarten Drehlßgerhohlräumen. Dabei Ist die Ausbildung vcn sechs Drehlagerhohlräumen und drei diesen zugeordne'ifi Eiusässen zweckmäßig.

Innerhalb der Spindel Ist vorteilhafterweise ein Im wesentlichen geschlossener Zylinder der Einspannvorrichtung ausgebildet, in dem ein axial hin und herbeweglicher Kolben sitzt, durch den Spaimelemente betätigbar sind und der In einer seiner Endstellungen durch von den Drehlagerhohlräumen durch die Kanäle zugeführtes Druckmittel belastbar Ist, so daß das den Hohlräumen zugeführte Druckmitte! nicht nur die Spindelanordnung drehbar trägt, sondern auch die Einspannvorrichtung zum Erfassen des zu schweißenden Werkstük- kes betätigt.

Die Spindel weist zweckmäßigerweise einen radial vorstehenden, axial von dem Lagerabschnitt entfernt liegenden Flanschabschnitt auf, der mit dem Gehäuse einen ringförmigen Axiallagerhohlraum bildet, dem zur Auf nähme der beim Schweißvorgang auftretenden Andruck kraft eine konstante Druckmiuelnr ge zuführbar ist, während andererseits ein Rlrsgkanalspa'.t mit veränderlichem Axialspiel an der radial inneren und radial äußeren Seite des Axiallagerhohlraums vorgesehen ist. der einen gesteuerten Leckverlust zuläßt. Hierdurch kann der Axl.-Uagerhohlraum Druckmittel aufnehmen, das den während des Schweißens des Werkstücks aufgebrachten Andruckkräften einen Widerstand entgegensetzt, wobei eine direkte Berührung zwischen dem Flanschabschnlit und dem Gehäuse In der Nähe des ringfirmlgen Raumes verhindert wird.

Schließlich Ist der Axiallagerhohlraum vortellhafterwelse auf der dem Im wesentlichen zylindrischen Lagerabschnitt zugewandt liegenden Seite des Flanschab- schnittes der Spindel vorgesehen, während zwischen dem Axiallagerhohlraum sowie den Drehlagerhohlräumen eine ringförmige Aussparung vorgesehen ist, wobei mit dieser Aussparung der dem Flanschabschnitt benachbarte L'mfangskanal mit begrenzt radialem Spiel vnd df radial innenliegende ringförmige Kanal verbunden Ist, so daß dorthin Leckflüssigkeit gelangen kann, die dann über elm Rückleitung zu einem Sumpf zurückgefördert wird.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise. eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der

Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

FIgI eine Telldraufsicht einer erfindungsgemäß gestalteten Schweißvorrichtung.

Flg. 2 eine perspektivische Ansicht einer der hydrostatischen Lagereinheiten der Vorrichtung gemäß Fig. I, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der hydrostatischen Lageranordnung gemäß Flg. 2. Flg. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 In Flg. 3. FIg 5 einen vergrößerten Tellschnltt einer Ölzufunr-Öffnt'-gsausblldung für ein Achslager gemäß Flg. 4,

Flg6 einen Schnitt gemäß der Linie 6-6 In FI g. 3.

Flg. 7 einen vergrößerten Tellschnltt ehi£' der Ö!7U-fuhr-Öffnungskonstruktionen für das Drucklager gemäß Flg. 3. um Hydraulikflüssigkeit zu den Hohlräumen gemäß Fig. 6 zuzuführen.

Flg. 1 zeigt elm. Reibungsschweißvorrichtung, in der drei Werkstücke 11, 12 und 13 durch Reibung miteinander verschweißt werden können. Bei dieser Anordnung wird das mittlere Werkstück 12, das ein Mittlerer Achsgehäuseabschnltt sein kann, beim Schweißvorgang fest- gehalten, während die anderen beiden Werkstücke 11 und 13. ule Radlageiendspindeln sein können, gedreht werden, wobei sie zugleich In Berührung mit gegenüberliegenden Enden des Werkstücks 12 gedrückt werden.

Das mittlere Werkstück 12 Ist In einer Einspannvorrichtung 14, 17 angeordnet. In der gegenüberliegende Selten von einstellbaren Backen 15, 16, 18 und 19 berührt und festgehalten werden. Diese Anordnung trägt und verankert das Werkstück 12 relativ zu einem Maschinenrahmen 21 gegen Drehung oder axiale Verschiebung während des Schweißens.

Das Werkstück 11 Ist von einem hydrostatischen Träger 22 an einem Ende des Maschinenrahmens gehalten und das Werkstück 13 Ist auf einem ähnlichen hydrostatischen Träger 23 am entgegengesetzten Ende des Maschlenrahmens 21 gehalten. Diese Träger 22 und 23 und die Lagereinheiten an Ihnen sind Im wesentlichen dieselben.

