DE1963546C3

DE1963546C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Reibungsschweißen

Info

Publication number: DE1963546C3
Application number: DE1963546A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE1963546B2; DE1963546A1; US3732613A; JPS4929413B1; GB1329834A; FR2073985A5

Description

Anwendung einer Umlaufbewegung eine größere Freiheit in der Wahl der Frequenz besteht als bei Anwendung einer linearen Hin- und Herbewegung,

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

gen zum Reibungsschweißen für Schweißflächen be- Rotation der Werkstücke arbeitendes Reibschweißliebiger 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 tiw; Umlaufbewegung ohne Eigendrehung auf die Schaffung einfacher und praktisch brauchbarer Vor-Schvveißtemperatur erwärmt werden, wobei die richtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Werkstücke parallel zu sich selbst bleiben. Verfahrens.

Ein Roibiingsschweißverfahren 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, daß man in weiten Bebleibt. Eine an allen Stellen der Werkstücke gleich reichen verschiedener Werkstückformen und Wencgroße 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 vorhanden (vgl. USA.-Patentschriften 3 420 428,
3 469 300, deutsche Offenlegungsschrift 1910 531),

doch ändert sich innerhalb einer vollständigen Hin- 25 bei dei Resonanz- und Festigkeitsprobleme eine und Herschwingung die relative Bewegu^.gsgeschwin- gravierende Rolle spielen. Diese Freiheit in der Wahl cl.skeit zwischen Null (in den Umkehrpunkten der der Verfahrensparameter, verbunden mit den dem Schwingungsbewegung) und zwei Maximalwerten Umlaufverfahren eigenen Vorteilen, daß die Elative 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 Auslegimg 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 Abrnessunkeiten 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, msoft nicht unter optimalen Bedingungen arbeiten kann. besondere gegen Ende des Schweißvorganges konti-Werden verhältnismäßig niedrige Schwingungstre- 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 Joekannte digkeit der beiden Werkstücke störend bemerkbar,
und es kann insbesondere vorkcnimen, daß in den
Umkehrpunkten der Schwingung, wo die relative Bewegungsgeschwindigkeit Null wird, ein ungewolltes 5°
Verschweißen in gewissen Teilbereichen der Schweißfläche eintritt, so daß der Schweißvorgang gestört, ja
sogar ganz unterbrochen wird. Die beschriebenen

Schwierigkeiten beim Reibungsschweißen mit linearer —.,

Schwingungsbewegung mögen ein Grund dafür sein, 55 Zeiteinheit verstanden.) Dies ist bei dem erhndungsdaß sich dieses Verfahren nicht allgemein in der gemäßen Verfahren in einem sehr weiten Frequenzbereich ohne weiteres möglich, da es sich um ein rein rotierendes System handelt, bei dem die bei hin-

W^₁₁₁₀₁-O „. ._a„₆.„. ^„„„,„w tw.„ - und hergehenden Systemen schwierig zu beherrschen-

tiver Umlaufbewegung hat bisher nicht in bekannt- e₀ den starken Änderungen der Massenkräfte und gewordenem Ausmaß in die Praxis Eingang gefun- Resonanzerscheinungen grundsätzlich nicht auftreden. Dies mag daran 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 schweißtechnischen Be-Werkstückcn kaum praktisch angewendet wc:den. dingungen gewünschten relativen Bahngeschwindig-

Verfahren führt auch keineswegs zu der Fülle von technischen Vorteilen, die das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren bietet.

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise so ausgestaltet, daß zusätzlich die Frequenz der relativen Umlaufbewegung verändert wird; (Unter Frequenz wird hier die Anzahl der Umläufe pro

Praxis einführen konnte, obwohl es seit langem bekannt ist. Aber auch das eingangs beschriebene, ebenfalls seit langem bekannte Verfahren mit rela-

