DE1958833A1 - Reibungsschweissmaschine - Google Patents

Description

PatsntanwBlt

ing, K. ö

^ » BERLIN 19

ΤΛ30442β$ W/Vh-2580

14.11.69

General Motors Corporation, Detroit, Mich., tf.St.A·

Reibungsschweissmaschine

Sie Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsschweissmaschine zum aufeinanderfolgenden Yerschweissen von Paaren von Werkstücken, die in zugeordneten Werkstückhaltern eingespannt durch ein Schwungrad relativ zueinander gedreht werden und gegeneinander gedrückt sind.

Bei bekannten Bauarten wird das Schwungrad

zur Speicherung von Schwungenergie benutzt, die anschliessend zur relativen Drehbewegung der Werkstücke gegeneinander unter Reibung aufgezehrt wird, um das Versohweissen zu bewirken. Wenn das Schwungrad eine vorgegebene Drehzahl entsprechend der

zu speichernden Energie angenommeη hat, erfolgt das Erhitzen und Verschweissen der beiden T_eile in verhältnismässig kurzer Zeit.

Sollen jedoch nacheinander Paare von Werkstücken in dieser Weise verschweißet werden, so ergibt sich eine unerwünschte zeitliche Verzögerung bevor der nächste Schweissvorgang begonnen werden kann, weil das Schwungrad erneut auf die vorgegebene Drehzahl beschleunigt werden muss, um erneutSchwungenergie für den nächsten Schweissvorgang zu speichern· Grosse Ausstosszahlen sind daher nicht erreichbar und diese Tatsache hat zu einem verhältnismässig begrenzten Eineatz derartiger Reibungsschweissmaschinen geführt.

Bei den bisher bekannten Bauarten erfolgt auch keine unmittelbare Beheizung und Reinigung aller Teile der Berührungsfläche zwischen den beiden Werkstücken durch Reibung, da die beiden Werkzeughalter in ihrer koaxialen Lage zueinander verbleiben, so dass in der Drehachse die Relativgeschwindigkeit Null herrscht, die mit dem Abstand von der Drehachse zunimmt. Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere wenn ein schnelles Terschweissen gewünscht ist, erfolgt im Bereich der Drehachse keine ausreichende Erwärmung bis in den plastischen Zustand des Werkstoffes, so dass eine vollständige Yerschweissung über die gesamte Berührungsfläche nicht möglich ist. Ebenso erfolgt keine ausreichende Entfernung

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von Verunreinigungen, die die Güte der Schweißstelle beeinträhtigen. Die bekannten Bauarten ermöglichen auch nicht die unmittelbare Entfernung des bei dem Verschweissen beispielsweise einer zylindrischen Stange mit einer ebenen Platte entstehenden Grates zwischen beiden !Teilen. Vielmehr muss dieser Grat durch Schleifen nach der Abkühlung der Schweissstelle entfernt werden. Dies ist nicht nur schwierig, sondern auch zeitraubend und daher kostspielig.,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reibungsschweissmaschinen der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass diese Nachteile vermieden sind. Hierbei soll eine relative Drehbewegung in sämtlichen Teilen der gegeneinander liegenden Flächen der Werkstücke erfolgen, um eine Reinigung und unmittelbare Erhitzung durch Reibung zu erzielen. Perner soll der sich beim Schweissen bildende Grat während des Schweissvorganges entfernt werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein zweites Schwungrad vorgesehen ist, das auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, während ein erstes Paar von Werkstücken miteinander verschweisst wird und zum Antrieb eines zweiten Paares von Werkstücken, die nach Entfernen des ersten Paares in die Werkstückhalter eingespannt werden, eingekuppelt wird. Während die Schwungkraft des einen Schwungrades zum Verschweissen des ersten Paares von

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Werkstücken verzehrt wird, wird das zweite Schwungrad beschleunigt, um für das Verschweiseen des darauffolgenden Paares von Werkstücken zur Abgabe von Energie bereit au sein. Durch diese Überschneidung wird eine wesentlich bessere Ausnutzung der Maschine erzielt. Gegebenenfalls kann auch+ mit mehr als zwei in dieser Weise angetriebenen Schwungrädern gearbeitet werden, um eine weitere Steigerung des Ausstosses der Maschine zu erzielen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist

vorgesehen, dass wahlweise betätigbare Kupplungen zum Kuppeln des zweiten Schwungrades mit dem einen Werkstückhalter vorgesehen sind.