Flg. 2 zeigt, daß der Träger 23 aus einem Rahmen 24 besteht, der starre Seltenelemente 25 und 26 aufweist, die an Ihren unteren Enden mit parallelen rechteckigen Führungsnuten 27 bzw. 28 versehen sind, die gleitend auf parallele Schienen 29 bzw. 31 an dem Maschinenrahmen 21 passen.

Gemäß Flg. 1 und 2 sind ein Paar Arbeitszylinder 32 und 33 auf dem Maschinenrahmen 21 befestigt, wobei Ihre Kolbenstange 34 bzw. 35 parallel und auf derselben Höhe In starrer Verbindung mit dem Rahmen 24 des Trägers hervorstehen. Befestigungselemente, wie z. B. Muttern 36, stellen sicher, daß die Kolbenstange 34 und 35 sicher am Rahmen 24 befestigt sind. Es wird verständlich sein, daß eine Einleitung von unter Druck stehendem Strömungsmittel In beide Zylinder 32 und 33 den Träger und das darauf befindliche Lagergehäuse 37 gegen das feststehende Werkstück 12 vorwärtsbewegt.

Eine Welle 38, die In der Mitte des Trägers 23 und mitten zwischen den Zylindern 32 und 33 angeordnet Ist. hat einen mit Kellnuten versehenen Abschnitt 39, der axial verschiebbar aber nicht drehbar durch die Nabe einer axial feststehenden Scheibe 40 hindurchrag!, die über Riemen 41 und 42 mit einer Scheibe 43 auf einer Ausgangswelle 44 einer Antriebsanordnung 45 verbunden Ist, die im wesentlichen aus einem Elektromotor 46 besteht, der mit der Welle 44 über eine Kupplungseinheit 47 verbunden Ist und eine damit verbundene Bremseinheit 48 aufweist.

Die Welle 38 erstreckt sich in das hydrostatische Lagergehäuse 37 hinein, in dem es, wie es verständlich sein wird, betriebsmäßig zum Antrieb mit dem eingesetzten Werkstück 13 verbunden werden kann. Durch Festlegen der Scheibe 40 gegen axiale Verschiebung und durch Vorsehen der mit Kellnuten versehenen Antriebsverbindung zwischen der Scheibe 40 und der Welle 38 braucht die kontinuierliche Drehung der Welle 38 nicht unterbrochen zu werden, wenn der Träger 23 axial entlang der Führungsschienen 29 und 31 verschoben wird.

Wie der Träger 23 Ist auch der gehäuseartige Träger 22 auf Führungsschienen 52 und 53 des Maschinenrahmens verschiebbar angeordnet, die in paralleler Ausrichtung mit den Schienen 29 und 31 liegen, und die Verschiebung des Trägers 22 wird durch parallele Zylinder 54 und 55 gesteuert, die über Kolbenstangen 56 bzw. 57 mit einem Rahmen 51 des Trägers verbunden sind. Eine Welle 58 mit einem mit Keilnuten versehenen Abschnitt 59. der axial verschiebbar durch eine Scheibe 61 hfndurchragt, erstreckt sich in ein Lagergehäuse 62 hinein, um das Werkstück 11 zu drehen.

Die Scheibe 61, die drehbar angeordnet und gegen axiale Verschiebung festgelegt ist. ist antriebsmäßig über Riemen 63 und 64 mit einer Ausgangsweiie 65 einer unabhängigen Antriebseinheit 66 verbunden, die aus einem Elektromotor 67 besteht, der mit der Welle 65 über eine Kupplung 68 verbunden Ist und eine damit verbundene Bremseinheit 69 aufweist.

Die Lagergehäuse 37 und 62 sind einander vorzugsweise genau gleich. Daher wird nur der Träger 22 und das Lagergehäuse 62 anhand der FI g. 3 beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Beschreibung des Trägers 22 und des Gehäuses 62 ebenso für den Träger 23 und das Gehäuse 37 gilt. Wie Flg. 3 zeigt, schließt das Lagergehäuse 62 ein

to Gehäuse 71 ein, das einen zylindrischen Umfang aufweist, der dicht In einen Inneren Umfang 72 des Rahmens 51 des Trägers 22 paßt. Eine Reihe von Maschinenschrauben 73 erstrecken sich durch einen radialen Gehäuseflansch 74, um das Gehäuse 71 an dem Rahmen 51 zu befestigen. Ein nach vorn gerichteter hohler, konischer Nasenabschnitt 75 des Lagergehäuses Ist an dem Gehäuse 71 durch eine Reihe von Schrauben 76 am Flansch 74 befestigt.

Das Gehäuse 71 Ist mit einer nach vorn offenen Aus-

sparung 77 mit relativ großem Durchmesser ausgebildet, und die Aussparung 77 ist mit axial im Abstand voneinander angeordneten konzentrischen zylindrischen Flächen 78 und 79 versehen, wobei die Fläche 78 In der Nähe des Bodens der Aussparung einen etwas kleineren Durchmesser hat. Konzentrisch zur Aussparung 77 ist eine Bohrung 81 mit kleinerem Durchmesser durch eine Rückwand 82 des Gehäuses hindurch vorgesehen.

