DE1963546B2

DE1963546B2 - Verfahren und vorrichtung zum reibungsschweissen

Info

Publication number: DE1963546B2
Application number: DE19691963546
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Steigerwaid Karl Heinz Dipl Phys 813ostarnberg
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1973-08-02
Also published as: GB1329834A; FR2073985A5; DE1963546C3; DE1963546A1; US3732613A; JPS4929413B1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtun- Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein ohne

ien zum Reibungsschweißen für Schweißflächen be- Rotation der Werkstücke arbeitendes Reibschweißiiebiger Umrandung, bei denen zwei zu ver- verfahren zu schaffen, das sich durch zusätzliche schweißende Werkstücke in der Schweißfläche anein- Vorteile, insbesondere universellere Anwendbarkeit, andergelegt und unter einem Anpreßdruck durch eine 5 für eine praktische Anwendung im größeren Maßin der Schweißfläche verlaufende, kreisförmige rela- stab anbietet. Ferner erstrebt die Erfindung die tive Umlaufbe'i.-egung ohne Eigendrehung auf die Schaffung einfacher und praktisch brauchbarer Vor-Schweißtemperatur erwärmt werden, wobei die richtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Werkstücke parallel zu sich selbst bleiben. Verfahrens.

Ein Reibungsschweißverfahren dieser Art ist aus io Nach der Erfindung dient zur Lösung dieser Aufder deutschen Patentschrift 807 848 bekannt. Es bie- gäbe zunächst ein Verfahren der eingangs angegebetet zunächst den grundsätzlichen Vorteil, daß wegen nen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der des Fortfalls der Eigendrehung der Werkstücke "die Radius der relativen Umlaufbewegung zur Anpasrelative Bewegungsgeschwindigkeit in der Reibfläche sung an vorliegende geometrische und schweißtechan allen Stellen der Werkstücke gleich groß ist. Fer- 15 nische Forderungen während des Schweißvorganges ner gilt bei einer zirkulären Umlaufbewegung der verändert wird.

zusätzliche Vorteil, daß die relative Bewegungsge- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Vor-

schwindigkeit während des ganzen Umlaufs konstant aussetzung dafür geschaffen, d?ⁿ man in weiten Be bleibt. Eine an allen Stellen der Werkstücke gleich reichen verschiedener Werkstückformen und Werkgroße relative Bewegungsgeschwindigkeit ist auch in 20 Stückmaterialien stets optimale Verhältnisse herbeidem ebenfalls bekannten Fall einer relativen linearen führen kann. Dabei ist es von Bedeutung, daß bei Schwingungsbewegnung der beiden Werkstücke vor- Anwendung einer Umlaufbewegung eine größere handen (vgl. USA.-Patentschriften 3 420 428, Freiheit in der Wahl der Frequenz besteht als bei 3 469 300, deutsche Offenlegungsschrift 1 910 531), Anwendung einer linearen Hin- und Herbewegung, doch ändert sich innerhalb einer vollständigen Hin- 25 bei der Resonanz- und Festigkeitsprobleme eine und Herschwingung die relative Bewegungsgeschwin- gravierende Rolle spielen. Diese Freiheit in der Wahl digkeit zwischen Null (in den Umkehrpunkten der der Verfahrensparameter, verbunden mit den dem Schwingungsbewegung) und zwei Maximalwerten Umlaufverfahren eigenen Vorteilen, daß die relative mit entgegengesetzten Richtungen. Die dabei zu lei- Bahngeschwindigkeit an allen Stellen der Reibfläche stenden Beschleunigungs- und Bremsarbeiten können 30 gleich groß und im wesentlichen konstant ist, macht eine im Vergleich zur Reibungsarbeit merkliche es möglich, durch entsprechende Wahl bzw. zeitliche Größe annehmen und eine entsprechend stärkere Veränderungen dieser Größen den Schweißvorgang Auslegung der Antriebsvorrichtungen bedingen. Bei sehr weitgehend zu beeinflussen, so daß man nach Anwendung relativ hoher Frequenzen von beispiels- dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebig umweise einigen tausend Hz treten zwar diese Schwierig- 35 randete Schweißflächen auch sehr großer Abmessunkeiten nicht so stark in Erscheinung, doch können gen mit hoher Gleichmäßigkeit, Reproduzierbarkeit derart hohe Frequenzen nur bei verhältnismäßig klei- und Betriebssicherheit schweißen kann, nen Werkstücken angewendet werden, und es ist Es ist zwar beim Reibungsschweißen mit linear