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keit verändern. Man kann ζ. B. in an sich bekannter feststehende Drehachse antreibbaren Exzenters ge-Weise den Umlaufradius zu Beginn und/oder gegen führt ist, ist gekennzeichnet durch eine während der Ende des Schweißvorgangs verhältnismäßig klein Drehung des Exzenters stufenlos betätigbare Stelloder sogar auf Null einstellen, um die zu ver- einrichtung zur Einstellung der dem Radius der relaschweißenden Werkstücke mit der gewünschten 5 tiven Umlaufbewegung der beiden Werkstücke entGenauigkeit positionieren zu können, und kann in sprechenden Exzentrizität des Exzenters,
dem dazwischenliegenden Verfahrensabschnitt durch Zum Einstellen oder Verstellen der Exzentrizität Vergrößern des Umlaufradius eine bessere Egali- des Exzenters sind zahlreiche Vorrichtungen brauchsierung der Werkstückoberflächen erzielen und da- bar, die im wesentlichen darauf beruhen, daß der durch für einen gleichmäßigeren Schweißvorgang io Exzenterkörper mit der darauf fest orientierten Umsorgen, wobei man es stets völlig in der Hand hat, laufbahn relativ zu der Drehachse verstellt wird. Dem durch entsprechende Veränderungen der Frequenz Fachmann sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt, bestimmte Bahngeschwindigkeiten der Reibungsbe- um an rotierenden Teilen Verstellungen vorzunehwegung einzustellen. Eine bevorzugte Ausführungs- men; es sei nur auf die zahlreichen bekannten Mögform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dem- 15 lichkeiten zur Einstellung von Turbinenschaufeln, gemäß darin, daß die Frequenz der relativen Um- Luftschraubenblättern u. dgl. erinnert. Bei einer belaufbewegung in Abhängigkeit von der Änderung sonders einfachen Ausgestaltung der erfindungsdes Radius der Umlaufbewegung verändert wird, gemäßen Vorrichtung weist der Exzenter einen auf vorzugsweise gegensinnig derart, daß die relative ihm verschiebbar gelagerten Nabenkörper auf, der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkstücke in einem ^o mit einer die Drehachse bestimmenden Antriebswelle vorgegebenen Bereich gehalten wird, vorzugsweise verbunden und mittels der Stelleinrichtung auf dem konstant bleibt. Auf diese Weise kann man beispiels- Exzenter positionierbar ist.

weise gegen Ende eines Schweißvorganges durch Ver- Eine besonders kompakte, hoch belastbare und ringern des Umlaufradius und entsprechendes Ver- leicht auswuchtbare Ausführungsform der erfindungsgrößern der Frequenz die relative Bewegungsge- as gemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, schwindigkeit bis kurz vor Ende des Schweißvorganges daß der Exzenter einen ersten, am Außenumfang die praktisch konstant halten, wobei sich vorteilhaft Führungsbahn der Halterung aufweisenden Exzenterauswirkt, daß bei der Wahl der Frequenz kaum Be- körper besitzt, der mit einer inneren zylindrischen schränkungen bestehen und bei Verringern des Um- Lagerfläche mit fester Exzentrizität auf einer äußelaufradius der bekannte Effekt auftritt, daß der Dreh- 30 ren zylindrischen Lagerfläche eines zweiten Exzenterimpuls der umlaufenden Masse die Umlaufgeschwin- körpers mit unveränderbarer Exzentrizität gelagert digkeit zu erhöhen versucht. ist, wobei die Führungsbahn und die zylindrischen Die große Anpassungsfähigkeit des erfindungs- Lagerflächen achsparallel zur Drehachse liegen, und gemäßen Verfahrens, zu der auch die Maßnahme daß eine eine stufenlose Einstellung der gegenseitigen gehören kann, daß zusätzlich der Anpreßdruck ge- 35 Drehlagen der beiden Exzenterkörper zulassende ändert wird, macht es möglich, auf den Zustand der Koppelungseinrichtung vorgesehen ist Auf diese Schweißfläche weitgehend Rücksicht zu nehmen. So Weise ist die von der gegenseitigen Drehlage der Exkönnen die Verfahrensparameter in Abhängigkeit zenterkörper abhängige resultierende Exzentrizität vom Zustand der Werkstücke in der Reibfläche und/ der Führungsbahn bezüglich der Achse stufenlos ver- oder von der. Größe der Reibfläche einzeln oder zu 40 stellbar. Damit die relative Bahngeschwindigkeit von mehreren verändert werden. Man kann auf diese Null aus veränderbar ist, ist vorzugsweise die Exzen-Weise die zeitliche Wärmeproduktion pro Einheit trizität der Führungsbahn bezüglich der inneren der Schweißfläche in weiten Grenzen beliebig steuern, Lagerfläche gleich der Exzentrizität der äußeren und zwar auch dann, wenn sich die Größe der Reib- Lagerfläche bezüglich der Drehachse. Diese Ausfühfläche ändert, z. B. beim stirnseitigen Verschweißen 45 rungsform ermöglicht eine Einstellung auf die Exzenrelativ dünnwandiger Hohlkörper, die sich ab einer trizität Null einfach dadurch, daß die beiden Exzenbestimmten Größe der relativen Umlaufbewegung terkörper um 180° versetzt eingestellt werden. Für nur noch in einem Teil ihrer Stirnflächen reibend die Sicherung der Halterung für das daran befestigte berühren, wobei dieser Teil im Verlauf der Umlauf- Werkstück gegen Eigendrehung, um das Werkstück bewegung über die Stirnfläche wandert. 50 in der erforderlichen Weise parallel zu sich selbst ζυ Die Veränderung der Verfahrensparameier, insbe- führen, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung sondere die voneinander abhängige Steuerung oder die Halterung mittels eines Parallelogrammgestängei Regelung von Frequenz und Umlaufradius, ist auch an einem senkrecht zur Drehachse verschiebbarer von Vorteil, wenn vor dem eigentlichen Schweiß- Schlitten angelenkt sein.