In der Aussparung 77 Ist ein Gehäusekernabschnitt 83 mittels einer Reihe von Maschinenschrauben 84 befestigt, die durch die Wand 82 hindurchgehen. Der Kernabschnitl 83 Ist mit zylindrischen Endflächen 85 und 86 versehen, die eng In die Flächen 78 bzw. 79 der Aussparung hineinpassen, und nachgiebige Dlchtungsrlng- und Nutordnungen 87 bzw. 88 bilden statische Dlchtun gen, so daß im Inneren des Gehäuses 71 eine ringförmige Kammer 89 zwischen dem k:~;·. 83 und dem umgebenden Gehäuseabschnitt begrenzt wird.

Es Ist ersichtlich, daß der Kern 83 mit besonderen Strömungsmlttelverteilungskanälen versehen ist. Er Ist vor-

-»o zugsweise als von dem Gehäuse getrenntes Teil hergestellt, um das Ausformen derartiger Kanäle darin ohne verhältnismäßig komplizierte Gieß- oder Bearbeitungsvorgänge zu ermöglichen, stellt aber, wie In Fig. 3 gezeigt, einen Teil des Gehäuses 71 dar.

Die angetriebene Welle 58 Ist mit einer Kupplung 91 verbunden, die am Ende einer AntrlebshOlse 92 mittels Schrauben 93 befestigt Ist. Die Hülse 92 ist nicht drehbar, beispielsweise mittels Keilen 94, auf dem Ende einer Hohlspindelanordnung 95 angebracht. Die Splndelanord nung 95 besteht aus einem hinteren Abschnitt 96 mit einer zylindrischen Fläche 97, die durch eine sie "»ngebende zylindrische Bohrung 98 In dem Kern 83 hindurchgeht, einem radial erweiterten Flanschabschnitt 99 In der Nähe einer ebenen vorderen Kernfläche 100, die rechtwinklig zur Spindelachse liegt, und einen vorderen Abschnitt 101 mit einer Inneren zylindrischen Bohrung 102 und einem äußeren zylindrischen Umfang 103, der von einer zylindrischen Bohrung 104 am vorderen Ende des Nasenabschnitts 75 des Gehäuses umgeben ist.

Es wird verständlich sein, daß die Spindelanordnung radial In dem Gehäuse auf hydrostatischen Achslagern getragen wird, die zwischen dem Spindelabschnitt 96 und der Bohrung 98 und zwischen dem Spindelabschnitt 101 und der Bohrung 104 wirksam sind.

Der Spindelabschnitt 96 Ist innen bei 105 erweitert, um eine zylindrische Kammer 106 zu bilden. In der ein Kolben 107 verschiebbar angeordnet ist. Eine Druckfeder 112 wirkt zwischen einer radialen Wand 113 in der Spin-

del und dem Kolben 107. um den Kolben nach rechts zu ilrüi-ken. Der Kolben 107 Ist In Flg. 3 In seiner hintersten Stellung gezeigt. In der die Feder 112 völlig zusammengedrückt Ist.

Fine Kolbenstange 114. die an dem Kolben 107 befestigt Ist. erstreckt sich verschiebbar durch eine Kuppe 115. die beispielsweise mittels Schrauben 116 an dem Flansrhibschnllt der Spindel befestigt Ist, um das vordere Ende der Kammer 106 zu verschließen. Eine entsprechend abgedichtete Lageranordnung 117 ermöglicht ein freies Verschieben der Stange 114. während der Strömungsmitteldruck In der Kammer 106 aufrechterhalten wird. Eine Abstandshülse 110 auf der Stange 114 begrenzt die Vorwärtsverschiebung des Kolbens 107. und die vordere Stellung des Kolbens tritt ein. wenn die Hülse 110 die Kappe 115 berührt.

Mit Ihrem vorderen Ende Ist die Kolbenstange 114 an einer Gelenkkupplung 118 befestigt, die am Umfang In Innere Ringnuten 119 am hinteren Ende einer Reihe von Spannelementen 121 eingreift, die wiederum axial verschiebbar auf einem Spannelement 122 angeordnet sind, das mittels Schrauben 123 am vorderen Ende des Abschnitts 101 der Splndelanordnung 95 befestigt Ist. Es sind gewöhnlich mehrere Spannelemente 121 gleichmäßig am Umfang um das Werkstück herum verteilt.