dabei im allgemeinen nur in sehr beschränktem Um- hin- und hergehender Bewegung schon bekannt fang möglich, die Schwingungsfrequenz und die 40 (deutsche Offenlegungsschrift 1 910 531), die Ampli-Schwingungsamplitude frei zu wählen, so daß man tude der Schwingungsbewegung zu verändern, insoft nicht unter optimalen Bedingungen arbeiten kann. besondere gegen Ende des Schweißvorganges konti-Werden verhältnismäßig niedrige Schwingungsire- nuierlich nach Null gehen zu lassen, doch ist diese quenzen, wie es insbesondere bei großen und schwe- Maßnahme nicht ohne weiteres mit der erfindungsren Werkstücken notwendig ist, so macht sich die 45 gemäßen Veränderung des Umlaufradius bei einer Ungleichförmigkeit der relativen Bewegungsgeschwin- Umlaufbewegung vergleichbar, und das bekannte digkeit der beiden Werkstücke störend bemerkbar, Verfahren führt auch keineswegs zu der Fülle von und es kann insbesondere vorkommen, daß in den technischen Vorteilen, die das vorliegende erfin-Umkehrpunkten der Schwingung, wo die relative Be- dungsgemäße Verfahren bietet, wegungsgeschvindigkeit Null wird, ein ungewolltes 50 Entsprechend den vorstehenden Ausführungen Verschweißen in gewissen Teilbereichen der Schweiß- wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise fläche eintritt, so daß der Schweißvorgang gestört, ja so ausgestaltet, daß zusätzlich die Frequenz der sogar ganz unterbrochen wird. Die beschriebenen relativen Umlaufbewegung verändert wird; (Unter Schwierigkeiten beim Reibungsschweißen mit linearer Frequenz wird hier die Anzahl der Umläufe pro Schwingungsbewegung mögen ein Grund dafür sein, 55 Zeiteinheit erstanden.) Dies ist bei dem erfindungsdaß sich dieses Verfahren nicht allgemein in der gemäßen Verfahren in einem sehr weiten Frequenz-Praxis einführen konnte, obwohl es seit langem be- bereich ohne weiteres möglich, da es sich um ein kannt ist. Aber auch das eingangs beschriebene, rein rotierendes System handelt, bei dem die bei hinebenfalls seit langem bekannte Verfahren mit rela- und hergehenden Systemen schwierig zu beherrschentiver Umlaufbewegung hat bisher nicht in bekannt- 60 den starken Änderungen der Massenkräfte und gewordenem Ausmaß in die Praxis Eingang gefun- Resonanzerscheinungen grundsätzlich nicht auftreden. Dies mag dau.n liegen, daß für die Erzeugung ten. So kann man beispielsweise in weiterer Ausgeder Umlaufbewegung und die Führung der Werk- staltung der Erfindung den Radius der relativen Umstücke ein gewisser Aufwand erforderlich ist, ins- laufbewegungen in Abhängigkeit von vorliegenden besondere im Hinblick auf die zu beherrschenden 6₅ geometrischen Bedingungen und die Frequenz der Kräfte und Unwuchtprobleme. Insgesamt ist somit relativen Umlaufbewegung entsprechend einer in Abbisher das Reibungsschweißen mit nicht rotierenden hängigkeit von vorliegenden schweißtcchnischen Be-Werkstückcn kaum praktisch angewendet worden. dingungen gewünschten relativen Bahngeschwindig-

keit verändern. Man kann ζ. B. in an sich bekannter Weise den Umlaufradius zu Beginn und/oder gegen Ende des Schweißvorgangs verhältnismäßig klein oder sogar auf Null einstellen, um die zu verschweißenden Werkstücke mit der gewünschten Genauigkeit positionieren zu können, und kann in dem dazwischenliegenden Verfahrensabschnitt durch Vergrößern des Umlaufradius eine bessere Egalisierung der Werkstückoberflächen erzielen und dadurch für einen gleichmäßigeren Schweißvorgang sorgen, wobei man es stets völlig in der Hand hat, durch entsprechende Veränderungen der Frequenz bestimmte Bahngeschwindigkeiten der Reibungsbewegung einzustellen. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demgemäß darin, daß die Frequenz der relativen Umlaufbcwegung in Abhängigkeit von der Änderung des Radius der Umlaufbewegung verändert wird, vorzugsweise gegensinnig derart, daß die relative Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird, vorzugsweise konstant bleibt. Auf diese Weise kann man beispielsweise gegen Ende eines Schweißvorganges durch Verringern des Umlaufradius und entsprechendes Vergrößern der Frequenz die relative Bewegungsgeschwindigkeit bis kurz vor Ende des Schweißvorganges praktisch konstant halten, wobei sich vorteilhaft auswirkt, daß bei der Wahl der Frequenz kaum Beschränkungen bestehen und bei Verringern desUmlaufradius der bekannte Effekt auftritt, daö der Drehimpuls der umlaufenden Masse die Umlaufgeschwindigkeit zu erhöhen versucht.

