DE2022405C3 - Reibungsschweißmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungsschweißmaschine mit mindestens zwei Werkstückhaltern, von denen mindestens einer auf einem Maschinenbett derart: verschiebbar ist, daß die in den Werkstückhalter! gehaltenen Werkstücke entlang einer Achse gegenein ander gepreßt werden, die die Berührungsflächen der beiden Werkstücke durchsetzt und mit Abstand zum Maschinenbett angeordnet ist, wobei zwischen beiden Werkstückhaltern mindestens ein vom Maschinenbett gesondertes Stützglied angeordnet ist, das das Maschinenbett von durch die Preßkraft verursachten Biegemomenten freihält

Bei derartige, nach dem Stande der Technik (US-PS 33 88 849) bekannten Reibungsschweißmaschinen ist das zwischen den Werkstückhaltern angeordnete Stützglied, das bei Maschinen dieser Gattung außerordentlich großen Kräften ausgesetzt ist über oder etwa in einer Höhe mit der Achse angeordnet, entlang der die Werkstücke gegeneinander gepreßt werden. Bei dieser Anordnung des Stützgliedes wird zwar eine gute Abstützwirkung erzielt, da das Stützglied nur mit einem verhältnismäßig kleinen Moment belastet wird. Bei Anordnung von Stützgliedern an beiden Seiten der Achse können Momente sogar völlig vermieden werden. Eine derartige Anordnung der Stützglieder hait jedoch den Nachteil, daß der freie Zugang zu den Werkstückhaltern behindert wird. Zur Zuführung von miteinander zu verschweißenden Werkstücken zu den Werkzeugträgern und zur Herausnahme der fertig verschweißten Werkstücke aus den Werkzeugträgern sind deshalb unter Umständen komplizierte Manipulationen bzw. hierzu geeignete Einrichtungen erforderlich. Außerdem können diese Stützglieder unter Umständen die Werkstücke bei deren Drehbewegung behindern, wenn die Werkstücke Teile aufweisen, die sich in größerem Abstand von der Drehachse befinden.

Es ist rieshalb Aufgabe der Erfindung, die Reibungsschweißmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Werkstückhalter von oben und von den Seiten her völlig frei zugänglich liegen, ohne daß die Gefahr besteht daß Biegemomente auf das Maschinenbett ausgeübt werden oder die Abstützwirkung beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung, ausgehend von einer Reibungsschweißmaschine der eingangs genannten Art, vor, daß das Stützglied an der den Werkstückhaltern abgewandten Seite des Maschinenbettes durch eine öffnung im Maschinenbett hindurchgeführt ist in der dem Stützglied ein der bei Beanspruchung zu erwartenden Biegung in Ausbiegungsrichtung entsprechender Spielraum belassen ist während in dazu senkrechter Richtung das Stützglied und das Maschinenbett derart miteinander in Berührung stehen, daß eine Relatiwerschiebung zwischen beiden Teilen in dieser Richtung verhindert wird.

Bei Reibungsschweißmaschinen gemäß der Erfindung sind die Werkstückhalter von oben und von beiden Seiten her völlig frei zugänglich, so daß beim Einlegen oder Herausnehmen von Werkstücken keinerlei Behinderungen auftreten. Durch das in der Biegeebene belassene Spiel zwischen dem Maschinenbett und dem Stützglied wird eine Übertragung von Biegemomenten auf das Maschinenbett ausgeschlossen. Trotzdem erhält das Stützglied senkrecht zur Biegeebene von dem Maschinenbett eine exakte Führung, so daß seitliche Verlagerungen zwischen dem Maschinenbett und dem !Stützglied und dadurch verursachte Fluchtungsfehler in der Abstützung der Werkstückhalter vermieden werden. Insbesondere wird durch diese Führung auch eine Torsion des Stützgliedes verhindert die durch die kombinierte Wirkung des starken Biegemomentes einerseits und eines bei derartigen Reibungsschweißmaschinen kaum zu verhindernden Torsionsmomentes auftreten könnte.