Das vordere Ende jedes Spannelementes 121 hat eine Innere Werkstückberührungsfläche 124 und eine äußere Im wesentlichen konische Fläche 125. die eine geneigte konische Fläche 126 an dem festen Spannelement 122 gleitend berührt Das feststehende Spannelement 122 hat eine Innere ringförmige Werkstückberührungsfläche 127 und eine Reihe von umfangsmäßlg Im Abstand voneinander angeordneten inneren Werkstückberührungsflächen 128, zwischen denen sich die beweglichen Spannelemente 121 erstrecken

in Fig. 3 lsi der Kolben 107 durch Flüssigkeitsdruck in der Kammer 106 in seine hinterste Stellung verschoben, und In dieser Stellung hat er die Spannelemente 121 nach links verschoben, wobei sie auf den geneigten Flächen 126 entlang verschoben werden, um die Einspannvorrichtung zusammenzuziehen und das Werkstück 11 umfangsmäßig zu ergreifen, so daß es undrehbar an der Splndelanordnung 95 konzentrisch zu deren Drehachse verspannt wird. Dieser Zustand besteht während des ReI-bungsschwelßvorgangs. wie es deutlich werden wird.

Das hintere Ende der Gehäusebohrung 81 enthält einen Ring 131, dessen Innerer Umfang 132 einen Frellaufsplelraum zu der Spindel aufweist. Der Ring 131 Ist an dem Gehäuse beispielsweise mittels Schrauben 133 befestigt und trägt eine ringförmige. In Axialrichtung nachgiebige Dichtungsanordnung 134, die in Axlalrlchtung zwischen dem feststehenden Gehäuse und der sich drehenden Splndelanordnung Hegt. Somit wird die Flüssigkeit gegen Entweichen in Axialrichtung durch die Gehäusebohrung 81 eingeschlossen.

Am vorderen Ende des Lagergehäuses läuft der konische Nasenabschnitt 75 in einen Ansatz 135 aus, der eine zylindrische Bohrung 136 aufweist, die eng eine zylindrische Oberfläche 137 eines Lagerringes 138 aufnimmt, der an dem Gehäuse beispielsweise mittels Schrauben 139 befestigt ist. Die Bohrung 104 befindet sich am inneren Umfang des Ringes 138. Statische Dichtungsringe 141 sind zwischen der Bohrung 136 und der Oberfläche 137 vorgesehen.

An seinem vorderen Ende trägt ein an dem Lagerring 138 beispielsweise mitteis Schrauben 143 befestigter Ring 142 eine in Axialrichtung nachgiebige Dichtungsanordnung 144. die in Axialrichtung zwischen dem feststehenden Gehäuse und der sich drehenden Splndelanordnung liegt. Somit Ist die Flüssigkell gegen Entweichen durch das vordere Ende des Gehäuses eingeschlossen.

Die Dichtungsanordnungen 134 und 144 sind die zwei ein/igen Dichtungen, die zwischen der Splndelanordnung und den¹ Gehäuse benötigt werden.

In Verbindung mit Flg. 3 und 4 wird das hydrostatische Achslager beschrieben, das zwischen dem Kern ibschnitt 83 und der Splndelanordnung 95 ausgebildet ist.

Wie gezeigt, sind sechs Aussparungen 300 In der Inneren zylindrischen Bohrung 98 des Kernabschnitts 83 derart ausgebildet, daß der Kernabschnitt 83 und die zylindrische Fläche 97 des Spindelabschnitts 96 zusammenarbeiten, um dazwischen sechs Hohlräume 301 zu bilden, die als hydrostatische Lagerpolster zum drehbaren Tragen der Splndelanordnung 95 und des Werkstücks 11 wirken. Die Hohlräume 301 sind In Winkelrichtung In gleichem Abstand um die Drehachse der Splndelanordnung 95 herum verteilt und haben jeweils eine beträchtliche axiale Ausdehnung, wie es In FIg 3 gezeigt Ist. An den entgegengesetzten axialen Enden der Hohlräume 301 arbeiten die zylindrischen Flächen 98 und 97 zusammen, um Umfangskanäle 302 und 308 mit begrenztem radialem Spiel zu bilden, wobei das Spiel dieser Kanillo 302 und 308 etwa 0,05 bis 0,075 mm beträgt, wenn die Splndelanordnung 95 In dem Kernabschnitt 83 genau zentriert ist. Ähnlich bilden, wie es In Flg. 4 gezeigt ist. die Flächen 98 und 97 Axialkanäle 306 mit ähnlich begrenztem radialem Spiel zwischen benachbarten der Hohlräume 301.