Die große Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu der auch die Maßnahme gehören kann, daß zusätzlich der Anpreßdruck geändert wird, macht es möglich, auf den Zustand der Schweißflächc weitgehend Rücksicht zu nehmen. So können die Verfahrensparameter in Abhängigkeit vom Zustand der Werkstücke in der Reibfläche und/ oder von der Größe der Reibfläche einzeln oder zu mehreren verändert werden. Man kann auf diese Weise die zeitliche Wärmeproduktion pro Einheit der Schweißfläche in weiten Grenzen beliebig steuern, und zwar auch dann, wenn sich die Größe der Reibfläche ändert, z. B. beim stirnseitigen Verschweißen relativ dünnwandiger Hohlkörper, die sich ab einer bestimmten Größe der relativen Umlaufbewegung nur noch in einem Teil ihrer Stirnflächen reibend berühren, wobei dieser Teil im Verlauf der Umlaufbewegung über die Stirnfläche wandert.

Die Veränderung der Verfahrensparameter, insbesondere die voneinander abhängige Steuerung oder Regelung von Frequenz und Umlaufradius, ist auch von Vorteil, wenn vor dem eigentlichen Schweißvorgang die zu verbindenden Flächen der Werkstücke geglättet werden sollen oder wenn die Werkstücke zunächst auf ein bestimmtes Maß abgearbeitet werden sollen; derartige Vorgänge, bei denen eine Materialabtragung erwünscht ist, können bei hoher Frequenz, aber kleinem Umlaufradius ausgeführt werden. Es ist natürlich möglieb, derartige Vorgänge auch vollautomatisch ablaufen zu lassen.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens, bei osr wenigstens ein Werkstück an einer parallel zu sich selbst ohne Eigendrehung in einer Umlaufbahn bewegbaren und antreibbaren Halterung befestigbar ist, die auf einer kreisförmigen Führungsbahn eines um eine feststehende Drehachse antreibbaren Exzenters geführt ist, ist gekennzeichnet durch eine während der Drehung des Exzenters stufenlos betätigbare Stelleinrichtung zur Einstellung der dem Radius der relativen Umlaufbewegung der beiden Werkstücke entsprechenden Exzentrizität des Exzenters.

Zum Einstellen oder Verstellen der Exzentrizität des Exzenters sind zahlreiche Vorrichtungen brauchbar, die im wesentlichen darauf beruhen, daß der

ίο Exzenterkörper mit der darauf fest orientierten Umlaufbahn relativ zu der Drehachse verstellt wird. Dem Fachmann sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt, um an rotierenden Teilen Verstellungen Vorzunehmen; es sei nur auf die zahlreichen bekannten Möglichkeiten zur Einstellung von Turbinenschaufeln, Luftschraubenblättern u. dgl. erinnert. Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der erflndungsgemäßen Vorrichtung weist der Exzenter einen auf ihm verschiebbar gelagerten Nabenkörper auf, der

to mit einer die Drehachse bestimmenden Antriebswelle verbunden und mittels der Stelleinrichtung auf dem Exzenter positionierbar ist.

Eine besonders kompakte, hoch belastbare und !eicht auswuchtbare Ausführungsform der erfindungs-

a5 gptiäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter einen ersten, am Außenumfang die Führungsbahn der Halterung aufweisenden Exzenterkörper besitzt, der mit «iner inneren zylindrischen Lagerfläche mit fester Exzentrizität auf einer äußeren zylindrischen Lagoriiäche eines zweiten Exzenterkörpers mit unveränderbarer Exzentrizität gelagert ist, wobei die Führungsbahn und die zylindrischen Lagerflächen achsparallel zur Drehachse liegen, und daß eine eine stufenlosc Einstellung der gegenseitigen

Drehtagen der beiden Exzenterkörper zulassende Koppelungseinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise ist die von der gegenseitigen Drehlage der Exzenterkörper abhängige resultierende Exzentrizität der Führungsbahn bezüglich der Achse stufenlos verstellbar. Damit die relative Bahngeschwindigkeit von Null aus veränderbar ist, ist vorzugsweise die Exzentrizität der Führungsbahn bezüglich der inneren Lagerfläche gleich der Exzentrizität der äußeren Lagerfläche bezüglich der Drehachse. Diese Ausfiihrungsform ermöglicht eine Einstellung auf die Exzentrizität Null einfach dadurch, daß die beiden Exzenterkörper um 180° versetzt eingestellt werden. Für die Sicherung der Halterung für das daran befestigte Werkstück gegen Eigendrehung, um das Werkstück

so in der erforderlichen Weise parallel zu sich selbst zu führen, kann in weiterer Ausgestaltung der Brfindunjj die Halterung mittels eines Parallelogrammgestänge« an einem senkrecht zur Drehachse verschiebbarer Schlitten angelenkt sein.

