DE202004009909U1

DE202004009909U1 - Reibschweißmaschine

Info

Publication number: DE202004009909U1
Application number: DE202004009909U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: US20070101838A1; US7975897B2; DE502005005820D1; EP1758705A1; WO2006000330A1; EP1758705B1

Abstract

Reibschweißmaschine mit einem Gestell (2), mit zwei Spindelköpfen (5, 6), die jeweils eine Spindel (8, 9) mit einem Spindelantrieb (12, 13) und einem Werkstückhalter (22) aufweisen, wobei der zweite Spindelkopf (6) axial beweglich am Gestell (2) gelagert und mit dem Vorschubantrieb (25) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen Werkstückhalter (22) eine die Stauchkraft abstützende Überbrückung (10, 11) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibschweißmaschine mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine solche Reibschweißmaschine ist aus der DE 197 42 123 C1 bekannt. Sie dient zum Verschweißen zweier Werkstücke und besteht aus einem Gestell mit zwei Spindelköpfen, die jeweils eine Spindel mit einem Werkstückhalter für ein Werkstück und einem Spindelantrieb aufweisen. Der zweite Spindelkopf ist mit einem Vorschubantrieb verbunden, welcher für die Zustellung, den Reibvorschub und den Stauchhub sorgt. Die beiden Spindeln können mit nach Betrag und/oder Drehrichtung unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben werden, damit sich der für eine Reibschweißung erforderliche Unterschied der Umfangsgeschwindigkeit an der Reibschweißstelle ergibt. Beim Reibschweißen drehen sich beide Spindeln, damit der entstehende und ebenfalls rotierende Schweißgrat oder Schweißwulst bereits während des Reibschweißprozesses mit einem stationären Drehmeißel abgedreht werden kann.
Aus der Praxis sind ferner konventionelle Reibschweißmaschinen bekannt, bei denen der zweite Werkstückhalter drehfest angeordnet ist. Die bekannten Reibschweißmaschinen sind für bestimmte Werkstückgrößen ausgelegt und haben einen begrenzten Einsatzbereich. Für stark unterschiedliche Werkstückgrößen sind verschiedene Reibschweißmaschinen erforderlich.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine bessere Reibschweißmaschine aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
Um vor allem auch bei der kleineren Spindel den hohen Stauchkräften stand zu halten, können an ein oder beiden Spindeln einsetzbare Überbrückungen vorhanden sein, die die Werkstückaufnahme am Gehäuse des Spindelstocks abstützen und die Spindel entlasten.
Die Doppelspindelmaschine mit unterschiedlich großen Spindeldurchmessern hat den Vorteil eines wesentlich vergrößerten Einsatzbereichs. Sie ist für eine wesentlich größere Bandbreite von Werkstückgrößen geeignet. Dies kommt auch den Genauigkeiten zugute. Die kleinere Spindel für die kleineren Bauteile kann genauer gelagert werden als die große Spindel und bietet eine entsprechend höhere Präzision.
Die beanspruchte Reibschweißmaschine bietet ferner Vorteile für die Steuerung und Beeinflussung des Reibschweißprozesses. Die beiden Spindeln können gegenläufig drehen, so dass die an der Reibstelle wirksame Drehgeschwindigkeit größer als bei bisherigen Maschinen sein kann. Andererseits können durch die Geschwindigkeitsaddierung die Einzelgeschwindigkeiten der beiden Spindeln verringert werden, was einerseits eine Verkleinerung der Spindelantriebe ermöglicht und andererseits ein schnelleres Bremsen gestattet. Der Reibschweißprozess kann entsprechend feinfühliger und genauer gesteuert werden. Auch für die Winkelpositionierung der Werkstücke in der Schweißposition ergeben sich Vorteile.
Trotz der durch die doppelten Spindeln vergrößerten Einsatz- und Werkstückbereiche kommt die Reibschweißmaschine mit einem einheitlichen Vorschubantrieb aus, der alle Einsatzbereiche abdeckt.
Die Antriebstechnik für die zwei Spindeln und die Spindelstöcke können gleichartig oder unterschiedlich ausgebildet sein. Über einstellbare oder ankuppelbare Schwungmassen können die Einsatzbereiche der Spindelantriebe ebenfalls erweitert und an unterschiedliche Größen und Massen von Werkstücken angepasst werden. Die Reibschweißmaschine kann dabei wahlweise mit Direktantrieben oder mit Schwungmassenantrieben gefahren werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
1: Eine Doppelspindel-Reibschweißmaschine in einer schematischen Seitenansicht,
2: eine Variante der Reibschweißmaschine von 1 mit Schwungmassenantrieben und einer Überbrückung zum Schweißen großer Werkstücke und