In den Flg. 3 und 4 hat der Abschnitt 96 der Splndelanordnung 95 drei Kanäle 310, die die zylindrische Kammer 106 der Einspannvorrichtung mit Einlassen 312 verbinden, die an der Fläche 97 vorgesehen sind. Die Kanäle 310 sind in Winkelrichtung In gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet, und die Öffnungen zwischen den Kanälen 310 und der Kammer 106 Hegen axial so. daß sie nicht durch den Kolben 107 verschlossen werden, wenn dieser sich in seiner vorderen Stellung befindet.

wobei die Hülse 110 die Kappe 115 berührt. Die Einlasse 312 weisen In Axialrichtung sich erstreckende Flächen 312' auf. die In die zylindrische Fläche 97 eingearbeitet sind, um einen Flüssigkeitsstrom zwischen den Hohlräumen 301 und der Kammer 106 durch die Kanäle 310 zu ermöglichen, wenn die Flächen 312' In Winkelrichtung mit drei der Hohlräume 301 ausgerichtet sind. Die Flächen 312' haben In Winkelrichtung Abmessungen, die kleiner sind als die Winkelabmessungen der Axialkanäle 306 zwischen benachbarten Hohlräumen 301, so daß

so jeder Kanal 310 niemals mehr als einen Hohlraum 301 mit der Kammer 106 verbinden kann. Da sechs in glelchmrßlgem Abstand verteilte Hohlräume 301 und drei In gleichem Abstand verteilte Kanäle 310 vorgesehen sind, sind wenigstens drei In gleichmaßigem Abstand vonelnander angeordnete Hohlräume 301 gegen die Kammer 106 zu jeder Zelt isoliert, wobei es bei bestimmten Winkelbeziehungen zwischen dem Kernabschnitt 83 und der Splndelanordnung 95 möglich ist, daß alle sechs Hohlräume 301 gegen die Kammer 106 Isoliert sind. Im letzteren Fall wären die Einlasse 312 natürlich In Winkeirichtung mit den Kanälen 306 statt rr.it den Hohlräumen 301 ausgerichtet.

Zusammenfassend gesagt, sind die Kanäle 310 und ihre Einlasse 312 derart angeordnet, daß eine Drehung der Spindel anordnung 95 in dem Gehäuse 71, das den Kernabschnlü 83 einschließt, dazu führt, daß jeder Einlaß 312 aufeinanderfolgend mit jedem der Hohlräume 301 ausgerichtet wird. Zu keinem Zeitpunkt ist jedoch

Irgendein Einlaß 312 mit mehr als einem Hohlraum ausgerichtet.

Hydraulikflüssigkeit wird unter Druck der Kammer 89 über eine Zuführleitung 16Γ und einem Gehäusekanal 162' zugeführt, wenn das Werkstück 11 mit dem Werkstück 12 verschweißt werden soll. Von der Kammer 89, die als Verteiler dient, wird die Hydraulikflüssigkeit den Hohlräumen 3¹U durch sechs genau bemessene, scharfkantige Düsen 365 zugemessen, von denen jede mit einer einzige der Aussparungen 300 In Verbindung steht. Wie am besten die Flg. 5 zeigt, wird jede Düse 165 durch eine Dusenschelbe 164 gebildet, die in dem Kernabschnitt 83 durch einen Einsatz 164' In Ihrer Lage gehallen wird. Bald wird die Art und Welse verständlich werden. In der die durch die Düsen 165 den Hohlräumen 301 mgefUhrte Hydraulikflüssigkeit verwendet wird, um »wohl den Abschnitt 96 der Splndelanordnung 95 zu trafen als auch die Werkstückberührungsflächen 124 der Spannelemente 121 zu veranlassen, das Werkstück U nicht drehbar zu erfassen.

Gemäß Flg. 3 stehen die Umfangskanäle 302 und 308 mit einem Kanal 162 In Verbindung, durch den von den Hohlräumen 301 abgegebene Hydraulikflüssigkeit zu einem Sumpf zurückfließen kann, von dem aus die Flüssigkeit erneut In Umlauf gesetzt wird. Im einzelnen steht der Kanal 308 mit einer ringförmigen Aussparung 170 In Verbindung, die mit dem Kanal 162 über einen Axialkanal 167 In dem Kernabschnitt 83 und einen Radlaikanal 169 zwischen dem Kernabschnitt 83 und der Rückwand 12 des Gehäuses 71 verbunden Ist. Der Kanal 302 steht mit einer ringförmigen Aussparung 170' In Verbindung, die wiederum mit dem Kanal 162 über den Radialkanal 169 In Verbindung steht. Die Verbindung zwischen dem Kanal 167 und der Kammer 89 Ist durch einen Stopfen 168 blockiert.

