DE1956572A1 - Verfahren und Einrichtung zum Reibungsschweissen - Google Patents

Description

Hamburg, den 6„ November 1969 71369

Priorität; 20. Nov. 1968

US-Ser, No. 777

Anmelder;

Caterpillar Tractor Go.
Pe ο r i a, 111., U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zum Reibungsachweißen

Die Erfindung bezieht sich auf Reibungsschweißen der allgemeinen Art, worin zwei Werkstücke einer Relativdrehung unterworfen werden, während sie in reibendem ..Kontakt miteinander stehen, um Reibungswärme zu erzeugen, die die Werkstücke auf eine zum Schweißen geeignete Temperatur bringt, woraufhin die Relativdrehung aufhört und eine Bindung zwischen den Werkstücken entstanden ist. Die Erfindung bezieht sich besonders auf ein Trägheits-Heibungsschweißverfahren, worin ein erstes Werkstück an ein zweites Werkstück so angeschweißt wird, daß die verbundenen Werkstücke genau mit Bezug zueinander ausgerichtet sind.

Im Trägheitsschweißverfahren wird di© Energie, die benötigt wird, um die gemeinsam© Berührungsfläche

der Teile in einen bindungsfähigen Zustand zu "bringen, in drehenden Trägheitsgewiohten als kinetisohe Energie gespeicherte Diese Gewichte weisen gewöhnlich die Form von Sohwungscheiben auf und sind mit einem der Teile verbunden» Die gesamte Energie, die zur Ausbildung der Verbindung benötigt wird, ist vor dem Zusammentreffen der Werkstücke an der Berührungsfläche in den Gewiohten gespeichert· Die gespeioherte Energie wird in die Berührungsfläche durch Reibungserwärmung und plastische Durcharbeitung abgegeben, die sieh an der Berührungsfläche entwickeln, während die Keibungsberührung die drehenden Gewichte abbremst und der Verbindungsvörgang beendet wird_e

Viele Teile erfordern wegen ihrer Form oder vorgesehenen Anwendung eine genaue Einstellung oder

Winkelausrichtung im fertigen Sohweißstüok» Oftmals müssen weniger leistungsfähig® und teuere Arbeitsverfahren zum Sohweißen oder andersartigen Verbinden.solcher Teile benutzt werden, da eine Winkelausriohtung beim Trägheits-Beibungssohweißan bislang w©itgehend nioht zu verwirklichen ist» Im Trägheits-Reibungssohweißvorgang ist nämlioh das Anhalten dar Spindeldrehung allgemein nur dadurch bestimmt, daß die Energie dar sioh drehenden Traghiitflgewiolrfeen verbraucht wird_f was ohne eigentliohe Besiehung zur Winkellage der Spindel ist»

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Deshalb ist es das Hauptziel der Erfindung zum Anschweißen eines ersten Werkstückes an .ein zweites Werkstück ein Trägheits-Reibungsschweißverfahren zu sohaffen, bei welchem die verbundenen Werkstücke genau zueinander ausgerichtet sinde

Die Erfindung betrifft ein Irägheits-Reibungsschweißverfahren, in indem ein erstes Werkstück an ein zweites Werkstück geschweißt wird, worin beiden Werkstücken kurz vor Ende des Sohweißvorganges ' ermöglicht wird, sich zu drehen, um eine genaue Ausrichtung der Werkstücke mit Bezug zueinander gestatten.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor, in denen bevorzugte Äusführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigen«

Fig. 1 eine Seitenansicht einer für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwendenden Trägheits-ReibungBBohweißmasohine_s

Figo 2 eine vereinfachte Darstellung von Steuerungseinrichtungen der Maschine nach Figo 1»

In Fig· 1 weist eine Irägheits-Reibungsschweißmaschine 11, die der Erfindung entsprechend gebaut ist, einen Eahman oder ein Gestell 13, einen Motor 15,

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eine hydraulische Pumpe 171 .einen hydraulischen Llotor 19, eine drehbare Spindel 21^. mit -spindelstock, eine hydraulische Kolbenvorricutung 23 und eine längsverschiebliche jxeitstockeinriciitung 25