Vorgang die zu verbindenden F.ächen der Werkstücke 55 Die sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtunj

geglättet werden sollen oder wenn die Werkstücke aus der jeweils eingestellten resultierenden Exzentri

zunächst auf ein bestimmtes Maß abgearbeitet wer- zität ergebende Unwucht des Exzenters bezüglich de

den sollen; derartige Vorgänge, bei denen eine Mate- Drehachse soll bei allen einstellbaren Werten de

rialabtragung erwünscht ist, können bei hoher Fre- resultierenden Exentrizität im wesentlichen ausge

quenz, aber kleinem Umlaufradius ausgeführt wer- 60 glichen sein. Bei der Ausführungsform mit zwe

den. Es ist natürlich möglich, derartige Vorgänge Exzenterkörpern kann dies entsprechend einer weite

auch vollautomatisch ablaufen zu lassen. ren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolger

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung daß mit.den beiden Exzenterkörpern je eine mit voi

des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der wenig- gegebenen Abstand von der Drehachse angeordnet

stens ein Werkstück an einer parallel zu sich selbst 65 Ausgleichsmasse drehfest verbunden ist, wobei i

ohne Eigendrehung in einer Umlaufbahn bewegbaren jedem Paar aus Exzenterkörper und zugehörige

und antreibbaren Halterung befestigbar ist, die auf Ausgleichsmasse die Schwerpunkte des Exzentei

einer kreisförmigen Führungsbahn eines um eine körpers und der Ausgleichsmasse in gleichen Axia

(ο

ebenen, jedoch zu entgegengesetzten Seiten der Achse liegen, und daß die Größen der beiden Ausgleichsmassen derart bestimmt sind, daß die Vorrichtung bei zwei verschiedenen Exzentrizitäten ausgewuchtet ist, beispielsweise sowohl bei der resultierenden Exzentrizität Null als auch bei maximaler resultierender Exzentrizität. Bei einer derartigen Ausbildung der Auswuchteinrichtung ergibt sich bei allen einstellbaren resultierenden Exzentrizitäten ein Massenausgleich.

Vorzugsweise sind die Ausgleichsmassen axial und/oder radial verstellbar; die axiale Verstellbarkeit dient insbesondere dazu, die Radialebene der Schwerpunkte der Ausgleichsmassen entsprechend der Beschaffenheit des an der Halterung befestigten Werkstücks einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben.