Zweckmäßig ist das Maschinenbett zur Bildung der öffnung für den Durchtritt des Stützgliedes auf seiner Unterseite hohl ausgebildet. Hierdurch wird zusätzlich verhindert, daß sich das Maschinenbett relativ zum Stützglied nach oben anheben kann, was ebenfalls zu einem erheblichen Fluchtungsfehler in der Abstützung der Werkstückhalter führen könnte.

Beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert in der

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Reibungsschweißmaschine gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Hälfte einer Reibungsschweißmaschine der in F i g. 1 dargestellten Art teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt und

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie IH-III ii F i g. 2 zeigen, wobei die das Werkstück haltenden um die die Druckkraft erzeugenden Teile der Maschin« weggelassen sind.

Die in F i g. 1 dargestellte Reibungsschweißmaschim weist einen Antriebskopf 10 auf, der einen Antriebsmo tor enthält der unter Abstützung gegen das Gehäus des Antriebskopfes i0 einen beispielsweise als Spann futter ausgebildeten Werkstückhalter 11 antreib welcher wiederum ein Werkstück 12 um eine Achse 1 in Rotation versetzt Die Reibungsschweißmaschin

weist weiterhin einen Schiebekopf 14 auf, der einen Werkstückhalter 15 enthält, welcher starr mit dem Gehäuse des Schiebekopfes 14 verbunden ist und in den ein weiteres Werkstück 16 koaxial zum Werkstück 12 eingespannt werden kann.

Der Antriebskopf 10 ist mit einem Maschinenbett 11 an einem von dessen Enden starr verbunden. Das Maschinenbett 17 weist ferner eine sich in Längsrichtung erstreckende Gleitführung von z. B. Schwalbenschwanzform auf, in welcher der entsprechend ausgebildete Schiebekopf 14 verschiebbar geführt ist Durch Verschiebung des Schiebekopfes 14 können die benachbarten Stirnflächen der Werkstücke 12 und 16 miteinander in Berührung gebracht werden. Diese Stirnflächen sind im folgenden als Kontaktflächen bezeichnet.

Der Werkstückhalter 11 kann durch den Antriebsmotor in Rotation versetzt werden, so daß die Kontaktflächen der beiden Werkstücke 12 und IS eine drehende Relativbewegung zueinander ausführen, während sie miteinander in Berührung sind. Es sind aber auch andere Relativbewegungen denkbar, z. B. Drehschwingungen, Bewegungen quer zur Achse 13 oder eine Bewegung des Werkstückes längs einer Lissajous-Figur, vorausgesetzt, daß die Kontaktflächen eben sind.

Das Maschinenbett wird durch an seinen Enden angeordnete Füße 18 unterstützt Zur Erzeugung der Bewegung des Schiebekopfes und der Anpreßkraft zwischen den beiden Werkstücken 12 und 16 dient ein Druckzylinder 19.

Zur Aufnahme der in der Achse 13 auftretenden Kräfte ist ein Stützglied vorgesehen, daß nicht kraftschlüssig mit dem Maschinenbett 17 verbunden ist. Das Stützglied bssteht jedoch im wesentlichen aus einem zug- und biegefesten Brückenglied 20, welches durch öffnungen in den Füßen 18 hindurchgeführt ist Das Brückenglied 20 trägt an seinen Enden nach oben weisende Widerlager 21, die mit dem Brückenglied 20 fest verbunden sind und zum Abstützen der Reaktionskräfte der Werkstückhalter 11 und 15 dienen.

Von dem Druckmittelzylinder 19 ist der Zylinderteil über ein horizontales Stützelement 22 gelenkig mit einem der Widerlager 21 verbunden, während die Kolbenstange über ein weiteres Stützelement 23 gelenkig mit dem Schiebekopf 14 verbunden ist Am änderen Ende der Reibungsschweißmaschine ist eine Stützstrebe 24 über Stützelemente 25 und 26 gelenkig mit dem Antriebskopf 10 und dem anderen Widerlager 21 verbunden.