■An'einem 3nde der drehbaren spindel 21 ist eine Spannbacke 27 befestigt, die- aura festhalten eines ersten V/erkstacices 29 dient, ochv/ungscheiben 51 und 33 sind ebenfalls auf der drehbaren Spindel in der Eaiie der Spannbacke 27 befestigt. Anzeigemittel 2S und 54 sind an genau ausgerichteten Stellen auf der Spannbacke 27 und der Spindel 21 vorgesehene Sin Abgreifer oder eine Lageabtast— vorrichtung 36 ist innerhalb des nähmens 13 und in enger ITachbarschaft zur drehbaren Spindel 21 angeordnet, jjie Lageabtastvorrichtung 36 .:ann die genaue Lage der Spindel 21 mittels des .Spindelanzeigers 34 abtasten.

Ferner ist in der Maschine eine druckbetätigte Zeitmeßvorricntung 43 angeordnet, die in Flüssigkeitsverbindung mit der hydraulischen Kolbenvorrichtung 23 steht und die die Lage-Abtastvorrichtung 36 zu einer gewissen,, vorher festgelegten Zeit während des Sci-weißvorganges betätigt·

Eine zweite Spannbacke 37 ist an aer lieitstockein—

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richtung 25 zum festhalten eines zweiten Werkstückes 38 vorgesehen« Die Spannbacke 37 ist mit einem spindelartigen Glied 40 verbunden, das normalerweise mittels einer bremsvorrichtung 41 festgenalten isto

um zwei 'Werkstücke zusammenzuschweißen und sie mit Bezug zueinander am Ende des Schweißvorganges richtig auszurichten, kann die Schweißmaschine 11 in der folgenden Art und Jeise betätigt werden·. Das ./erkstück 29 wird zunächst in die Spindelstock— spannbacke 27 eingesetzt und genau mit Bezug auf den Anzeiger 28 und daher auf den Anzeiger 34 und die Abtast-Vorrichtung 36 eingestellt₀ Dann wird das Werkstück 38 in die He it-s-t ο ck-Spannbacke 37 eingesetzt und fest eingespannte Nachdem beide //erk3tücke in ihren entsprechenden Haltevorrichtungen fest eingespannt worden sind, wird die Kolben— vorrichtung 2> betätigt, um die £eitstockeinrichtung 25 so nahe an den Spindelstockteil der Maschine zu schieben, dais zwischen den 7/erkstücken 29 und 38 ein schmaler Spalt besteht.

Die bremseinrichtung 41 ist zu dieser Zeit außer Eingriff, so daß die Spindelvorrichtung=40 mit der xiand gedreht werden kann, um das Werkstück 38 genau mit Bezug auf das Werkstück 29 einzustellen. Dies

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stellt sicher, daß aie Werkstücke 29 und 38 vor Beginn des Schweißvorganges in eine Vorausrichtung gebracht werden_o Dann wird die Bremsvorrichtung 41 angelegt, so daß die Spindeleinrichtung 40 fest gegen Drehung gehalten wird»

Zu dieser Zeit wird der Motor 15 eingeschaltet, der die hydraulische Pum^e 17 dreht, die ihrerseits dem hydraulischen uiiotor 19 Druckflüssigkeit zuführte Der hydraulische uiotor 19 ist an die drehbare Spindel 21 angekuppelt und dreht die Spindel 21_S die auf der Spindel sitzenden οchwungscheiben 31 und 33 und die Spannbacke 27, die das ./erkstück Zy hält»

Bei einer bestimmten Geschwindigkeit wird die Kraftübertragung auf die Spinael 21 entweder durch Abstellen des ivlotors 15 oder durch Umschalten der Teile der Pumpe 17 und Motor 19 unterbrochen, so daß keine weitere Kraft der Spindel 21 zugeführt wirdο Zur selben Zeit, da die Kraft von der Spindel 21 getrennt ist, wird hydraulische Jj¹Iussi^keit

unter Druck der Kolbenvorrichtung 23 zugeführt, die die Reitstockeinrichtung 25 vorwärtstrexbtj, so daß axe beiden V/erkstücke 29 und 38 unter Druck in Berührung kommen»

Da die Kolbenvorrichtung 23 unter Druck steht_f und.