Eine Ölzuführleitung 181 Ist über einen Kanal 182 mit einen Ende einer Leitung 183 verbunden, die sich In Längsrichtung des Kernabschnitts 83 erstreckt, um In einen relativ flachen Ringraum 184 zu münden, der durch eine ringförmige Aussparung 185 In der Rückseite des Flanschabschnitts 99 und die ebene Vorderfläche 100 des Kernabschnitts 83 begrenzt wird, der an dem Gehäuse 71 befestigt Ist und somit funktionell einen Teil desselben darstellt. Radial außerhalb des Ringraumes 184 Ist der Flanschabschnitt 99 der Splndelanordnung mit einer ringförmigen ebenen Fläche 186 ausgebildet, die sich in der Mähe und parallel zu der Kernfläche 100 befindet, um einen Ringkanalspalt 187 mit veränderlichem Spiel zu begrenzen, durch den Hydraulikflüssigkeit •us dem Raum 184 zu dem Niederdrucksumpf-Rückleitungskanal 162 fließen kann. Radial innerhalb des Ringraumes 184 Ist der Flanschabschnitt 99 der Spindelanordnung mit einer ringförmigen ebenen Flasche 186' ausgebildet, die sich in der Nähe und parallel zu der Kernfläche 100 befindet, um einen Ringkanalspalt 187' mit veränderlichem Spiel zu begrenzen, durch den Hydraulikflüssigkeit von dem Raum 184 zu dem Niederdrucksumpf-RQckführkanal 162 durch die ringförmige Aussparung 170, den Kanal 167 und den Kara! 169 fließen kann. Diese Anordnung bildet das hydrostatische Hauptdrucklager, deren Arbeltsweise nachfolgend beschrieben wird.

Gemäß Flg. 3, 6 und 7 sind vier in Umfangsrichtung Im Abstand voneiander angeordnete bogenförmige Nuten 320 in einem Block 195 ausgeformt, der an dem Gehäuse 7! mittels Schrauber. 196 befestigt ist, urn einen festen Teil des gesamten Gehäuses zu bilden. Die Nuten 320 erstrecken sich auf einem gemeinsamen Radius, und jeder Nut wird öl unter Druck durch eine Düse 322 zugefüh*.. die d.rch eine Düsenplatte 322' gebildet wird. Die Nuten 320 haben gleiche Längen und sind voneinander in gleichen Winkeln entfernt, um eine ausgeglichene. symmetrische Anordnung zu bilden.

In dem Kanal 162' befindliche, unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit fließt außer In die Kammer 89 auch durch einen Kanal 324 In einen Kanal 326. Die Kanäle 324 und 326 fluchten und sind In dem Gehäuse 71 bzw. In dem Block 195 ausgebildet. Ein zweiter Kanal 328. der In dem Block 195 ausgebildet Ist und den Kanal 326 kreuzt, leitet Öl unter Druck zu einem kurzen Axialkanal 330, der ebenfalls In dem Block 195 ausgebildet Ist. Der Kanal 330 mündet In eine Ringnut 332. die In einem starren Ring 334 ausgebildet 1st. der an dem Block 195 befestigt Ist. Unter Druck stehendes öl füllt somit die Nut 332 und wird auf vier axiale Durchgangsbohrungen 336 verrellt, die In dem Block 195 ausgebildet sind. Von den Düsen 322 Ist jeweils eine In jeder der Bohrungen 336 angeordnet, um das zugeführte Öl Ihren zugehörigen Drucklagernuten 320 zuzumessen. Diese Anordnung bildet die zusätzliche Drucklageranordnung zum Verhindern der Metall-auf-Metall-Berührung zwischen dem Flanschabschnitt 99 und einer ebenen Fläche 198 des Blockes 195, wenn keine Schweißung durchgeführt wird. Um den Abschnitt 101 der Splndelanordnung 95 drehbar zu tragen. Ist ein hydrostatisches Achslager zwischen dem Abschnitt 101 und der Bohrung 104 am vorderen Ende des Lagergehäuses 62 vorgesehen, wohin die jo Hydraulikflüssigkeit durch eine Leitung 153 geleitet wird. Bevor die Werkstücke U und 13 bei der Durchführung des Schweißvorgangs gedreht werden, müssen sie sicher von den Spannelementen 121 festgehalten werden, wobei die Spindeln geeignet gelagert werden müssen. Hierzu J5 wird Hydraulikflüssigkeit unier einem festen Druck von etwa 103 bar unter der Steuerung durch das Ventil 222 den hinteren und vorderen hydrostatischen Lagern und dem zusätzlichen Drucklager zugeführt.

Bei dem hinteren hydrostatischen Lager fließt die Hochdruckflüssigkeit in der als Verteiler dienenden ringförmigen Kammer 89 durch die Düsen 165 und zu den sechs Hohlräumen 301. Da in den meisten relativen Stellungen zwischen dem Gehäuse und der Splndelanordnung drei der Hohlräume 301 mit der Kammer 106 durch die Kanäle 310 verbunden sind, wird unter Druck stehende Flüssigkeit der Kammer 106 zugeführt, wo sie eine Kraft auf den Kolben 107 ausübt, die ausreicht, um die Druckkraft der Feder 112 zu überwinden und den Kolben 107 In die Lage gemäß Flg. 3 zu bewegen, infolgedessen werden die Werkstücke 11 und 13 durch die Spannelemente 121 gesichert.