3: eine abgebrochene Darstellung der Spindeln in der Variante zum Schweißen kleiner Werkstücke.
1 und 2 zeigen eine Reibschweißmaschine (1) in der Ausbildung als Doppelspindelmaschine und in zwei Bauvarianten, die sich hinsichtlich der Spindelantriebe (12, 13) unterscheiden.
Die Reibschweißmaschine (1) besteht in beiden Fällen aus einem Gestell (2), welches ein Maschinenbett (3) und am einen Ende einen aufrechten Ständer (4) aufweist. Auf dem Gestell (2) ist auf der einen Seite ein erster, vorzugsweise stationärer Spindelkopf (5) ortsfest gelagert, der eine Spindel (8) mit einem Werkstückhalter (22), vorzugsweise einem Spannfutter, und einem Spindelantrieb (12) aufweist. Das Spannfutter (22) nimmt das erste Werkstück (23) auf.
Dem ersten stationären Spindelkopf (5) mit Abstand gegenüber liegend ist ein zweiter Spindelkopf (6) mit einer Spindel (9) und einem eigenen Spindelantrieb (13) sowie einem zweiten Werkstückhalter (22) zur Aufnahme des zweiten Werkstücks (24) angeordnet. Der zweite Spindelkopf (6) ist mittels eines Fahrschlittens (7) beweglich am Gestell (2), insbesondere am Maschinenbett (3), gelagert.
Der zweite Spindelkopf (6) ist an der Rückseite mit einem Vorschubantrieb (25) verbunden. Der zweite, bewegliche Spindelkopf (6) hat eine im Durchmesser kleinere und weniger belastbare Spindel (9) und vorzugsweise auch einen schwächeren Spindelantrieb (13) als der stationäre Spindelkopf (5). Die kleinere Spindel (9) ist entsprechend genauer gelagert als die große Spindel (8). Die Spindeln (8, 9) nebst Spannfuttern (22) haben eine gemeinsame Zentralachse, mit der auch der Vorschubantrieb (25) fluchtet.
Der Fahrschlitten (7) ist längs der Vorschubrichtung (32) mittels einer Schlittenführung (31) am Gestell (2) bzw. Maschinenbett (3) formschlüssig gelagert und geführt. Die Lagerung nimmt die eventuell einwirkenden Kippmomente auf.
Der Vorschubantrieb (25) ist hinter dem beweglichen Spindelkopf (2) am besagten Ständer (4) angeordnet und abgestützt. Der Vorschubantrieb (25) sorgt einerseits für die schnelle Zustellung des beweglichen Spindelkopfs (6) aus der in 1 gezeigten zurückgezogenen Ruhestellung in die vorgeschobene Arbeitsstellung, in der die beiden Werkstücke (23, 24) in fluchtenden Reibkontakt gebracht und gegeneinander verdreht werden. Der Vorschubantrieb (25) besorgt ferner den Reibvorschub und schließlich auch den Stauchhub, mit dem die Werkstücke (23, 24) schlagartig verbunden werden. Der Vorschubantrieb (25) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten und in 2 näher dargestellten Ausführungsbeispiel weist er zwei hydraulische Zylinder (26, 28) auf. Der in Vorschubrichtung hinten liegende Zylinder (28) ist ein Eilgangzylinder. Der vordere Zylinder (26) ist ein Stauchzylinder, der mit einer Stauchstange (27) verbunden ist. Alternativ kann der Vorschubantrieb (25) auch ein elektromotorischer Antrieb sein oder eine beliebige andere konstruktive Ausgestaltung haben.
Zur Abstützung der hohen Stauchkräfte, die z.B. zwischen 20 und 100 Tonnen oder darüber liegen können, sind der stationäre Spindelkopf (5) und der Ständer (4) durch ein oder mehrere axiale Zuganker (29) in Vorschub- und Stauchrichtung (32) miteinander verbunden und gegenseitig abgestützt. Hierdurch kann das Gestell (2) entlastet werden.
Die Spindelantriebe (12, 13) können in beliebig geeigneter und gegebenenfalls auch in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzen beide Spindelantriebe (12, 13) einen elektrischen steuerbaren Antriebsmotor (14, 15), der über ein Vorgelege (16) auf die zugehörige Spindel (8,9) einwirkt. Im Ausführungsbeispiel von 1 ist dies ein direkter Antrieb, wobei das Vorgelege (16) mit der jeweiligen Spindel (8, 9) direkt gekoppelt ist.
2 zeigt eine Variante der Antriebsausbildung mit einer wahlfreien Einschaltmöglichkeit für ein oder mehrere Schwungmassen (17, 18). Die Schwungmassen (17, 18) können bei Bedarf abgekoppelt sein, so dass der vorerwähnte Direktantrieb besteht.
Beim beweglichen Spindelkopf (6) mit der kleineren Spindel (9) und dem kleineren Spannfutter (22) sind ein oder zwei oder gegebenenfalls auch mehr einstellbare Schwungmassen (17) koaxial zur Spindel (9) angeordnet. Die Schwungmassen (17) können einzeln oder gemeinsam über eine entsprechende Kupplung zugeschaltet und mit der Spindel (9) verbunden werden.