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BAD ORIGINAL

I. werden g

das sie-a drehende Werkstück 29 mit dem sich nicht dreiienaen ierkstäck 38 in .Berührung "bringt, wird die druckoetätigice Zeitmeßvorrichtung 43 ebenfalls erregte Jde Seitaae^vorrichtuiig 43 "beginnt die Zeit des SciweiJishrorgaiiges von der anfänglichen j3erüliruiig awisciien den. Werkstücken an zn einem nachstehend erläuterten Zweck zu messen«

In diesem üb schnitt des Schweißvorganges wird die Beriiiirungsfläclie zwischen den "Werkstücken 29 und durch 2eil5-iiig auf ächweißtemperatur erhitzte vienn uie ./erkstiicke auf die Schweißtemperatur erhitzt sind, zehrt die Äeibung zwischen den Werkstücken die in der freilaufenden Spindel 21 und den Schwungmassen 31 und 33 gespeicherte Energie auf, so daß die gesagte Jpindelstockeinrichtung langsamer zu

Lachdem aar dciiweißvorgang in vorher festgelegtem Umfang ausreichend vollendet worden ist, erregt die Zeitmeßvorricntung 43 die Abtastvorrichtung .bei einer vorher festgesetzten Drehgeschwindigkeit oder einem entsprechenden Punkt der Drehung der dpindel 21 der durch das Anzeigemittel 34 angezeigt wird, gibt die Abtastvorrichtung 36 ein Signal an die .bremsvorrichtung 41, die ßeitstock-3pindel 40 freizugeben„ Der Abtaster 36 überwacht also die Lage der opindel 21 und signalisiert an

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dem passenden Punkt der Umdrehung die Entriegelung der Bremsvorrichtung 41° ·

Durch den iieibungseingriff zwischen den Werkstücken 29 und 3.8 wird dann die Spannbacke 37 schnell auf die Drehgeschwindigkeit der Spannbacke 27 beschleunigt ₀ Sobald die Spannbacke 37 die Umdrehungsgeschwindigkeit von Spannbacke 27 erreicht, hört die Relativbewegung zwischen den Werkstücken 29 und 38 auf und die Schweifung ist vollendet» Nachdem die Werkstücke 29 und 38 verbunden sind, drehen sich die Spindel 21 und Spindel 40 mit derselben niedrigen Drehgeschwindigkeit, v/eil sie durch die verbundenen Y/erkstücke zusammengekuppelt sind. Dann kann die I3rem.se 41 allmählich angelegt werden, um die Drehung der Spindeln anzuhalten· Da?araufhin kann das Schweißstück herausgenommen werden, indem die Spannbacken gelöst und die KoIbenvorrichtung betätigt wird, um die Reitstockvorrichtung 25 von der Spannbacke 27 wegzuziehen.

Dadurch, daß die Abtastvorrichtung 36 die Lösung der Bremse 42: im genau richtigen Augenblick verursacht, wird für die Ausrichtung der zwei Werkstücke 29 und 38 gesorgt. Deshalb muß die Zeit, die das Reitstock-Werkstück 38 braucht, um'die Drehgeschwindigkeit des drehenden Werkstückes 29 zu erreichen, ia berücksichtigt werden und ent -

sprechend bemessen sein© G-emeinhin wird die Zeit, O O 9 8 2 A / 1 3 S 5

die das Reitstock—Sohweißglied 38 braucht, um die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Schweißgliedes 29 zu erreichen, sehr gering sein, da der Unterschied in den Massen sehr groß und die Drehgeschwindigkeit an diesem Punkt im Ablauf relativ niedrig ist«. Die genaue Zeitverzögerung oder die •Jröiie der Drehung, die berücksichtigt werden muß, wird in Abhängigkeit von solchen Paktoren wiegen Werkstückdurchmessern, dem Schweißmaterial, der Schwungscheibenmasse und der Drehgeschwindigkeit schwankenο

2 ist eine ochematische Darstellung der Erfindung, in der die Teile, die ähnlichen, mit Bezug auf Fig« I beschriebenen Teilen entsprechen, durch dieselbe Zahl mit einem Striohindex (') gekennzeichnet sind«.