Da die drei Hohlräume 301. die mit der Kammer 106 über die Kanäle 310 In Verbindung stehen, auf diese Welse wirksam miteinander verbunden sind, ist kein wesentlicher Durckunterschied zwischen diesen Hohlräumen vorhanden. Infolgedessen tragen diese Hohlräume nicht zu der hydrostatischen Tragfunktion bei. Die anderen drei Holräume 301 sind jedoch nicht durch die Kanäle 31« miteinander verbunden, und infolgedessen können zv.— neu ihnen betfächilkue .^ruckunu schierte vorhanden sein, da die Strömungsbereichc J;-r Düser, 165 und der Kanäle 302, 308 und 306 ziemlich klein sind. Diese drei Hohlräume sorgen für die radiale Abstützung. Wenn eine radiale Kraft, wie sie während des Schweiß-Vorganges erzeugt wird, nach unten auf den Spindelab schnitt 96 wirkt, wie Fig. 3 zeigt, werden die Slrömungsbereiche der Kanäle 302, 308 und 306 in der Nähe der oberen Hohlräume 301 vergrößert und die Strömungsbe-

reiche in der Nähe der unteren Hohlräume verkleinert. Infolgedessen neigt der Druck dazu. In den oberen Hohl-'lumen (die nicht durch die Kammer 106 verbunden .,n<^!! abzusinken und In den unteren Hohlräumen anzusteigen. Das Ergebnis Ist eine aufwärtsgerichtete Nutzdruckkraft, die auf den Spindelabschnitt 96 aufgebracht würde und dazu neigt, ihn In Gleichgewichtslage zurückzuführen.

Wenn die Drehung der Spindelanordnung 95 begonnen hat. gelangen die Einlasse 312 nacheinander mit jedem der Hohlräume 301 In Verbindung, so daß jeder Hohlraum 301 abwechselnd an die Kammer 106 durch die Kanäle 310 angeschlossen und als Lagerpolster verwendet wird. Dadurch werden die Werkstücke U und 13 ständig durch die Spannelemente 121 festgehalten und der SpIndelabschnltt 96 ständig gegen Metall-auf-Metall-Berührung abgestützt.

Die zum hydrosta.Ischen Abstützen des Splndelab-

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verwendete Flüssigkeit wird durch die Düsen 165 und die spaltförmigen .ianäle 302 und 308 mil geringem Spiel zugemessen. Infolgedessen besteht kein übermäßiger Flüssigkeitsstrom und keine unerwünschte Metall-auf-Metall-Berührung zwischen Flächen, die zum Zumessen aber nicht zur hydrostatischen Abstützung verwendet wird.

Der Flanschabschnitt 99 der Spindelanordnung 95 kann sich axial zwischen den ebenen radialen Flächen 100 und 198 während des Betriebes bewegen. Insbesondere wenn die Schweißung nicht durchgeführt wl-d. drückt der konstante Hydraulikflüsslgkeitsstrom. der durch die Leitung 181 dem Ringraum 184 des Hauptdrucklagers zugeführt wird, den Flanschabschnitt 99 gemäß Flg. 3 nach rechts.

wodurch die Strömungsbereiche der Kanäle 187 und 187' geöffnet und der Druck In dem Raum 184 auf etwa 3,43 bar verringert wird. Wäht-nd dadurch natürlich die Stro^Mf^berelche der Radialkanäle des Zusatzdruck'agers verringert werden, stellt üer ihnen durch die Leitung 16Γ zugeführte hohe Druck sicher, daß vor dem Auftreten einer Metall-auf-Metall-Berührung dazwischen ein Gi'-fhgewlcht erzielt wird Außerdem verhindern Im Fall, daß der Flanschabschnitt 99 In irt-n-iei/sem Ausmaß an dieser Stelle kippt, die ausgeprägten bogenförmigen Nuten 320 und die Düsen 322 eine Metall-auf-Metall-BerUhrung und richten den Flanschabschnitt 99 genau aus, da die Drücke abfallen, wo Spielräume vergrößert werden, und ansteigen, wo Spielräume verringert werden. D\t gesonderten Düsen verhindern auch einen übermäßigen Hydraullkflüssigkeitsverlusl durch große Splelräurre Infolge Kippens oder. Infolge großer Schweißdrucklasten. Wenn die Werkstücke 11, 12 und 13 axial gegenelnan- Apt S^r'rOck' wprdpn wird <;lrh rlp.r Flansnhnhsrhnltt 99 gegen die ebene Flasche 100 des Kernabschnitts 83 bewegen und dadurch die Strömungsbereiche der Kanäle 187 und 187' verkleinern. Da der Strom der Hydraulikflüssigkeit zu dem Ringraum 184 konstant ist, steigt der Druck bis zu einer Höhe, bei der die Druckbelastung ausgeglichen Ist. In der Praxis kann der Druck In dem Hohlraum bis auf etwa 137,34 bar ansieigen, was mehr als ausreichend Ist für die größten Druckbelastungen. Unter diesen Bedingungen wird der Spielraum für Metall-auf-Metall an den Kanälen 187 und 187' ziemlich klein und