Um eine Relativdrehbewegung an allen Teilen der Berührungsfläche und damit eine unmittelbare Beheizung dieser Flächen durch Reibung zu erzielen, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Antrieb vorgesehen, der eine Relativbewegung der Werkstücke zueinander senkrecht zur Drehachse während der relativen Drehbewegung zueinander bewirkt· Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Antrieb mit einem Schlitten in einem der Werkstückhalter verbunden ist, der während der relativen Drehbewegung der Werkstückhalter zueinander um einen vorgegebenen Weg quer zum anderen Werkstückhalter verschoben wird. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Antrieb einen Motor enthält, der den einen Werkstückhalter längs führungen quer zur Drehachse der

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Werkstückhalter bewegt·

Um den bei dem Schweissvorgang entstehenden. Grat zwischen den beiden Werketücken zu beseitigen» ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Motor zum Antrieb des zweiten Werkstückhalters vorgesehen und ein Werkzeug zum Entgraten der Schweißstelle in dejfc-en Bereich angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Werkzeug zum Entgraten der Schweißstelle ein umlaufendes Schneidrad, Bei einer anderen Ausführungsform ist das Werkzeug zum Entgraten der Schweissstelle An feststehendes Messer, das an einem längs einer Führung versehieblichen Schlitten sitzt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum aufeinanderfolgenden Reibungsschweissen von Paaren von Werkstücken unter Verwendung des Schwungmoments eines Schwungrades zur relativen Drehbewegung zweier Werkstückhalter, bei dem die in einer Fläche unter Druck gegeneinander gehaltenen Werkstücke an dieser erhitzt und miteinander verschwelest werden. Ein derartiges Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein zweites Schwungrad auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, während ein erstes Paar von Werkstücken miteinander verschwelest wird, dieses sodann entfernt und durch ein zweites ungesohweisstes Paar ersetzt wird und sodann die Schwungenergie des zweiten Schwungrades zu dessen Vereebweiseung verwendet wird. In weiterer Ausgestaltung diese« Verfahrene 1st vorgesehen, dass bei der relativen Drehbewegung

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	der	Zeichnung sind Ausführungsbeispiele	Pig	•	. 1	eine Seitenansicht einer Reibungsschweiss
	von Reibungsschweissmaschinesi nach der Erfindung dargestellt.				maschine,
1958833	Es aeigent	Pig	. 2	ein !Peillängsschnitt nach der linie 2-2
- 6 - der beiden Werkstücke zueinander zwischen ihnen zusätzlich			in Pig. I,
eine relative Querbewegung ausgeführt wird.	Pig	. 3	ein Längsschnitt durch einen Seil der
In			Sohweissaaschine nach Pig. I,
Pig	. 4	ein Schnitt nach der linie 4-4 in Pig. 3,
Pig	. 5	ein vergrösserter Ausschnitt aus Pig. 4f
Pig.	. 6	eine Ansieht in Richtung der Linie 6-6
		in Pig. I,
Pig.	. 7	eine Ansicht nach der Linie 7-7 in Pig.6,
Pig.	8	eine Ansicht nach der Linie 8-8 in Pig.7,
Pig.	9	eine perspektivische Ansicht eines Werk
		stückes, das aus zwei Teilen mit der
		Maschine gemäss Pig. I verschwelest wird,
Pig.	IO	eine Stirnansicht auf einen Teil des
		Reitstockes der Schwe!sämaschine nach
		Pig. 1,
Pig.	11	ein Längsschnitt durch den Reitstock der
	ReibungsBchweissmasohine nach Pig. I1

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Pig. 12 eine Seitenansicht einer abgewandelten Bauform einer Reibungsschweissmaschine,

Pig. 13 eine Ansicht nach der linie 13-13 in Fig. 12,

Pig. 14 eine Stirnansicht auf ein Werkzeug Bum Entfernen des Schweissgrates für die Maschine nach Pig. I und

Pig. 15 und 15A perspektivische Ansichten eines aus zwei Teilen bestehenden Werkstückes, das mit der Schweissmaschine gemäss Pig. 12 herstellbar ist.

Die in Pig. 1 dargestellte Reibungsschweissmaschine besteht aus einem Spindelkopf 10 und einem Reitstock 12, die auf einem gemeinsamen Bett 13 befestigt sind. Der Spindelkopf und der Reitstock sind axial zueinander ausgerichtet und weisen Werkstückhalter an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten auf» um aufgenommene Werkzeuge relativ zueinander zu drehen, wobei zugleich eine axiale Kraft ausgeübt wird. Die zum Yerschweissen der Werkstücke erforderliche Wärme wird durch die relative GIeitbewegung der gegeneinanderliegend-n Plächen der Werkstücke erzeugt. Die Winkelgeschwindigkeit der relativen Drehbewegung und die axiale Kraft werden so eingestellt, dass eine ausreichende Reibungswärme an der gemeinsamen