Unter der Annahme» daß die Werkstücke 29' und 38' bereits in ihren entsprechenden Spannbacken eingespannt und ausgerichtet worden sind, läuft der Schweißvorgang einschließlich der Ausrichtung der Werkstücke am linde wie folgt abs Eine Steuerungseinrichtung 51 gibt dem Motor 15' ein Anlaßsignal, der seinerseits die hydraulische Pumpe 17' und den hydraulischen Motor 19' in Tätigkeit setzt. Da die Spindel 21' an den hydraulischen Motor 19' angekuppelt ist, beginnen die

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Spindel 21', die Schwungscheiben 31' und 33' unddas Werkstück 29' sich zu drehen.

Bei einer bestimmten vorher festgesetzten Drehgeschwindigkeit gibt die Steuerungseinricntung 51 entweder dem Motor 15^! oder der hydraulischen Pumpe 17' ein Signal, die Kraftübertragung auf die Spindel 21 zu unterbrechen.) Zur selben Zeit gibt die Steuerungseinrichtung 51 ein Öffnungssignal an das Ventil 53» damit das Kofpende einer hydraulischen KoIbenvorrichtung 23' unter Druck gesetzt werden kann_o Die unter Druck stehende Kolbenvorricutung 23^f schiebt die gesamte Reitstockeinrichtung 25' einschließlich des festgehaltenen Werkstückes 38 ' vorwärts, bis die zwei Werkstücke unter Druck in Berührung kommen„

Die Bewegung der Kolbenvorrichtung 23' 'erregt die Zeitmeßvorrichtung 4-3 ' > und nach einer bestimmten vorher festgesetzten Zeit oder einem entsprechenden Teil des Schweißvorganges schaltet die Seit— meßvorriohtung 43' den Abgreifer oder die Lageabtastvorrichturig 36' ein_e Die Abgreifvorriohtung 36' beginnt die Drehgeschwindigkeit und Lage der Spindel 21' zu überwachen und gibt bei einem genauen bestimmten Punkt der Umdrehung dem Brems— schalter 57 ein Signal, Dies bewirkt ein sofortiges Lösen der normalerweise angezogenen Bremse 41'»

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und das werkstück 38'- "beschleunigt schnell auf die Geschwindigkeit des sich drehenden Werkstückes 29'o V/ie Äg. 2 zeigt, sind Lagervorrichtungen 59 und 61 vorgesehen, um die Spindel 40' freidrehbar anzuordnen«, iieian für Teile bestimmter Größe und aus "bestimmten idaterial die besonderen Kennwerte eriuittelt worden sind, können die genaue Zeit und die Anzahl der ümdrehungenbestimmt werden, die das Y/erkstück 38' braucht, um die Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Werkstückes 29' zu erreichen«, In dieser «»eise kann eine genaue Ausrichtung der .V'erkstüeke in den Ge samt vor gang eingeplant werden«

Die Werkstücke sind nun in genauer Ausrichtung mit Bezug zueinander verbunden, und die langsam sich

bis

drehende Anordnung kann jetzt/zum Anhalten abgebremst v/erden, indem ein Signal von der Steuerungseinrichtung 51 zum Bremsschalter 57 gesendet wird, um die Bremse 41' in Tätigkeit zu setzen«. Nachdem die Anordnung zur Ruhe gekommen ist, kann die geschweißte Verbindung von den Werkstück-iial te spannbacken gelöst werden, und ein Ventil 55 wird geöffnet. j)as öffnen des Yen tils 55 bewxrkt, daß hydraulische Flüssigkeit unter Druck in das Kolbenstangenende der hydraulischen KoIbenvorrichtung 23' einfließt und die ReitStockvorrichtung 25' von der Spindel 21' weggeschoben wird,, Die geschweißte Verbindung kann jetzt aus der Maschine entfernt

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BAD OBiGINAL

Claims (1)