Wenn der Druckzylinder 19 mit Druck beaufschlagt wird um auf den Schiebekopf 14 die benötigte Axialkraft aufzubringen, wird die Reaktionskraft dieser Axialkraft über die Widerlager 21 von dem Brückenglied 20 aufgenommen. Das Brückenglied 20 wird dabei auf Zug und Biegung beansprucht.

Eine vertikale Ausbiegung des Brückengliedes 20 bei dessen Belastung wird jedoch nicht auf das Maschinenbett 17 übertragen, da das Brückenglied 20 entweder mit einem gewissen Spielraum durch die Füße 18 hindurchgeführt ist oder durch eine senkrechte Gleitführung in den Füßen 18 zwar an einer Längsbewegung, nicht aber an einer vertikalen Durchbiegung gehindert wird. Das Rrückenelied 20 ist also kraftmäßig vom Maschinenbett 17 isoliert, soweit es sich um die Übertragung von Biegebeanspruchungen handelt Weiterhin verhindern die gelenkigen Verbindungen zwischen Druckzylinder 19 und Stützstreber 24 einerseits und den Widerlagern 21 dem Antriebskopf 10 und dem Schiebekopf andererseits eine Übertragung von Biegebeanspruchungen von den Widerlagern 21 auf den Antriebskopf 10 bzw. den Schiebekopf 14 und damit auf das Maschinenbett 17. Die Widerlager 21 werden nämlich bei Belastung um einen gewissen Betrag auseinandergebogen, so daß sie dann nicht mehr parallel zueinander stehen.

Es ist ersichtlich, daß das Brückenglied 20 nicht in kleinerem Abstand von der Achse 13 angeordnet werden muß als die Oberfläche des Maschinenbettes 17, sondern, wie in F i g. 1 dargestellt ist sogar weit von der Achse 13 entfernt sein kann und somit nicht den Zugang zur Schweißstelle behindert

In den Fig.2 und 3 ist eine Weiterbildung einer Reibungsschweißmaschine nach dem Prinzip gemäß F i g. 1 dargestellt Die Maschine ist spiegelsymmetrisch aufgebaut Daher ist nur eine Hälfte der Maschine in F i g. 2 dargestellt und im folgenden beschrieben.

Die Rahmenkonstruktion der Reibungsschweißmaschine enthält ein Maschinenbett 50 von kastenförmigem Querschnitt mit einer Grundplatte 51, Seitenplatten 52 und einer Deckplatte 53. Der aus diesen Teilen gebildete Kasten ist an seinen Enden offen. Auf dem Maschinenbett 50 befindet sich eine Gleitführung aus Gleitschienen 54, die auf den Oberkanten der Seitenplatten 52 befestigt sind und von Pfeilern 55 zusätzlich unterstützt werden.

Die Rahmenkonstruktion der Reibungsschweißmaschine enthält weiterhin ein Brückenglied 56, das bezüglich einer Kraftübertragung vom Maschinenbett 50 getrennt ist und innerhalb des kastenförmigen Querschnitts desselben angeordnet ist Das Brückenglied 56 hat eine größere Länge als das Maschinenbett 50 und ragt an dessen beiden Enden aus dem Maschinenbett 50 heraus. Das Brückenglied 56 ist in der Mitte zwischen seinen Enden durch eine Stützplatte 57 unterstützt, die ihrerseits auf der Grundplatte 51 aufliegt Seitlich wird das Brückenglied durch sechs Abstandhalter 58 gehalten, von denen je drei auf jeder Seite des Brückengliedes 56 angeordnet sind und an den Innenseiten der Seitenplatten 52 anliegen. Ein Paar der Abstandhalter 58 befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Enden des Brückengliedes 56. Das Paar von Abstandhaltern 58 dient wie in F i g. 5 im einzelnen dargestellt ist als Zwischenglied, um das Brückenglied 56 an den Seitenplatten 52 des Maschinenbettes 50 zu fixieren. Zu diesem Zweck sind die beiden Abstandhalter 58 bei 58a entlang ihrer oberen und unteren Ränder mit dem mit 56a bezeichneten Oberträger und dem mit 566 bezeichneten Unterträger des Brückengliedes verschweißt. Die Abstandhalter 58 sind im Bereich der Schweißnähte 56e des Brückengliedes 56 abgeschrägt um zu diesen einen gewissen Abstand einzuhalten.