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Berührungsfläche entsteht, so dass "bei Beenden der Relativdre-hung der beiden Werkstücke zueinander die Schweissung vollzogen ist. Auf der einen Seite ist neben dem Spindelkopf 10 ein Antriebsgehäuse 14 angeordnet, an dem übliche hydraulische Motoren 16 und 18 befestigt sind. Wie Pig. 2 zeigt, ist die Ausgangswelle des hydraulischen Motors 16 mit einer Welle verkeilt, die in einem Lagergehäuse 22 gelagert ist, das am Antriebsgehäuse 14 sitzt. Die Welle 20 erstreckt sich in das Antriebsgehäuse 14 und ist mit einer Nabe/verkeilt, die als Lagerung für ein Kettenrad 26 dient. Das Kettenrad 26 ist über in Abstand voneinander liegende Kugellager und eine Freilaufkupplung 28 auf der Habe 24 gelagert.

Die Preilaufkupplung 28 gestattet den Antrieb des Kettenrades 26 in einer Richtung und das Überholen des Motors durch das Kettenrad in der Antriebsrichtung.

Das Kettenrad 26 ist mit einem Kettenrad 30 über eine Kette 32 verbunden. Das Kettenrad 30 hat vorzugsweise kleineren Durchmesser, so dass eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt. Das angetriebene Kettenrad 30 ist mit einem Schwungrad 34 verbunden, das drehbar über Kugellager auf einer Spindel 36 gelagert ist. Die Spindel 36 erstreckt sich durch das Antriebsgehäuse 14 und ist in Abstand voneinander habenden Endplatten 38 über Kugellager abgestützt. Das Kettenrad 30 treibt eine ringförmige Nabe 40 an, die mit dem äusseren

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Gehäuse einer wahlweise einrückbaren Kupplung 42 verbunden ist. Diese Kupplung wird zweekmässig elektrisch betätigt und enthält die üblichen Kupplungsscheiben, die abwechselnd mit der Innenseite des Gehäuses und der Spindel 36 verbunden sind. Beim Einrücken der Kupplung 42 wird die Spindel 36 von dem hydraulischen Motor 16 und dem Schwungrad 34 angetrieben.

Der zweite hydraulische Motor 18 treibt ein

zweites Schwungrad 44 über eine Freilaufkupplung, ein Kettenrad 46, eine Kette 48 und ein Kettenrad 50 an. In diesem Antrieb ist in gleicher Weise wie bei denjersten Schwungrad eine willkürlich betätigbare Kupplung 52 vorgesehen.

Die Spinfcl 36 ist über eine Kupplung 56 mit einer zweiten Spindel 54 verbunden, die sich durch ein zweites Gehäuse 58 erstreckt (Fig. 1 und 3) und in diesem über Kugellager drehbar gelagert ist. Die Spindel 54 trägt an ihrem freien Ende einen grossen ringförmigen Plansch 60, an dem über Schrauben 63 ein Werkstückhalter 62 befestigt ist.

Der Werkstückhalter (Pig. 72 besteht aus einer Grundplatte 64, einer Zwischenplatte 66 und einer Deckplatte 68, die miteinander durch Schrauben o.dgl. verbunden sind. Die Deckplatte 68 enthält eine Schwalbenschwanznut 72, in der ein Schlitten 74 verschieblich ist. Der Schlitten 74 trägt einander gegenüberliegende Spannbacken 76, die an den

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Aussenflachen des Schlittens um Zapfen. 78 schwenkbar sind. Die Spannbacken 76 sind durch Schraubenfedern 80 in die Spannlage vorbelastet, um einen rechteckigen Flanschte ines metallischen Werkstücks 86 zu greifen. Die äussereh Enden der Spannbacken 76 sind entsprechend abgeschrägt, so dass das Werkstück 86 in Längsrichtung aus dem Werkstückhalter entnommen werden kann.

Die Deckplatte 68 ist mit einander gegenüberliegenden Führungen 88 für das Werkstück versehen und bilden eine Rinne 90 zur Aufnahme des Werkstückes, das sich an Anschlägen 92 und 93 des Schlittens abstützt. Um die beabsichtigte relative Querbewegung des Schlittens zum übrigen Teil des Werkzeughalters zu bewirken, ist ein Kolben 94 (Fig. 3) vorgesehen, der eine begrenzte axiale Bewegung innerhalb des stärkeren Endes der Spindel 54 ausführen kann.

Mit dem Kolben 94 ist eine Kolbenstange 96 verbunden, die sich durch die Grundplatte 64 und die Zwischenplatte 66faindurch in eine Öffnung 98 im Schlitten 74 erstreckt (Fig. 4). Die Kolbenstange 96 hat einen seitlichen Ansatz 100, an den ein erster Lenker 102 eines Kniegelenks angelenkt ist. Ein zweiter Lenker 104, der aus zwei parallel zueinander liegenden Armen besteht, ist mit dem anderen Ende des Lenkers gelenkig verbunden und an seinem anderen Ende über einen Zapfen 106 mit der Zwischenplatte 66 verbunden. Der zweite

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lenker 104- hat ferner einen Eopf 107, der eng in eine Ausnebmung 108 an der Unterseite des Schlitfeee 74 greift.