1. A ι¹ J L ¹I¹ A ίί ei ϊ κ iJ G H j

   Trägheits-^eibungsschweißverfahren zum Anschweißen eines ersten ,ierkstückes" an ein zweites werkstück, Vv or in die verbundenen werkstücke genau mit Bezug zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Werkstück in eine mit einer Trägheitsmasse verbundene erste drehbare Ί/'erkütück-rialtevorriclitung eingesetzt und mit Bezug auf Anzeigemittel, die der ersten drehbaren Haltevorrichtung zugeordnet sind, ausgerichtet wird, -daß ein zweites ".Werkstück in eine zweite drehbare Jerkstüek-Haltevorrichtung eingesetzt und mit Bezug auf das erste 7/erkstück ausgerichtet wird, daß eine bremskraft auf die zweite Werkstück-Haltevorrichtung ausgeübt wird, um diese fest gegen urehung zu halten, daß die erste Werkstück— Haltevorrichtung in schnelle Umdrehung versetzt wird, woraufhin die Werkstücke zusammengepreßt werden, um an ihrer gemeinsamen Berührungsfläche jieibungsvärmo zu erzeugen, wodurch sich eine Bindung an der Berührungsfläche zu bilden beginnt^ v.ährend Energie von der Trägheitsmasse abgegeben wird und die .Relativdrehung sich verlangsamt, daß die Lage der Anzeigemittel angezeigt wird, nachdem der Verbindungsvorgang einen vorher bestimmten Abschnitt erreicnt hat, und daß die

   Bremskraft von der zweiten Werkstück-ilaltevor-0 0 9 8 2 4/1365 _OAr>

   ^ßAD ORfQiNAL

   _ Ί Λ _

   richtung (j?7) fortgenominen wird, da-iit das
   zweite .werkstück (53) a,n das erste .-.'erkstlick
   (29) in der anfänglich, ausgerichteten Lage
   anschließt und sich ^i t ihm dreht»

   ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dchweißabla-uf-Zeitraeßvorrichtung (43) betätigt wird, wenn die werkstücke (29, 38) zusammengepreßt werden, daß eine Lageabtastvorrichtung auf die Zeitmeßvorrichtung ansprechend betätigt wird, nsciidea der Verbinäungsvorgang
   a eine» vorher bestimmtest ^jufe erreicht hat,
   wobei die Lage-Abtastvorric"^!;tung ..ittel unfreist, die die Stellung der ünzeigeniittel \.ahriieli^en
   und die, auf das Anzeigemittel ansprechend, die Bremskraft :''ortnehraeii, die auf die .r./eite .."erkstück-^altevorriclitung ausgeübt \,'irde

   ο «/"erfahren nach ^nspruch 1, dadurcn ^.o^einiceicli— net, daß die trägheitsmasse der ernten .Yericstück— iialtevorriohtung durch eine oder uieiirere ooir.vung— scheiben geschaffen wird, und daß die erste
   Y/erkstück-iialtevorriclitung schnell aul* eine vorüerbestimmte -ürehgeachwinaigkeit durch einen, iuotor beschleunigt wird, der von der ersten .ialfcevorrichtung getrennt wird, bevor die ,'erksblicke
   unter Druck in Eingriff gebracht werden,,

   • - 15 -

   009824/1365 badorjgjnal

   U95S572

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   die spindel tear ©irffl1fc©isi

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   eine ZeitmessTorrxeiaiifcMfflig (43)

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   die eine Äbtastvorrichtung (36) erregt, welche einen die Drehlage des ersten Werkstückes in der ersten Haltevorrichtung kennzeichnenden Anzeiger (34) überwacht und die Bremse der zweiten Haltevorrichtung (41) steuert_o

   7· Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge~ kennzeichnet, daß die träge Masse der ersten Haltevorrichtung (27) aus einer oder mehreren Schwungscheiben (31, 33) "besteht und daß der Antrieb der ersten Haltevorricxitung (15, 17,19) eine Kupplungsvorrichtung (10, 19) enthalte

   Π Ο 9 8 2 Ul13 6 5

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