Fig. 1 erläutert ein erfindungsgemäßes Beispiel an Hand einer schematisch dargestellten Vorrichtung im Axialschnitt;

Fi g. 2 ist ein schematischer Radialschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 erläutert in einer ähnlichen Schnittdarstellung wie Fig. 2 eine andere beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung enthalt einjn Exzenterkörper 2 mit einer kreisförmigen Führungsbahn 4 in Form einer Zylinderflache. Der Exzenterkörper 2 ist um eine Drehachse 6 antreibbar. Der Abstand zwischen der Drehachse 6 und iVr Achse der Führungsbahn 4, d. h. die dem Radius der relativen Umlaufbewegung der beiden Achsen entsprechende resultierende Exzentrizität E₁. des Exzenterkörpers 2. ist stufenlos veränderbar. Zu diesem Zweck ist am Exzenterkörper 2 eine innere, zylindrische Lagerfiäche !0 definiert. Die Führungsbahn 4 und die Lagerfläche 10 umschließen sich infolge einer exzentrischen Anordnung der Lagerfiäche 10 mit einer festen Exzentrizität E₁. Mit der Lagerfläche 10 ist der erste Exzenterkörper 2 auf der äußeren, zylindrischen Lagerfläche 12 eines zweiten Exzenterkörpers 8, der ebenfalls eine unveränderbare Exzentrizität aufweist, gelagert, wobei die Führungsbahn 4 und die zylindrischen Lagerflächen 10 und 12 achsparalle! zur Drehachse liegen. Die Exzentrizität E₁ der Führungsbahn 4 in bezug auf die innere Lagerfläche 10 ist gleich der Exzentrizität £"., der äußeren Lagerfläche 12 in bezug auf die Drehachse 6.

Auf der Führungsbahn 4 des ersten Exzenterkörpers 2 ist eine Halterung 14 geführt, und zwar besteht be- der dargestellten Ausführungsform die Halterung 14 aus einem auf der Führungsbahn 4 !!leitend gelagerten Ring 16 und einer daran befestigten Platte 18, an der das eine Werkstück 20 so mit den dargestellten Schrauben 22. 24 befestigt ist, daß die gewünschte Schweißfläche 26, in der das Werkstück 20 mit einem anderen Werkstück 28 verbunden werden soll, senkrecht zur Drehachse 6 liegt. Das andere Werkstück 28 soll im vorliegenden Beispiel in irgendeiner, nicht dargestellten Weise stationär gehalten sein. Die Halterung 14 ist parallel zu sich selbst und zur Drehachse 6 verschiebbar, jedoch infolge einer Drehmomentenstütze undrehbar, so daß der Radius der relativen Umlaufbewegung zwischen Drehachse 6 und Führungsbahnachse dem Radius der Umlaufbewegung der beiden Werkstücke 20, 28 entspricht. Dies wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß entsprechend der Darstellung in Fig. 2 der Ring 16 über ein aus den Stangen 30, 32 bestehendes Farallelogramm-

gestänge an einem Schlitten 34 angelenkt ist, der auf einer Führung 36 senkrecht zur Achse 6 verschiebbar ist. Die Stangen 30, 32 sind mit Gelenken 38, 40 am Ring 16 und mit Gelenken 42, 44 am Schlitten 34 angelenkt.

ίο Die beiden Exzenterkörper 2 und 8 sind mittels einer Koppelungseinrichtung drehfest miteinander verbunden und gemeinsam um die Drehachse 6 drehbar; die Koppelungseinrichtung ist jedoch auf verschiedene relative Drehlagen der Exzenterkörper 2, 8

einstellbar. Zu diesem Zweck ist ein um die Drehachse 6 drehbares Stellglied in Form einer Hülse 46 vorgesehen. Die Hülse 46 ist auf einer mit dem zweiten Exzemerkörper 8 fest verbundenen, zur Drehachse 6 koaxialen Welle 48 drehverstellbar, jedoch

axial unverschiebbar gelagert und hat einen "Ansatz SO mit einem Radialschlitz 52. In den Radialschlitz 52 greift ein vom ersten Exzenlerkörper 2 abgehender Finger 54 ein. Diese Schlitzführung 52, 54 verbindet somit die Hülse 46 und den ersten Exzenterkörper 2 zu gemeinsamer Drehbarkeit relativ zum zweiten Exzenterkörper 8. Zur Einstellung und Festlegung der relativen Drehlage zwischen der Hülse 4fi und der Welle 48, d. h. also zur Einstellung und Festlegung des Radius der relativen Umlaufbewegung der beiden Fxzenterkörper 2, 8 sowie der Werkstücke 20¹, 28 und damit ihrer an der Halterung 14 zur Wirkung kommenden resultierenden F\zentrizität E₁., sind in der Hülse 46 und in der Welle 4fl im gleichen Axialbereich Schlitze 56 bzw. 58 vorgesehen, die gegensinnig schräg zur achspaiallclen Richtung verlaufen; die Koppelung zwischen dei Hülse 46 und der Welle 48 erfolgt durch einen beide Schlitze 56. 58 passend durchsetzenden radialen Stift 60, der an einer im Hohlraum der Welle 48