Beim stationären Spindelkopf (5) mit der großen Spindel (8) sind mehr Schwungmassen (17,18) vorhanden, die auch eine größere Bandbreite an Zuschaltmöglichkeiten bieten. Am rückwärtigen Ende der Spindel (8) sind in ähnlicher Weise wie beim kleineren Spindelkopf (6) zwei oder mehr einstellbare Schwungmassen angeordnet, die direkt mit dem rückwärtigen Ende der Spindel (8) verbunden werden können. Die große Spindel (8) kann ferner am rückwärtigen Ende in einem weiteren Ständerteil gelagert und mittels einer schaltbaren Kupplungseinrichtung (20) mit einem nachgeschalteten Getriebe (21) verbunden werden. Hierbei kann eine drehsteife Verbindung (19) zwischengeschaltet sein. Das Getriebe (21) ist am rückwärtigen Ende seinerseits über eine weitere drehsteife Verbindung (19) mit einer Anordnung von mehreren zusätzlichen Schwungmassen (18) verbunden, die als einzeln zuschaltbare Schwungscheiben unterschiedlicher Größe und Masse ausgebildet sind. Mittels Haltebremsen (30) können die einzelnen Schwungmassen (18) bei Bedarf gebremst und festgesetzt werden.
Eine oder beide Spindeln (8, 9) können mit Überbrückungen (10, 11) ausgerüstet sein, die zwischen die Werkstückhalter oder Spannfutter (22) und die angrenzende Wandung des Spindelkopfs (5, 6) eingesetzt werden und hierbei die auf das Spannfutter (22) wirkenden Stauch- und Druckkräfte zur Entlastung der zugehörigen Spindel (8, 9) am Spindelkopfgehäuse abstützen. Die Überbrückungen (10, 11) sind jeweils an der ruhenden Spindel (8, 9) angeordnet. 2 zeigt die Ausführungsform zum Schweißen großer und schwerer Werkstücke (23, 24). Bei dieser Variante dreht die große Spindel (8) am stationären Spindelkopf (5). Hierbei ist die gegenüberliegende kleine Spindel (9) durch die Überbrückung (11) gehäusefest abgestützt und entlastet. Die Überbrückung (11) kann hierbei auch das Spannfutter (22) gegebenenfalls drehfest halten.
In der Variante von 3 ist die andere Anordnung zum Schweißen kleinerer Werkstücke (23,24) dargestellt. In diesem Fall dreht die kleinere Spindel (9) am beweglichen Spindelkopf (6). Am größeren stationären Spindelkopf (5) ist eine Überbrückung (10) zwischen Spannfutter (22) und Spindelkopfgehäuse angeordnet, die die große Spindel (8) entlastet. In Abwandlung dieser Ausführungsform kann auf die große Überbrückung (10) gegebenenfalls verzichtet werden und die große Spindel (8) beim Stauchen lediglich mit einer geeigneten Bremse festgehalten werden. Die Spindellagerung kann so kräftig ausgelegt sein, dass sie den meist reduzierten Stauchkräften für kleinere Werkstücke auch ohne Überbrückung (10) standhält.
Die Doppelspindel-Reibschweißmaschine (1) kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. In den konventionellen Modi dreht nur eine Spindel (8, 9), während die jeweils andere Spindel (9, 8) durch eine Bremse drehfest gehalten wird. Dementsprechend wird nur der jeweils drehende Spindelantrieb (12, 13) von der Maschinen- und Prozesssteuerung (nicht dargestellt) angesteuert. In einem dritten Modus ist es möglich, beide Spindeln (8, 9) drehen zu lassen, was z.B. gegenläufig geschieht. Hierdurch addieren sich die entgegengesetzten Geschwindigkeiten an der Reibstelle zu einer hohen relativen Drehgeschwindigkeit der Werkstücke (23, 24). Am Ende des Reibvorgangs und vor dem Stauchhub werden dementsprechend beide Spindeln (8, 9) gebremst, wobei durch die Reduzierung der Einzeldrehzahlen geringere Bremskräfte erforderlich sind oder ein schnelleres Bremsen möglich ist. Bei den ersten beiden Betriebsmodi wird nur die eine jeweils drehende Spindel (8, 9) am Ende des Reibvorgangs gebremst.
In weiterer Variation können bei Bedarf die Spindeln (8, 9) auch gleichläufig rotieren, wobei bei Abschaltung eines Spindelantriebs (12, 13) auch die Mitnahme der zugehörigen Spindel (8, 9) im Reibschluss durch die andere angetriebene Spindel (9, 8) erfolgt.
Abwandlungen der gezeigten Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Dies betrifft die konstruktive Ausgestaltung der Spindelköpfe (5, 6), ihre Spindeln (8, 9) und ihre Spindelantriebe (12, 13). Auch der Vorschubantrieb (25) kann variiert werden. Je nach Größe der Stauchkräfte kann auf die Zuganker (29) zugunsten einer Kräfteabstützung über das Gestell (2) verzichtet werden. Variabel sind ferner die Größenverhältnisse in den unterschiedlichen Durchmessern der kleinen und großen Spindel (8, 9). Der erste Spindelkopf (5) kann beweglich und arretierbar am Gestell (2) gelagert sein.