SS Die sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus der jeweils eingestellten resultierenden Exzentrizität ergebende Unwucht des Exzenters bezüglich dei Drehachse soll bei allen einstellbaren Werten dei resultierenden Exentrizität im wesentlichen ausge glichen sein. Bei der Ausfübningsform mit zwe Exzenterkörpern kann dies entsprechend einer weite ren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolgen daß mit den beiden Exzenterkorpern je eine mit vor gegebenen Abstand von der Drehachse angeordnet* Ausgleichsmasse drehfest verbunden ist, wobei ü jedem Paar aus Exzenterkörper und zugehörige Ausgleichsmasse die Schwerpunkte des Exzenter körpers und der Ausgleichsmasse in gleichen Axial

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ebenen, jedoch zu entgegengesetzten Seiten der Achse 20, 28 entspricht. Dies wird bei der dargestellten liegen, und daß die Größen der beiden Ausgleichs- Ausführungsform dadurch erreicht, daß entsprechend massen derart bestimmt sind, daß die Vorrichtung der Darstellung in Fig. 2 der Ring 16 über ein aus bei zwei verschiedenen Exzentrizitäten ausgewuchtet den Stangen 30, 32 bestehendes Parallelogrammist, beispielsweise sowohl bei der resultierenden Ex- 5 gestänge an einem Schlitten 34 angelenkt ist, der auf zer'.rizität Null als auch bei maximaler resultierender einer Führung 36 senkrecht zur Achse 6 verschieb-Exzentrizität. Bei einer derartigen Ausbildung der bar ist. Die Stangen 30, 32 sind mit Gelenken 38, 40 Auswuchteinrichtung ergibt sich bei allen einstell- am Ring 16 und mit Gelenken 42, 44 am Schlitten baren resultierenden ExzcntrizitäteT ein Massenaus- 34 angelenkt,
gleich. ίο Die beiden Exzenterkörper 2 und 8 sind mittels

Vorzugsweise sind die Ausgleichsmasscn axial einer Koppelungscinrichtung drehfest miteinander und/oder radial verstellbar; die axiale Vcrstcllbarkeit verbunden und gemeinsam um die Drehachse 6 drehdient insbesondere dazu, die Radialebcne der Schwer- bar; die Koppelungseinrichtung ist jedoch auf verpunktc der Ausgleichsmasscn entsprechend der Be- schicdcnc relative Drehlagen der Exzenterkörper 2, 8 schaffcnheit des an der Halterung befestigten Werk- 15 einstellbar. Zu diesem Zweck ist ein um die Drehstücks einzustellen. achse 6 drehbares Stellglied in Form einer Hülse 46

Ausführungsbcispiele der Erfindung werden im vorgesehen. Die Hülse 46 ist auf einer mit dem zwei-

folgendcn an Hand der Figuren beschrieben. ten Exzenterkörper 8 fest verbundenen, zur Dreh-

F i g. 1 erläutert ein erfindungsgemäßes Beispiel achse 6 koaxialen Welle 48 drehverstellbar, jedoch

an Hand einer schematisch dargestellten Vorrichtung 20 axial unvcrschiebbar gelagert und hat einen Ansatz

im Axialschnitt; 50 mit einem Radialschlitz 52. In den Radialschlitz

Fig. 2 ist ein schematischcr Radialschnitt nach der 52 greift ein vom ersten Exzenterkörper 2 abgehen-

Linie H-II der Fig. 1; der Finger 54 ein. Diese Schlitzführung 52, 54 ver-

F i g. 3 erläutert in einer ähnlichen Schnittdar- bindet somit die Hülse 46 und den ersten Exzenterstellung wie Fig.2 eine andere beispielsweise Aus- 25 körper 2 zu gemeinsamer Drehbarkeit relativ zum fiihrungsform der Erfindung. zweiten Exzenterkörper 8. Zur Einstellung und Fcst-