Der Kolben 94 wird hydraulisch betätigt. Hierzu ist eine Druckflüssigkeitsleitung 110 vorgesehen, die mit einem axialen Kanal 112 in der Spindel 54 verbunden ist, die zu einer Steuerkammer 114 auf der linken Seite des Kolbens 94 führt. Eine zweite Druckflüssigkeitsleitung 116 ist mit einem zweiten axialen Kanal 118 verbunden, der zu einer Steuerkammer 120 auf der rechten Seite des Kolbens 94 führt. Wird der ersten Steuerkammer 114 Druckflüssigkeit zugeleitet, während die zweite Steuerkammer druckentlastet ist, so bewegt sich der Kolben 94 nach rechts in Pig'. 3 bis 5 gesehen, um den Schlitten 74 in eine vorgegebene Stellung entsprechend dem Hub des Kolbens zu bewegen. Wird der zweiten Steuerkammer 120 Druckflüssigkeit zugeleitet, während die Steuerkammer 114 entlastet wird, so erfolgt eine Rückbewegung des Kolbens 94 und damit eine Rückbewegung des Schlittens 74 in die Stellung,

in
in der das Werkstück7cTie Rinne 90 eingesetzt werden kann.

Wie die Pig. 6 bis 8 zeigen, ist ein Gegenwicht 124 in dem Werkstückhalter angeordnet, das diesen bei allen Stellungen des Schlittens dynamisch auswuchtet. Dieses Gegengewicht 124 ist von einem Arm 126 getragen, der über einen Zapfen 128 schwenkbar mit der Zwischenplatte 66 verbunden ist. Der Arm 126 ragt in eine Öffnung 129 des Schlittens 74. Bei

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der Querbewegung des Schlittens 74 (Pig. 8) ergibt sich eine entsprechende Bewegung des Gegengewichts 124» um die Verlagerung des Schlittens auszugleichen so dass der Gewichtsshhwerpunkt des Werkstückhalters in der Drehachse verbleibt.

Der "Reitstock 12 weist eine Grundplatte 130

auf, auf der in Führungen 154 ein Support 132 längsverschieblich ist (Fig. 11). Zur Bewegung des Supports 132 dient ein Kolben 136, de-ssen Zylinder mit der. Grundplatte 130 verbunden ist. Die Kolbenstange 138 ist in einen Klotz 140 eingeschraubt, der mit dem Support 132 verbunden ist.

Der Support 132 trägt einen hydraulischen Motor 142 zum Antrieb einer Welle 144, die ein Schneckengewinde 146 trägt. Das Schneckengewinde arbeitet mit einem Schneckenrad 14ö zusammen, so dass ein Antrieb ins Langsame erfolgt. Das Schneckenrad 148 ist auf eine Büchse 15u aufgekeilt, die in dem Support über 'Rollenlager drehbar gelagert ist und mit einer hohlen Spindel 152 verkeilt ist. Diese Spinde^ 152 erstreckt sich durch ein längliches Wellenstück 154, mit dem es durch ein Gewinde 155 verbunden ist. Am äaaseren Ende des Wellenstücks 154 ist ein zweiter Werkstückhalter in Form einer Spannbüchse 156 vorgesehen, die einen Spannkonus 158 aufweist. Die Spannbüchse ist an ihrem vorderen Ende geschlitzt, so dass Spannklauen 160 zur Aufnahme eines zweiten Werkstücks 162, beispielsweise einer länglichen zylindrischen Stange, gebildet sind. Die Spannwirkung erfolgt durch die

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Keilwirkung am Spannkonus 158.

Das zweite Werkstück 162 wird zwischen die Spannklauen 160 durch eine axiale Bohrung 164 in der Spindel 152 zugespeist und federbelastete Stifte 165 drücken auf den Spannkonus 158 in entgegengesetzter axialer Richtung, um ein
leichtes Greifen des Werkstückes zu bewirken, wenn sich dieses in der Lage gemäss Pig, 11 befindet. Eine Zentrierbüchse 167 zentriert das Werkstück 162 koaxial zur Spindel 152 während des Schweissvorganges. Wird auf das Ende des Werkstücks 162 eine axiale Kraft ausgeübt, wenn der Plansch 86 des anderen Werkstücks gegen die Stange 162 bewegt wird, so spannen die Spannklauen 160 die Stange 162 durch die Keilwirkung des
Spannkinus fester zusammen.