verschiebbaren Stange 62 befestigt ist. Die Stange 62 ist mit der Welle 48 zusätzlich durch eine Keilnutverzahnung 64 in Drehrichlung verbunden. Gegenseitige Axialbewegungen der Hülse 46 und der Welle 48 werden durch einen von der Welle 48 abgehenden

Ansatz 66 und einen Sicherungsring 68, der in einet Umfangsnut der Welle 48 einsitzt, verhindert.

Man erkennt, daß die Axiallager der Stange 62 die relative Drehlage der beiden Exzenterkörper 2 und 8 und damit ihre resultierende Lxzentrizität E₁

bestimmt. Wenn \ der Winkel ist, den die Exzentrizitätsradien der beiden Exzenterkörper miteinander bilden, ergibt sich die dem Radius der relativer Umlaufbewegung entsprechende, resultierende Exzentrizität E_r. da E₁ — E₂, zu

E₇ = 2 E ■ cos -* .

Die resultierende Exzentrizität E_r ist also maxima] im Bereich zwischen Null und 2 E einstellbar. Ir F i g. 1 und in den ausgezogenen Linien der F i g. 2 ist der Zustand E_r gleich Null dargestellt. Der Zustand E_r gleich 2E (maximale resultierende Exzen-

trizität) ist in Fig. 2 in punktierten Linien dargestellt, wobei gegenüber dem Zustand mit E_r gleich Null der erste Exzenterkörper 2 entsprechend dem Pfeil 72 um 90° im Gegenuhrzeigersinn und der

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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 und läßt die Exzenterkörper um die Drehachse 6 rotieren, so führen alle Stellen der Halterung 14 und des damit verbundenen Werkstücks 20 parallel zu sich selbst und normal zur Achse 6 gleich große Umlaufbewegungen in Kreisbahnen aus. Die Größe der Umlaufbewegungen ist durch die resultierende Exzentrizität E_T bestimmt, die während der gemeinsamen Rotation der beiden Exzenterkörper 2 und 8 durch Axialverschiebung der Stange 62 kontinuierlich und beliebig zwischen E_r gleich Null und einem Maximalwert 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 Eingriff steht. Zur Erzeugung und Aufnahme der beim Schweißen angewandten Axialkräfte ist ein Kugellager 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 mittels eines Getriebemotors 86 axial verstellbare Gabel 88 greift über den Flansch 84 und steht unter Zwischenschaltung von Kugellagern 90 spielarm mit den Laufflächen des Flansches 84 in Berührung.

Zum Getriebemotor 86 gehört ein Regler 92 zur wählbaren Einstellung der Axiallage der Stange 62 und damit der resultierenden Exzentrizität E_T bzw. des Radius der relativen Umlaufbewegung. Zum Antriebsmotor 80 gehört ein Regler 94 zur wählbaren Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors 80. Die Regler 92 und 94 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, über eine Steuereinrichtung 96 so miteinander verbunden, daß eine bestimmte, vorzugsweise veränderbare Abhängigkeit zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors und der resultierenden Exzentrizität E_r vorgegeben ist.