Dic in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung legung der relativen Drchlage zwischen der Hülse 46 c-thält einen Exzenterkörper 2 mit einer kreis- und der Welle 48, d. h. also zur Einstellung und förmigen Führungsbahn 4 in Form einer Zylinder- Festlegung des Radius der relativen Umlaufbewefidciiü. Der i^xzcnicrkörpcr *< ist üin Cine Drehachse 6 30 güng der beiden r.ÄÄcnterkörpcr 2. 8 sowie der antreibbar. Der Abstand zwischen der Drehachse 6 Werkstücke 20. 28 und damit ihrer an der Halterung und der Achse der Führungsbahn 4, d. h. die dem 14 zur Wirkung kommenden resultierenden Exzcn-Radius der relativen Umlaufbewcgung der beiden trizität E_r. sind in der Hülse 46 und in der Welle 48 Achsen entsprechende resultierende Exzentrizität E, im gleichen Axialbereich Schlitze 56 bzw. 58 vordes Exzenterkörpers 2, ist stufenlos veränderbar. Zu 35 gesehen, die gegensinnig schräg zur achsparallelcn diesem Zweck ist am Exzenterkörper 2 eine innere. Richtung verlaufen; die Koppelung zwischen der zylindrische Lagerfläche 10 definiert. Die Führungs- Hülse 46 und der Welle 48 erfolgt durch einen beide bahn 4 und die Lagerfläche 10 umschließen sich in- Schlitze 56, 58 passend durchsetzenden radialen folge einer exzentrischen Anordnung der Lager- Stift 60. der an einer im Hohlraum der Welle 48 fläche 10 mit einer festen Exzentrizität E₁. Mit der 40 verschiebbaren Stange 62 befestigt ist. Die Stange 62 Lagerfiäche 10 ist der erste Exzenterkörper 2 auf ist mit der Welle 48 zusätzlich durch eine Keilnutderäußeren, zylindrischen Lagerfläche 12 eines zwei- verzahnung 64 in Drehrichtung \crbundcn. Gcgcnten Exzenterkörpers 8, der ebenfalls eine unver- scitigc Axialbewegungen der Hülse 46 und der Welle änderbare Exzentrizität aufweist, gelagert, wobei die 48 werden durch einen von der Welle 48 abgehenden Führungsbahn 4 und die zylindrischen Lagerflächen 45 Ansatz 66 und einen Sicherungsring 68. der in einer 10 und 12 achsparallel zur Drehachse liegen. Die l'mfangsnut der Welle 48 cinsit/t. verhindert.
Exzentrizität Δ", der Führungsbahn 4 in bezug auf Man erkennt, daß die Axiallager der Stange 62 die innere Lagerfiäche 10 ist gleich der Exzentrizität die relative Drchlage der beiden Exzenterkörper 2 E₂ der äußeren Lagerfiäche 12 in bezug auf die und 8 und damit ihre resultierende Exzentrizität E, Drehachse 6. 50 bestimmt. Wenn t der Winkel ist, den die Exzen-

Auf der Führungsbahn 4 des ersten Exzenterkör- trizitätsradien der beiden Exzenterkörper mitein-

pers 2 ist eine Halterung 14 geführt, und zwar be- ander bilden, ergibt sich die dem Radius der relativen

steht bei der dargestellten Ausführungsform die Umlaufbewegung entsprechende, resultierende Ex-

Halterung 14 aus einem auf der Führungsbahn 4 zentrizität E_n da E_x = E₂, zu

gleitend gelagerten Ring 16 und einer daran be- 55

festigten Platte 18. an der das eine Werkstück 20 so * mit den dargestellten Schrauben 22, 24 befestigt ist, E₁. = 2E-cos-, daß die gewünschte Schweißfläche 26, in der das Werkstück 20 mit einem anderen Werkstück 28 verbunden werden soll, senkrecht zur Drehachse 6 60 Die resultierende Exzentrizität E₁ ist also maximal liegt Das andere Werkstück 28 soll im vorliegenden im Bereich zwischen Null und 2 E einstellbar. In Beispiel in irgendeiner, nicht dargestellten Weise Fig. 1 und in den ausgezogenen Linien der Fig. 2 stationär gehalten sein. Die Halterung 14 ist parallel ist der Zustand E_r gleich Null dargestellt Der Zuzu sich selbst und zur Drehachse 6 verschiebbar, je- stand E₁. gleich 2 E (maximale resnlir«^?^de Exzendoch infolge einer Drehmomentenstütze undrehbar, 65 trizität) ist τι Fig.2 in punktierten Linien dargeso daß der Radius der relativen Umlaufbewegung stellt wobei gegenüber dem Zustand mit E_r gleich zwischen Drehachse 6 und Führungsbahnachse dem Nuü der erste Fxzenterkörper 2 entsprechend dem Radius der Umlaufbewegung der beiden Werkstücke Pfeil 72 um 90° im Gegenuhrzeigersain und der

ίο

der Schweißfläche 26 die zum Schweißen crtorderlichc Temperatur erreicht ist (was beispielsweise durch Abfall der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 80 erkennbar ist), wird durch entsprechende 5 Verschiebung der Stange 62 die resultierende Exzentrizität E_T kontinuierlich bis auf Null vermindert, so daß schließlich die Werkstücke in einer exakt der Ausgangsposition entsprechenden gegenseitigen Lage miteinander verschweißt sind. Die Stetigkeit und

zweite Exzenterkörper 8 entsprechend dem Pfeil 70 um 90° im Uhrzeigersinn verdreht ist.

Hält man eine von der Axiallage der Stange 62 bestimmte relative Drehlage der Exzenterkörper 2 und 8 fest Mtid läßt die Exzenterkörper um die Drehachse 6 rclicren, so führen alle Stellen der Halterung 14 und des damit verbundenen Werkstücks 20 parallel zu sich selbst und normal zur Achse 6 gleich große Umlaufbewcgungen in Kreisbahnen aus. Die

Größe der Umlaufbew*egungcn ist durch die resul- io Gleichmäßigkeit des ganzen Vorganges sichern eine tierendc Exzentrizität E_r bestimmt, die während der optimale Qualität der erhaltenen Schweißverbindung.