Das Wellenstück 154 ist drehbar und verschieblich in Lagerstücken 168 und 170 gelagert, die in einem mit dem Support 132 verbundenen Halter 172 liegen. Das Wellenstück 154 bildet mit dem Halter 172 Steuerkammern 174 und 175t an die Druckflüssigkeitsleitungen 176 bzw. 177 angeschlossen
sind. Wird der Steuerkammer 174 Druckflüssigkeit zugeleitet, während die Steuerkammer 175 druckentlastet ist, so wird das Wellenstück 154 zusammen mit der Spindel 152 nach links bewegt, während bei umgekehrter Druckbeaufschlagung der Steuerkammern eine Bewegung dieser !Teile nach rechts eintritt.

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Um eine zusätzliche Abstützung der Werkstücke nach ihrer Verschweissung zu bilden, ist eine senkrechte Stütze 180 vorgesehen, die eine Rast 182 der Kontur des Werkstücks 162 aufweist. Diese Stütze erleichtert das Entfernen der zusammengeöchweissten Werkstücke, nachdem der Reitstock in die Stellung zur Entnahme des Werkstückes bewegt ist.

Pig. 14 zeigt die Einzelheiten eines Werkzeugs 184 zum Entgraten der Schweißstelle und ist für die Maschine gemäss !"ig. 1 bestimmt. Dieses Werkaeug enthält einen Getriebemotor 186 und einen Kettentrieb 188 für ein Schneidrad 190, das in einer Gabel 192 gelagert drehbar ist und dazu dient, den an der Schweißstelle gebildeten Grat zwischen den beiden Teilen zu entfernen.

Die Beistellung des Schneidrades erfolgt durch einen Kolben 193.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Maschine ist folgende: Der Metallflansch des ersten Werkstückes 86 wird in die Rinne 90 des Werkstückhalters des Spindelkopfes in den Schlitten 74 eingesetzt. Wie Pig. 6 zeigt, ist die lage des Werkstückes durch die Anschläge 92 und 93 im Schlitten 74 bestimmt. Die Schraubenfedern 80 drehen die Spannbacken 76 einwärts, so dass die abgeschrägten Enden der Spannbacken die Kanten des Flansches übergreifen. Das Werkstück ist somit im Sohlitten festgelegt und kann nunmehr ge-

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dreht werden. Während des Einsetzens des Werkstückes in den Schlitten 74 ist der Reitstock durch den Kolben 136 zurückgezogen worden, befindet sich also rechts in Pig. I. Das zweite Werkstück 162 ist durch die zylindrische Bohrung 164 der Spindel 152 in den Reitstock eingeführt und durch den dort vorgesehenen Werkstückhalter mittels der Spannklauen 160 festgehalten.

Es wird sodann durch den Kolben 136 der Reitstock in die Arbeitsstellung gemäss Pig, Il bewegt. In dieser befindet sich die Stirnfläche des zweiten Werkstückes 162 dicht neben dem Werkstück 86, berührt dieses jedoch nicht. Der Motor 142 treibt zu dieser Zeit die Spindel 152 und damit das zweite Werkstück 162 mit einer vorgegebenen Drehzahl, beispielsweise 200 U/min an.

Während des Einspannens des zweiten Werkstücks 162 in den Spindelkopf und der Bewegung des Spindelkopfes in die Arbeitsstellung treibt der hydraulische Motor 16 das Schwungrad 34 an und beschleunigt es auf eine Drehzahl, bei der ein vorgegebenes Schwungmoment gespeichert ist, das zum Yerschweissen der Werkstücke 86 und 162 ausreicht, wenn diese gegeneinander gedrückt werden. Nachdem das Schwungrad 34 die vorgegebene Drehzahl erreicht hat, wird die Kupplung 42 eingerückt, so dass das erste Werkstück 86 mit einer vorgegebenen Drehzahl von beispielsweise 2500 U/min von dem Motor 16

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und dem Schwungrad 34 angetrieben wird. Der Antrieb beider Werkstücke 86 und 162 erfolgt in gleicher Richtung. Es ist zweckmässig, wenn der Antrieb zu Beginn des Schweissvorganges sowohl vom Motor 16 als auch vom Schwungrad 34 erfolgt und nach einer gewissen Zeit der Motor verzögert oder angehalten wird, so dass das erste Werkstück 86 dann allein von dem Schwungrad 34 angetrieben wird, das wegen der Freilaufkupplung 28 den Motor überholen kann.