in die Spielräume an den Kanälen des Zusatzdrucklagers entsprechend groß sein. Übermäßiger Hydraulikflüsslgkeitsstrom an dem Zusatzdrucklager wird durch die mehrfachen Düsen 322 verhindert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Relbungsschwelßvorrtchtung mit wenigstens einer von einem Antrieb drehbaren Spindel, die eine durckbetatigte Einspannvorrichtung zum Halten eines Werkstücks aufweist und mit einem Im wesentlichen zylindrischen LagerabschnUt in einem Gehäuse drehbar gelagert Ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (62) mit dem LagerabschnUt (96) der Spindel (95) mehrere, in gleichen Winkelabständen um dessen Umfang herum verteilte Drehlagerhohlräume (301) bildet, denen ein Druckmittel zuführbar ist und die durch Kanäle (310) mit in gleichen Winkelabständen voneinander liegenden Einlassen (312) mit der Einspannvorrichtung verbunden sind, wobei jeder dieser Einlasse (312) axial so angeordnet !st, daß er bei Drehung der Spindel (95) nacheinander mit jedem der Drehlagerhohlräume (301) in Verbindung komiM. in Winkelrichtung jedoch so bemessen fet, daß er stets nur mit einem Drehlagerhohlraum (301) verbunden Ist, und wobei die Anzahl der Drehlagerhohlräume (301) um so viel größer Ist als die Anzahl der Einlasse (312). daß bei der Spindeldrehung Stets wenigstens drei In Winkelrichtung verteilt liegende Drehlagerhohlräume (301) keine Verbindung mit den Einlassen (312) haben.

2. Reibungsschweißvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (62) und der LagerabschnUt (96) der Spindel (95) an axial entgegengesetzten Enden der Drehlagerhohlräume (301) Umfangskanäle (302, 308) mit begrenztem Radialspiel und zwischen benachbarten Drehlagerhohlräumen Axialkanäle (306) mit begrenztem Radialspiel einschließen, die jeweils einen gesäuerten Leckverlust des Druckmittels zulassen.

3. Reibungsschweißvorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Drehlagerhohlraum (101) zwischen Gehäuse (62) und Spindel (95) durch eine Düse (165) mit einem Druckmlltelvertellerraum (89) verbunden Ist. dem Druckmittel durch eine Pumpe zugeführt wird.

4. Relbungsschwelßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehlagerhohlräume (301) begrenzenden Gehäuseaussparungen (300) bogenförmig ausgebildet sind.

S Reibungsschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Drehlagerhohlräume (301) doppelt so groß Ist wie die Anzahl der zugeordneten Einlasse (312)

6. ReibungsschwelBvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (312) an dem Im wesentlichen zylindrischen Lagerabschnitt (96) der Spindel (95) liegenden Flächenbereiche (312') umfassen, deren Winkelabmessung kleiner Ist als die Winkelabmessung der Axialkanäle (306) zwischen den benachbarten Drehlagerhohlräumen (301).

7. Rpibungsschwelßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. gekennzeichnet durch die Ausbildung von sechs Drehlagerhohlräumen (3Ö1) und drei diesen zugeordneten Einlassen (312).

8. Relbungsschwelßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, dall Innerhalb der Spindel (95) ein Im wesentlichen geschlossener Zylinder (106) der Einspannvorrichtung ausgebildet Ist, In dem ein axial hin- und herbeweglicher Kolben (107) sitzt, durch den Spannelemente

(121) betätigbar sind und der In eine seiner Endstellungen durch von den Drehlagerhohlräumen (301) durch die Kanäle (310) zugeführtes Druckmittel belastbar Ist.

9. Relbungsschwelßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (95) einen radial vorstehenden, axial von dem LagerabschnUt (96) entfernt liegenden Flanschabschnitt (99) aufweist, der mit dem Gehäuse C.^fi) einen

ic ringförmigen Axiallagerhohlraum (184) bildet, dem zur Aufnahme des beim Schweißvorgang auftretenden Andruckkraft eine konstante Druckmittelmenge zuführbar Ist, während andererseits ein Ringkanalspalt (187,187') mit veränderlichem Axialspiel an der radial Inneren und radial äußeren Seite des Axlallagerhohlraums (184) vorgesehen ist, der einen gesteuerten Leckverlust zuläßt.

10. ReibungsschwelBvorrichtung nach e'nem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Axiallagerhohlraum (184) auf der dem im wesentlichen zylindrischen LagerabschnUt (96) zugewandt liegenden Seite des Flanschabschnittes (99) der Spindel (95) vorgesehen Ist und zwischen dem Axiallagerhohlraum (184) sowie den Drehlagerhohlräumen (301) eine ringförmige Aussparung (170) vorgesehen ist, wobei mit dieser Aussparung (170) der dem Flanschabschnitt (99) benachbarte Umfangskanal (308) mit begrenzt radialem Spiel und der radial Innenliegende ringförmige Kanal (186') verbunden ist.