1: Reibschweißmaschine
2: Gestell
3: Maschinenbett
4: Ständer
5: Spindelkopf groß
6: Spindelkopf klein
7: Fahrschlitten
8: Spindel groß
9: Spindel klein
10: Überbrückung große Spindel
11: Überbrückung kleine Spindel
12: Spindelantrieb groß
13: Spindelantrieb klein
14: Antriebsmotor
15: Antriebsmotor
16: Vorgelege, Getriebe
17: Schwungmasse einstellbar
18: Schwungmasse zusätzlich
19: Verbindung
20: Kupplungseinrichtung
21: Getriebe, Planetengetriebe
22: Werkstückhalter, Spannfutter
23: Werkstück
24: Werkstück
25: Vorschubantrieb
26: Zylinder, Stauchzylinder
27: Stauchstange
28: Zylinder, Eilgangzylinder
29: Zuganker
30: Haltebremse
31: Schlittenführung
32: Vorschubrichtung

Claims

Reibschweißmaschine mit einem Gestell (2), mit zwei Spindelköpfen (5, 6), die jeweils eine Spindel (8, 9) mit einem Spindelantrieb (12, 13) und einem Werkstückhalter (22) aufweisen, wobei der zweite Spindelkopf (6) axial beweglich am Gestell (2) gelagert und mit dem Vorschubantrieb (25) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen Werkstückhalter (22) eine die Stauchkraft abstützende Überbrückung (10, 11) vorgesehen ist.
Reibschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (8, 9) durch die Überbrückung (10, 11) gehäusefest am Spindelkopf (5, 6) abgestützt und entlastet ist.
Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückung (10, 11) den Werkstückhalter (22) drehfest hält.
Reibschweißmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückung (10, 11) zwischen den Werkstückhalter (22) und das Spindelkopfgehäuse einsetzbar ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spindelkopf (5) stationär am Gestell (2) angeordnet ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (8, 9) unterschiedliche Größen aufweisen.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (9) des zweiten Spindelantriebs (13) kleiner als die andere Spindel (8) ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spindelantrieb (13) schwächer als der erste Spindelantrieb (12) ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spindelkopf (6) einen Fahrschlitten (7) aufweist, der an einer Schlittenführung (31) am Gestell (2) längs der Vorschubrichtung (32) formschlüssig gelagert und geführt ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb (25) an einem Ständer (4) des Gestells (2) gelagert und abgestützt ist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (4) und der stationäre Spindelkopf (5) durch ein oder mehrere Zuganker (29) verbunden sind.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb (25) ein oder mehrere Zylinder (26, 28) aufweist.
Reibschweißmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelantriebe (12, 13) elektrische Antriebsmotoren (14, 15) aufweisen.