Sobald das erste Werkstück 86 mit einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird, erhält die Steuerkammer einen vorgegebenen Steuerdruck zugeleitet, wodurch eine axiale Yerschiebung des Wellenstückes 154 eintritt, durch die die beiden Werkstücke mit einer vorgegebenen Kraft gegeneinander gedrückt werden. Unter diesen Betriebsbedingungen ergibt sich eine gleitende Reibung an der Trennfläche zwischen den beiden Werkstücken, die den grössten Teil der Berührungsfläche unmittelbar erhitzt. Im mittleren Teil der Berührungsfläche ist die Geschwindigkeit jedoch gering und in der Drehachse selbst herrscht die Geschwindigkeit Null. Die Erhitzung dieses mittleren Bereiches hängt daher im wesentlichen von der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes der Werkstücke ab. Diese Erhitzung durch Wärmeleitung wird häufig nicht ausreichen, um eine hochwertige Schweissung im mittleren Bereich der Berührungsfläche zu erzielen. Um über den gesamten Bereich der

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Berührungsfläche eine einwadnfreie Schweisaung zu erhalten, ist die "bereits erwähnte Querbewegung der Werkstücke zueinander vorgesehen.

$u diesem Zwecke wird der Kolben 94 betätigt, um den Schlitten 74 um einen kleinen Abstand, der etwa der Hälfte des Radius des zweiten Werkstückes 162 entspricht, hin und her zu bewegen. Die in der Drehachse liegenden Teile werden daher aus dieser fortbewegt, so dass auch in diesen Bereichen eine relative Drehbewegung eintreten kann. Die Bewegungsverhältnisse sind in Pig. 9 dargestellt. Auch die Bereiche in der Nähe der Drehachse, die bei den üblichen Maschinen nur eine geringe Erhitzung durch Reibung erhalten, werden durch die erfindungsgemässe Ausbildung mit grösserer Geschwindigkeit gegeneinander bewegt, so dass dort eine entsprechend grössere Erhitzung durch Reibung eintritt. Die Bewegung in Querrichtung unterstützt im übrigen auch das Reinigen der Berührungsflächen durch mechanisches Reiben.

Nachdem eine ausreichende Erwärmung der Werkstücke 86 und 162 in dieser Weise erfolgt ist, wird die Querbewegung angehalten, so dass die Werkstücke in der Drehachse zentriert zueinander liegen. Da alle Teile der Berührungsfläche gereinigt sind und genügend erwärmt sind, verschweissen die gleichmassig erhitzten Teile unter Bildung einer hochwertigen

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Schweissverbindung.Durch die gleichmässige Erhitzung über

im die ganze Berührungsfläche gegenüber der7allgemeinen diaboloförmigen Fläche bei bekannten Naschinen ohne Querbewegung der Teile zueinander ergibt sich eine sehr gleichmässige Wärmeverteilung. Bei der Relativquerbewegung, bei der die axiale Kraft aufrechterhalten bleibt, bildet sich in Querrichtung ein Grat durch fortgequetschten Werkstoff. Dieser Grat enthält die Verunreinigungen, die aus der Berührungsfläche fortbewegt werden. Nachdem die Querbewegung angehalten worden ist, verzögert sich die Drehzahl des Schwungrades weiter bis sie die des zweiten Werkstückes 162 erreicht. Während dieser Zeit erfolgt eine intensive statische Beanspruchung der Schweissung, wodurch eine Verfeinerung des Korns der Schweissverbindung erzielt wird. Das Abbremsen der Relativdrehbewegung erfolgt über die durch die Schweissnaht verbundenen Werkstücke und bei Beenden der Relativdrehung ist die Schweissung vollzogen, worauf durch Auskuppeln der Kupplung das Schwungrad 34 freigegeben wird, während der Motor des Reitstocks beide nunmehr miteinander verschweissten Werkstücke mit 200 U/min antreibt, während die Schweißstelle sich abkühlt. Diese Drehbewegung erfolgt in der gleichen Richtung, in der das erste Werkstück 86 angetrieben wurde, um Spannungen in der Schweißstelle zu verhindern.

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Während des Verschweissens entfernt bei

Annäherung des Schlittens an seine Endstellung das Werkzeug 184 zum Entgraten die Schweissnaht zwischen beiden Werkstücken, der Antrieb beider Werkstücke gestattet eine wirsame Entfernung der Schweissnaht während des Schweissvorganges. Würde lediglich das eine Werkstück umlaufen, so könnte nur der G-rat von diesem Teil entfernt werden, während der andere Teil einer besonderen Bearbeitung bedürfte.

Nachdem die Schweißstelle genügend abgekühlt ist, wird der Motor 142, falls gewünscht, angehalten und der Reitstock 12 in die Entnahmestellung bewegt. Die miteinander verschweissten Werkstücke werden dann entfernt, wobei die Spannbacken 76 gegen die Kraft der Federn 80 zurückgedrüekt werden. Hierdurch ist das verschweisste Werkstück vom Spindelkopf befreit. Zum Lösen der zusammengeschweissten Werkstücke vom Reitstock wird der Steuerkammer 175 Druckflüssigkeit zugeleitet, um die Spannklauen 160 vom Werkstück 162 zu lösen. Hierbei erfolgt eine axiale Verschiebung der Spannbüchse 156 nach rechts, wodurch der Spannkonus 158 die Spannklauen 160 freigibt. Hierauf kann das verschweisste Werkstück aus dem Reitstock entnommen werden. Es werden nun neue Werkstücke 86 und 162 in die Werkstückhalter eingespannt.