Zur Beseitigung der Unwucht des rotierenden Systems sind bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 zwei Ausgleichsmassen 98 und 100 vorgesehen, 15 die mit den Exzenterkörpern 8 bzw. 2 drehiest verbunden sind. Die Ausgleichsmasse 98 ist an dem von der Welle 48 ausgehenden Ansatz 66 in einer darin vorgesehenen axialen Führung axial verstellbar befestigt; zur Festlegung der axialen Position dient eine griff steht. Zur Erzeugung und Aufnahme der beim ao Feststellschraube 99. Die Ausgleichsmasse 100 ist Schweißen angewandten Axialkräfte ist ein Kugel- an dem Ansatz 50 der Hülse 46 in entsprechender

Weise axial verstellbar befestigt, zur Festlegung der axialen Position dient wieder eine Feststellschraube 101. Die radialen Abmessungen der Ansätze 50 und as 66 müssen natürlich so groß sein, daß die F.instellung auf maximale resultierende Exzentrizität E, ohne Behinderung durch die Ausgleichsmassen 100 Ivw. 98 möglich ist. Dies ist in den Fig. 1 und 2 angedeutet. Bei der in Fig. 2 punktiert dargestellten F.in-Gabel 88 greift über den Flansch 84 und steht unter 3° stellung maximaler resultierende Exzentrizität Kt Zwischenschaltung von Kugellagern 90 spielarm mit vernachlässigbar, daß sich dabei die beiden Ausgleichsmassen gegenseitig behindern wurden. Dies kann konstruktiv leicht vermieden werden; man kann aber auch im praktischen Betrieb auf diese Ein-

und damit der resultierenden Exzentrizität E, bzw. 35 stellung verzichten.

des Radius der relativen Umlaufbewegung. Zum An- Man erkennt, daß die Ausgleichsmassen 98 und

100 in der üblichen Weise den Schwerpunkten ihrer zugehörigen Exzenterkörper 8 bzw. 2 radial gegenüberliegen und beide einen vorgegebenen radialen

über eine Steuereinrichtung 96 so miteinander ver- 40 Abstand von der Drehachse 6 haben. Dies bedeutet bunden, daß eine bestimmte, vorzugsweise veränder- insbesondere, daß sich bei einer relativen Verdrebare Abhängigkeit zwischen der Drehzahl des An- hung der Exzenterkörper 2 und 8 die Ausgleich*- triebsmotors und der resultierenden Exzentrizität E₁. massen 100 bzw. 98 ebenfalls nur in Umfangsrichvorgegeben ist. tung relativ zueinander bewegen, jedoch keine Be-

Mit der als Beispiel dargestellten Vorrichtung ist 45 wegung in Radialrichtung ausführen, obwohl sich der es möglich, einen Schweißvorgang zunächst mit der mit der Ausgleichsmasse 100 drehfest verbundene resultierenden Exzentrizität bzw. mit dem Radius der Exzenterkörper 2 dabei in Radialrichtung verla^n. relativen Umlavfbewegung Null zu beginnen; dabei Die Größen der Ausgleichsmassen 98 und 100 werbleibt bei sich drehenden Exzenterkörpern 2 und 8 den durch die Forderung bestimmt, daß bei zwei das Werkstück 20 in Ruhe, so daß die Werkstücke 50 verschiedenen Werten der resultierenden Exzentrizi-20,28 genau zueinander positioniert werden können. tat die Unwucht behoben ist, beispielsweise für Sodann wird durch entsprechende Verstellung der E_r — 0 und £, = 2 E. Dann ist die Unwucht auch bei Schubstange 62 die resultierende Exzentrizität £_r allen anderen Werten von E, behoben, von Null aus allmählich gesteigert, so daß das Werk- Die Ausgleichsmassen können bei der dargestellstück 20 relativ zu dem anderen Werkstück 28 eine 55 ten Ausführungsform nicht nur axial verschober an allen Stellen gleich große und mit gleicher Bahn- werden, sondern natürlich auch ausgewechselt wergeschwindigkeit erfolgende kreisförmige Umlauf- den. Dadurch ist es möglich, Größe und Lage dei bewegung ausführt. Dabei wird die zum Schweißen Ausgleichsmassen an die Beschaffenheit de· jeweil: erfordert!»' Reibungswärme erzeugt. Die Wärme- an der Halterung 14 befestigten Werkstücks anzu leistung hä.«gt wesentlich von der Drehzahl der P.x- 60 passen. Dabei dient insbesondere üie axiale Verstell zenterkörper 2, 8 und der resultierenden Exzentrizi- barkeit der Ausgleichsmassen 98, 100 dem Zweck tat E ab, und es ist ohne weiteres möglich, beispiels- die Ausgleichsmassen möglichst in demjenigen Axial wehe' automatisch mit Hilfe der Steuereinrichtung bereich wirken zu lassen, in dem auch die von dei 96, dafür zu sorgen, daß die relative Bahngeschwin- Exzenterkörpem und dem an der Halterung 14 be digkeit der Werkstücke 20, 28 innerhalb eines be- 65 festigten Werkstück hervorgerufenen Unwuchtkraft stimmten Variationsbereiches der resultierenden wirken. Dadurch werden die resultierenden Kraft Exzentrizität E, konstant bleibt oder sich in einer quer zur Achse 6 klrin gehalten, gewünschten, vorgegebenen Weise ändert. Sobald in F'g. 3 zeigt scfcematisch ein Beispiel einer ande