Mit der als Beispiel dargestellten Vorrichtung ist es möglich, einen Schweißvorgang zunächst mit der resultierenden Exzentrizität bzw. mit dem Radius der relativen Umlaufbewegung Null zu beginnen; dabei bleibt bei sich drehenden Exzenterkörpern 2 und 8 das Werkstück 20 in Ruhe, so daß die Werkstücke 20, 28 genau zueinander positioniert werden können. Sodann wird durch entsprechende Verstellung der Schubstange 62 die resultierende Exzentrizität E_r yon Null aus allmählich gesteigert, so daß das Werkstück 20 relativ zu dem anderen Werkstück 28 eine an allen Stellen gleich große und mit gleicher Bahngeschwindigkeit erfolgende kreisförmige Umlaufbewegung ausführt. Dabei wird die zum Schweißen erforderliche Reibungswärme erzeugt. Die Wärmeleistung hängt wesentlich von der Drehzahl der Exzenterkörper 2, 8 und der resultierenden Exzentrizität E_r ab, und es ist ohne weiteres möglich, beispielsweise automatisch mit Hilfe der Steuereinrichtung 96, dafür zu sorgen, daß die relative Bahngeschwindigkeit der Werkstücke 20, 28 innerhalb eines bestimmten Variationsbereiches der resultierenden Exzentrizität E_r konstant bleibt oder sich in einer gewünschten, vorgegebenen Weise ändert. Sobald in der Schweißfläche 26 die zum Schweißen erlorderliche Temperatur erreicht ist (was beispielsweise durch Abfall der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 80 erkennbar ist), wird durch entsprechende Verschiebung der Stange 62 die resultierende Exzentrizität E_r kontinuierlich bis auf Null vermindert, so daß schließlich die Werkstücke in einer exakt der Ausgangsposition entsprechenden gegenseitigen Lage miteinander verschweißt sind. Die Stetigkeit und

ίο Gleichmäßigkeit des ganzen Vorganges sichern eine 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, die mit den Exzenterkörpern 8 bzw. 2 drehfest 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 Feststellschraube 99. Die Ausgleichsmasse 100 ist 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 Einstellung auf maximale resultierende Exzentrizität E_r ohne Behinderung durch die Ausgleichsmassen 100 bzw. 98 möglich ist. Dies ist in den Fig. 1 und 2 angedeutet. Bei der in F i g. 2 punktiert dargestellten Einstellung maximaler resultierende Exzentrizität ist 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 Einstellung verzichten.

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 Abstand von der Drehachse 6 haben. Dies bedeutet insbesondere, daß sich bei einer relativen Verdrehung der Exzenterkörper 2 und 8 die Ausgleichsmassen 100 bzw. 98 ebenfalls nur in Umfangsrichtung relativ zueinander bewegen, jedoch keine Bewegung in Radialrichtung ausführen, obwohl sich der mit der Ausgleichsmasse 100 drehfest verbundene Exzenterkörper 2 dabei in Radialrichtung verlagert. Die Größen der Ausgleichsmassen 98 und 100 werden durch die Forderung bestimmt, daß bei zwei verschiedenen Weiten der resultierenden Exzentrizität die Unwucht behoben ist, beispielsweise für E_r — 0 und E_r = 2 E. Dann ist die Unwucht auch bei allen anderen Werten von E_r behoben.

Die Ausgleichsmassen können bei der dargestellten Ausführongsform nicht nur axial verschoben werden, sondern natürlich auch ausgewechselt werden. Dadurch ist es möglich, Größe und Lage der Ausgleichsmassen an die Beschaffenheit des jeweils an der Halterung 14 befestigten Werkstücks anzupassen. Dabei dient insbesondere die axiale Verstellbarkeit der Ausgleichsmassen 98, 100 dem Zweck, die Ausgleichsmassen möglichst in demjenigen Axialbereich wirken zu lassen, in dem auch die von den Exzenterkörpern und dem an der Halterung 14 befestigten Werkstück hervorgerufenen Unwuchtkräfte wirken. Dadurch werden die resultierenden Kräfte quer zur Achse 6 klein gehalten.

F i g. 3 zeigt schematisch ein Beispiel einer ande-

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 Kohlwelle 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 aualoge 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, so 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_r ergibt. Die Halterung 14 ist hier mittels Rollen 114 auf der Umfangsbahn 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 Exzenter-

ao körpers 2 die gewünschte relative Umlaufbewegung mit dem Radius E_r an allen Stellen der Halterung 14 ergibt, ebenso wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2. Zur Gewichtersparnis und zui Verminderung der Unwuchtkräfte ist die Scheibe 102

a5 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. Verfahren 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 as in Abhängigkeit von vorliegenden schweißtechnischen Bedingungen gewünschten relativen Bahngeschwindigkeit verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der relativen Umlaufbewegung 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.

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 \ ι rfahrensparameter in Abhängigkeit vom Zustand der Werkstücke in der Reibfläche und/oder von der Größe der Reibfläche einzeln oder zu mehreren verändert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafi 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 Stelleinrichtung (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 Anspruch 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 gegensinnig 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 (60) 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 eine 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.