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Wätfend des Verschweissens der ersterwähnten

Werkstüke 86 und 162 treibt der hydraulische Motor 18 das ihm zugeordnete Schwungrad 44 an, um in diesem die für das Verschweissen des zweiten Paares von Werkstücken erforderlichen Schwungmomente zu speichern. Das Verschweissen des zweiten Paares von Werkstücken 86 und 162 erfolgt dann mit Hilfe der in dem Schwungrad 44 gespeicherten Energie.

Während das zweite Paar yerschweisst wird, treibt der hydraulische Motor 16 erneut das erste Schwungrad 34 an, so dass in diesem die für eine dritte Schweissung erforderliche Energie gespeichert wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass mit einer einzigen Schweißstelle ein sehr hoher Ausstoss erzielbar ist, wobei die Schweissung als solche gegenüber bekannten Maschinen wesentlich verbessert wird.

In den Pig. 12 und 13 ist eine andere Ausführungsform einer Reibungsschweissmaschine dargestellt, die im Grundaufbau mit der ersten Bauform zum Teil gleich ausgebildet ist. Bei dieser Maschine ist der Spindelkopf im wesentlichen in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Jedoch wird nicht der Schlitten zum Werkstückhalter in Querrichtung bewegt, sondern der gesamte Spindelkopf, so dass eine grosse Zone starker Erhitzung im Bereich der Berührungsfläche

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der beiden Werkstücke erzielt wird. Mn zweiter Unterschied zur ersten Maschinen "besteht darin, dass ein flaches Werkzeug zum Entgraten vorgesehen ist, das mit einem feststehen-den Messer ausgerüstet ist und daher nicht anzutreiben ist.

Figo 12 zeigt nur einen Teil des Spindelkopfes und des Reitstocks, da die Einzelteile im wesentlichen der ersten Ausführungsform gleich sind. Der Spindelkopf 200 enthält eine.von dem zwei Motore und zwei Schwungräder enthaltenden Antrieb angetriebene Spindel 202. Die Spindel 202 erstreckt sich durch ein Gehäuse 204 und dient dem Antrieb eines Werkstückhalters 206, der das eine Werkstück 208 (Pig.15, 15A) aufnimmt. Der Werkstückhalter weist in Abstand voneinander liegende Führungen 210 zur Bildung einer Rinne 211 auf, die den flansch des Werkstückes 208 aufnimmt, wobei das Werkstück durch Anschläge 214 und 216 in seiner Lage festgehalten wird(Fig. 13). Die Spannbacken 220 sind in gleicher Weise ausgebildet wie die Spannbacken 76 der ersten Ausführungsform· Die Enden der Spannbacken sind geneigt ausgebildet, um Nockenflächen zu bilden, durch die beim axialer Abziehen des Werkstücks die Spannbacken beseitegedrückt werden. Der Spindelkopf zusammen mit dem Antriebsgehäuse hat Seltenplatten 223» die auf der Grundplatte längs Führungen 222 quer zur Drehachse des Spindelkopfes vereohieblioh sind. Diese Querbewegung während des Sohweissvorganges wird

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durch einen hydraulischen Motor 224 bewirkt, der an der Grundplatte befestigt ist und die Seitenplatten 223 über einen Kolben antreibt. Das nicht dargestellte Antriebsgehäuse wird durch einen ähnlichen Antrieb ebenfalls in Querrichtung hin- und herbewegt. Eine geeignete Steuerung bewirkt die Hin- und Herbewegung des Spindelkopfes, die nach einer ausreichenden Zeit angehalten wird, um den Spindelkopf zum Reitstock axial ausgerichtet zu halten. Der Reitstock 212 zur Aufnahme des zweiten Werkstückes 221 ist in gleicher Weise ausgebildet wie in der Maschine gemäss Pig. I.

Die flg. 12 und 13 zeigen auch das Werkzeug 225 zum Entgraten. Dieses besteht aus einem festen Messer aus Karbid oder Keramik, das an einem Schlitten 230 befestigt ist. Der Schlitten 230 ist in Führungen 232 verschieblich und wird durch einen Steuerzylinder 234 über eine Steuerstange 233 eingestellt. Die Bewegung des Messars in die Arbeitsstellung bzw. beim Zurückziehen aus dieser erfolgt durch gesteuerte Zufuhr von Druckflüssigkeit zum Steuerzylinder 234. Das Werkzeug 225 sitzt an einer Stütze 236, die mit dem Boden verbunden ist.