gemeinsamen Rotation der beiden Exzenterkörper 2 und 8 durch Axialverschiebung der Stange 62 kontinuierlich und beliebig zwischen E_r gleich Null und einem Maximahvcit verändert werden kann.

Der Drehantrieb der Exzenterkörper 2 und 8 erfolgt derart, daß die in einem Lager 74 gelagerte Hülse 46 mit einem Zahnkranz 76 versehen ist, der mit einem Ritzel 78 eines Antriebsmotors 80 im Ein-

lager 82 zwischen den einander zugewandten Stirnflächen des zweiten Exzenterkörpers 8 und der Halterung 14 und ein (nicht dargestelltes) Axialdrucklager am freien Ende der Welle 48 vorgesehen.

Zur Einstellung der Stange 62 in Axialrichtung hat die Stange 62 außerhalb der Welle 40 einen Flansch 84 mit beiderseitigen Laufflächen, und eine

den Laufflächen des Flansches 84 in Berührung.

Zum Getriebemotor 86 gehört ein Regler 92 zur wählbaren Einstellung der Axiallage der Stange 62

triebsmotor 80 gehört ein Regler 94 zur wählbaren Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors 80. Die Regler 92 und 94 sind, wie in Fig. 1 dargestellt.

ren möglichen Ausführungsform, bei der die Verschiebung des ersten Exzenterkörpers 102 relativ zur Drehachse 6 nicht mit einem zweiten Exzenterkörper, sondern mit einem nach Art einer Schlittenführung verstellbaren Nabenkörper erfolgt. Der erste Exzenterkörper 102 besteht hier aus einer Kreisscheibe, auf der am Außenumfang die erste Umfangsbahn 10 in Form einer kreiszylindrischen Ringfläche angebracht ist. In der Scheibe 102 ist ein Schlitten 104 in einer Führung 106 entlang einem Durchmesser der Scheibe verschiebbar. Der Schlitten ist an einer zur Drehachse 6 konzentrischen hohlen Welle 48 befestigt. Wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 ist auf der Hohlwelle 48 ein Stellglied in Form einer Hülse 46 verdrehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Die Hülse 46 hat einen Flansch 108 mit einer Verzahnung 110, das mit einer an der Kreisscheibe 102 befestigten Zahnstange 112 kämmt. Somit kann durch Drehen der Hülse 46 relativ zur Welle 48 der Exzenterkörper 2 in der durch die Schlittenführung 108 gegebenen Richtung relativ zur Drehachse 6 kontinuierlich auf verschiedene resultierende Exzentrizitäten bzw. verschiedene Radien der relativen Umlaufbewegung verstellt werden. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform können zur Koppelung und relativen Verdrehung von Hülse 46 und 48 analoge Mittel wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 verwendet werden. Im Hohlraum der Welle 48 ist wieder eine Schubstange 62 axial verschiebbar gelagert. Ein an der Stange 62 befestigter Stift 60 tritt durch (nicht dargestellte) Schrägschlitze, die in der Welle 46 bzw. der Hülse 48 ausgebildet sind, :·: daß sich wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2

ίο bei einer Axialverschiebung der Stange 62 relativ zur Welle 48 eine Drehung der Hülse 46 relativ zur Welle 48 und damit eine entsprechende Verstellung der resultierenden Exzentrizität E_t ergibt. Die Halterung 14 ist hier mittels Rollen 114 auf der Um-

IS fangsbahn des Exzenterkörpers 102 geführt und ebenfalls parallel zu sich selbst senkrecht zur Drehachse 6 zweidimensional bewegbar, so daß sich bei Drehung der Welle 48 und des damit über die Schlittenführung 106 drehfest verbundenen Exzenterkörpers 2 die gewünschte relative Umlaufbewegung mit dem Radius E_T an allen Stellen der Halterung 14 ergibt, ebenso wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2. Zur Gewichtersparnis und zur Verminderung der Unwuchtkräfte ist die Scheibe 102

as mit Löchern 116 versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reibungsschweißen für Schweißflächen beliebiger Umrandung, bei dem zwei zu verschweißende Werkstücke in der Schweißfläche aneinandergelegt und unter einem Anpreßdruck durch eine in der Schweißfläche verlaufende, kreisförmige relative Umlaufbewegung ohne Eigendrehung auf die Schweißtemperatur erwärmt werden, wobei die Werkstücke parallel zu sich selbst bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der relativen Umlaufbewegung zur Anpassung an vorliegende geometrische und schweißtechnische Forderungen während des Schweißvorganges verändert wird.