Die Seitenplatten 52 des Maschinenbettes 50 haben öffnungen 52a, durch die die Abstandhalter zugänglich sind. Die Abstandhalter 58 sind mit den Seitenplatten 52 entlang der Ränder der öffnungen 52a du-ch Kehlnähte 52b verschweißt Die übrigen Abstandhalter sind nicht mit den Seitenplatten 52 verschweißt, sichern aber das Brückenglied 56 gegen Querverschiebung und ermöglichen gleichzeitig eine vertikale Verschiebung des Brückengliedes 56, wenn dieses einer Biegebeanspruchung ausgesetzt ist Eine solche Biegeiast überträgt sich dann jedoch nicht auf das Maschinenbett 50.

Auf dem Brückenglied 55 ist in dessen Mitte ein StUtzblock 59 starr befestigt welcher durch eine öffnung in der Deckplatte 53 des Maschinenbettes

IO

iindurchragt, und zwar bis oberhalb der Gleitschienen

Auf den Gleitschienen 54 ist ein Antriebskopf 60 längsverschieblich gelagert Der Antriebskopf 60 weist ein drehbares Spannfutter 61 auf, in welches ein s Werkstück eingespannt werden kann. Das Werkstück kann dann um eine sich in Längsrichtung der Maschine erstreckende Achse 62 in Rotation versetzt werden. Der Antriebskupf trägt weiterhin einen Elektromotor 63, der das Spannfutter 61 über ein Getriebe 64 antreibt

Zur zum ersten Werkstück gleichachsigen Festlegung eines zweiten Werkstücks ist auf den Gleitschienen 54 eine selbstzentrierende Klemmvorrichtung 65 gelagert Die Klemmvorrichtung 65 ist so ausgebildet, daß sie das zweite Werkstück gegen Drehung sichert

Der Antriebskopf 60 kann durch einen hydraulischen Druckzylinder 66 entlang der Gleitschienen auf die Klemmvorrichtung 65 zu bewegt werden, um die beiden Werkstücke gegeneinander zu pressen. Die Anpreßkraft ist dabei durch entsprechende Beaufschlagung des Druckzylinders 66 wählbar.

Das durch die Klemmvorrichtung 65 gehaltene Werkstück wird so eingespannt, daß sich sein dem anderen Werkstück abgewandtes Ende am Stützblock 59 abstützt Letzterer dient also als Widerlager für die durch den Druckzylinder 66 aufgebrachte Druckkraft,

Der Druckzylinder 66 ist mit seinem Zylinderteil bei 67 gelenkig in einem gabelförmigen Widerlager 68 gelagert, das wiederum starr mit einem Ende des Brückengliedes 56 verbunden ist, das aus dem Maschinenbett 50 herausragt Der Kolben des Druckzylinders 66 ist bei 69 gelenkig mit dem Antriebskopf verbunden.

Das Brückenglied 56 nimmt die Biegebelastung auf, die von der Anpreßkraft zwischen den beiden Werkstücken herrührt Wenn der Druckzylinder beaufschlagt wird, um längs der Achse 62 die Anpreßkraft zwischen den Kontaktflächen der beiden Werkstücke aufzubringen, erfolgt der Kraftfluß von dem einen Werkstück über den Antriebskopf 60, den Druckzylinder 66, das gabelförmige Widerlager 68, das Brückenglied 56 und den Stützblock 59 zum anderen Werkstück. Über das gabelförmige Widerlager 68 und den Stützblock 59 wird das Brückenglied 56 dabei einer Biegebelastung unterworfen. Jedoch wirkt sich eine derartige Biegebelastung des Brückengliedes 56 nicht auf das Maschinenbett 50 aus, da das Ende des Brückengliedes 56 in vertikaler Richtung relativ zum Maschinenbett 50 frei beweglich ist. Die gelenkigen Verbindungen 67 und 69 erlauben eine vertikale Beweglichkeit des Brückengliedes 56 relativ zum Antriebskopf 60, so daß auch hier keine Biegebelastung auf das Maschinenbett 50 übertragen werden kann. Hinsichtlich der Übertragung von Biegemomenten ist das Brückenglied 56 also vom Maschinenbett 50 isoliert. Da das Brückenglied 56 unterhalb der Gleitführung des Maschinenbettes 50 und unterhalb der Achse 62 der Werkstücke angeordnet ist, behindert es nicht den Zugang zu dem Spannfutter 61 und der Klemmvorrichtung 65. Die Werkstücke können daher unbehindert eingespannt werden.