Wie Pig. 15 zeigt, sind die Drehachsen der

beiden Werkstücke 208 und 221 anfänglich zueinander versetzt, wenn die beiden Werkstücke in Reibanlage gegeneinander gebracht werden· Hierdurch ergibt aioh eine Heizzone Z konzentrisch

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zur Achse des ersten Werkstückes 208, wobei der Durchmesser dieser Zone grosser als der Durchmesser des zweiten Werkstücks 221 ist. Dieser Versatz gewährleistet, dass alle Teile der Berührungsfläche zwischen den beiden Werkstücken ausreichend gegeneinander gerieben werden, um eine unmittelbare Beheizung durch Reibung zu erzielen und eine einwandfreie Verschweissung im Bereich der Zone Z zu bewirken, wenn die Achsen der beiden Werkstücke nach dem Erhitzen in Übereinstimmung gebracht werden. Bei dieser Ausführungsform wird also die gesamte Berührungsfläche zwischen den beiden Werkstücken intensiv erwärmt

Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungen äer Einzelteile der Maschinenmöglich, So könnte beispielsweise die Querbewegung der Werkstücke'zueinander in JOrtfall kommen, wenn diese zur ausreichenden Erhitzung der BeruhruBggfliehfn nicht erforderlich ist. fesner könnte der Antrieb der iehwung« räder von einem einzigen Motor aus erfolgen, sofern flit Schwungräder nur eine ausreichende Energie zur Durchführung der Schweissung speichern. Ebenso können unterschiedliche Drücke bei jedem Schweissvorgang eingestellt werden, beispielsweise einleitend ein geringer Druck zum Erhitzen und an* schliessend ein stärkerer Druck zum Verbinden. Maschinen der erfindungsgemässen Art sind nicht nur für das Verschweissen metallischer Werkstücke geeignet, sondern auch für das Verschweissen von Kunststoffen.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. ) Reibungsschweissmaschine zum aufeinanderfolgenden Verschweissen von Paaren von Werkstücken, die in zugeordneten Werkstückhaltern eingespannt durch ein Schwungrad relativ zueinander gedreht werden und gegeneinander gedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schwungrad (34 oder 44) vorgesehen ist, das auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, während ein erstes Paar von Werkstücken miteinander verschweisst wird und zum Antrieb eines zweiten Paares von Werkstücken, die nach Entfernen des ersten Paares in die Werkstückhalter eingespannt werden, eingekuppelt wird.

2. Reibungaschweissmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise betätigbare Kupplungen (42 oder 52) zum Kuppeln des zweiten Schwungrades (34 oder 44) mit dem einen Werkstückhalter (62) vorgesehen sind.

3. Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (94,74) vorgesehen ist, der eine Relativbewegung der Werkstücke zueinander senkrecht zur Drehachse während der rllativen Drehbewegung zueinander bewirkt.

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4. Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (94,74) mit einem Schlitten (74) an einem der Werkstückhalter (10) verbunden ist, der während der relativen Drehbewegung der Werkstückhalter zueinander um einen vorgegebenen Weg quer zum anderen Werkstückhalter (12) verschoben wird.

5ο Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Motor (224) enthält, der den einen Werkstückhalter längs Führungen (222) quer zur Drehachse der Werkstückhalter bewegt.

6. Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motor (142) zum Antrieb des zweiten Werkstückhalters (12) vorgesehen ist und ein Werkzeug (184, 225) zum Entgraten der Schweißstelle in dessen Bereich angeordnet ist.

7· Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zum Entgraten der Schweißstelle ein umlaufendes Schneidrad (190) ist.

8. Reibungsschweissmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (225) zum Entgraten der Schweißstelle ein feststehendes Messer (228) aufweist, das an einem längs einer Führung (232) verschieblichen Schlitten (230) sitzt.

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9. Verfahren zum aufeinanderfolgenden Reibungsschweissen von Paaren von Werkstücken unter Verwendung des Schwungsmoments eines Schwungrades zur relativen Drehbewegung zweier Werkstückhalter, bei dem die in einer Fläche unter Druck gegeneinander gehaltenen Werkstücke an dieser e,nitzt und miteinander verschweisst werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schwungraä auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt wird, während ein erstes Paar von Werkstücken miteinander verschweisst wird, dieses sodann entfernt und durch ein zweites ungeschweisstes Paar ersetzt wird und sodann die Schwungenergie des zweiten Schwungrades zu dessen Verschweissung verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der relativen Drehbewegung der beiden Werkstücke zueinander zwischen ihnen zusätzlich eine relative Querbewegung ausgeführt wird.

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