2. Ve ί ihren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Frequenz der relativen Umlaufbewegung verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der relativen Umlaufbewegung in Abhängigkeit von vorliegenden geometrischen Bedingungen und die Frequenz der relativen Umlaufbewegung entsprechend einer in Abhängigkeit von vorliegenden schweißtechnischen Bedingungen gewünschten relativen Bahngeschwindigkeit verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, ds.3 die "requenz der relativen Umlaufbewegung in Abhängigkeit von der Änderung des Radius der Un aufbewegung verändert wird, vorzugsweise gegensinnig derart, daß die relative Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird, vorzugsweise konstant bleibt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Anpreßdruck geändert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensparameter in Abhängigkeit vom Zustand der Werkstücke in de." Reibfläche und/oder von der Größe der Reibfläche einzeln oder zu mehreren verändert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da!?> die Veränderung des Radius der relativen Umlaufbewegung kontinuierlich erfolgt.

8. Vorrichtung zum Reibungsschweißen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der wenigstens ein Werkstück an einer parallel zu sich selbst ohne Eigendrehung in einer Umlaufbahn bewegbaren und antreibbaren Halterung befestigbar ist, die auf einer kreisförmigen Führungsbahn eines um eine feststehende Drehachse antreibbaren Exzenters geführt ist, gekennzeichnet durch eine während der Drehung des Exzenters (2, 8; 102) stufenlos betätigbare Sielleinrichtung (84 bis 90; 108 bis 112) zur Einstellung der dem Radius der relativen Umlaufbewegung der beiden Werkstücke (20, 28) entsprechenden Exzentrizität des Exzenters.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (102) einen auf ihm verschiebbar gelagerten Nabenkörper (104) aufweist, der mit einer die Drehachse (6) bestimmenden Antriebswelle verbunden und mittels der Stelleinrichtung (108 bis 112) auf dem Exzenter (102) positionierbar ist (F i g. 3).

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (2, 8) einen ersten, am Außenumfang die Führungsbahn (4) der Halterung aufweisenden Exzenterkörper (2) besitzt, der mit einer inneren zylindrischen Lagerfläche (10) mit fester Exzentrizität auf einer äußeren zylindrischen Lagerfläche (12) eines zweiten Exzenterkörpers (8) mit unveränderbaren Exzentrizität (E) gelagert ist, wobei die Führungsbahn (4) und die zylindrischen Lagerflächen (10, 12) achsparallel zur Drehachse (6) liegen, und daß eine eine stufenlose Einstellung der gegenseitigen Drehlagen der beiden Exzenterkörper (2, 8) zulassende Koppelungseinrichtung (46 bis 52) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Ansp>ruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität der Führungsbahn (4) bezüglich der inneren Lagerfläche (10) gleich der Exzentrizität (E) der äußeren Lagerfläche (12) bezüglich der Drehachse (6) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelungseinrichtung (46 bis 52) eine Hülse (46) aufweist, die auf einer mit dem zweiten Exzenterkörper (8) fest verbundenen, zur Drehachse (6) koaxialen hohlen Welle (48) verdrehbar, aber axial unverschiebbar angeordnet ist, daß in der Hülse (46) und in der Welle (48) im gleichen Axialbereich Schlitze (56, 58) vorgesehen sind, die geger.-sirnig schräg zur achsparallelen Richtung verlaufen, und daß im Hohlraum der Welle (48) eine Stange (62) axial verschiebbar ist, an der ein durch beide Schlitze tretender, die Breite der Schlitz ausfüllender Stift (6Q) befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Halterung (14) für das Werkstück (20) gegen Eigendrehung mittels eines Parallelogrammgestänges (30, 32) erfolgt, das an einem senkrecht zu der Drehachse (6) verschiebbaren Schlitten (34) angelenkt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Exzenterkörpern (2, 8) je nne mit vorgegebenem Abstand von der Drehachse (6) angeordnete Ausgleichsmasse (100 bzw. 98) drehfest verbunden ist, wobei in jedem Paar aus Exzenterkörper (2, 100) und zugehöriger Auslgeichsmasse (8, 98) die Schwerpunkte des Exzenterkörpers und der Ausgleichsmasse in gleichen Axialebenen, jedoch zu entgegengesetzten Seiten der Drehachse (6) liegen, und daß die Größen der beiden Ausgleichmassen (98, 100) derart bestimmt sind, daß die Vorrichtung bei zwei verschiedenen resultierenden Exzentrizitäten ausgewuchtet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (98, 100) axial und/oder radial verstellbar sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zum ersten Exzenterkörper (2) gehörige Ausgleichsmasse (100) an der mit dem ersten Exzenterkörper in Drehantriebsverbindung stehenden Hülse (46) befestigt ist.