Da die Reibungsschweißmaschine zwei zueinander spiegelsymmetrische Hälften aufweist, können gleichzeitig zwei Schweißungen vorgenommen werden. Die auf den Stützblock 59 ausgeübten Kräfte heben sich dann zumindest teilweise auf. In diesem Fall braucht der Stützblock 59 nicht so stark auf dem Brückenglied 56 befestigt zu sein, wie es für die Aufnahme der Reaktionskraft bei einer einzelnen Schweißung erforderlich wäre. Bei gleichzeitiger Schweißung von zwei gleichen Werkstückpaaren kann der Stützblock 59 auch ganz weggelassen werden, so daß sich die in den Klemmvorrichtungen 65 eingespannten Werkstücke unmittelbar aneinander abstützen.

Die in Fig.2 als Doppelmaschine dargestellte Reibungsschweißmaschine mit je einem Antriebskopf 60 an jedem Ende und zwei Klemmvorrichtungen 65 in der Mitte kann selbstverständlich auch als Einzelmaschine mit nur einem Antriebskopf ausgeführt werden. In diesem Falle wäre anstelle eines Antriebskopfes 60 an einem Ende der Maschine eine einzelne Klemmvorrichtung ähnlich der Klemmvorrichtung 65 vorzusehen.

Bei der Doppelmaschine kann auch die Lage von Antriebsköpfen 60 und Klemmvorrichtungen 65 vertauscht werden. Die beiden Klemmvorrichtungen befinden sich dann an den Enden der Maschine, während in der Mitte ein oder zwei drehbare Spannfutter angeordnet sind, je nachdem, ob eine Reibungsschweißung mit einem zwischen zwei Werkstücken eingesetzten Zwischenstück erfolgen soll, oder ob zwei voneinander unabhängige Schweißungen durchgeführt werden sollen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

20 Patentansprüche;

1. Reibungsschweißmaschine mit mindestens zwei Werkstückhaltern, von denen mindestens einer auf einem Maschinenbett derart verschiebbar ist daß die in den Werkstückhaltern gehaltenen Werkstücke entlang einer Achse gegeneinander gepreßt werden, die die Berührungsflächen der beiden Werkstücke durchsetzt und mit Abstand zum Maschinenbett ic angeordnet ist wobei zwischen beiden Werkstückhaltern mindestens ein vom Maschinenbett gesondertes Stützglied angeordnet ist das das Maschinenbett von durch die Preßkraft verursachten Biegemomenten freihält dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (20, 21; 56, 68) an der den Werkstückhaltern (11,15; 61,65) abgewandten Seite des Maschinenbettes (17; 50) durch eine Öffnung im Maschinenbett (17; 50) hindurchgeführt ist in der dem Stützglied (20, 21; 56, 68) ein der bei Beanspruchung zu erwartenden Biegung in Ausbiegungsrichtung entsprechender Spielraum belassen ist während in dazu senkrechter Richtung das Stützglied (20,21; 56,68) und das Maschinenbett (17; 50) derart miteinander in Berührung stehen, daß eine Relatiwerschiebung zwischen beiden Teilen in dieser Richtung verhindert wird.

2. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Maschinenbett (50) zur Bildung der Öffnung für den Durchtritt des Stützgliedes (56) auf seiner Unterseite hohl ausgebildet ist