DE2023215B2

DE2023215B2 - Rotationsreibschweissmaschine

Info

Publication number: DE2023215B2
Application number: DE19702023215
Authority: DE
Inventors: Kuroyanagi Rikuo Kariya Takagi Nobuo (Japan) B23k 35 26
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1973-03-15
Also published as: GB1310237A; DE2023215A1; JPS4928338B1; US3712528A; DE2023215C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Rotationsreibschweißmaschine, bei der auf einer Antriebswelle eine v-rste Einspannvorrichtung und auf einer bei Reibungskontakt der u verschweißenden Teile hierdurch mitlaufenden Velle, die in einem zur Ausübung des Schwei" .nckes axial verschiebbaren Gehäuse drehbar gelagert und deren Rotationswiderstand einstellbar ist, eine der ersten Einspannvorrichtung koaxial gegenüberliegende zweite Einspannvorrichtung vorgesehen ist.

Bei bekannten Reibschweißmaschinen dieser Art ist die der mitlaufenden Welle zur Verfügung stehende Rotationsmasse durch den Durchmesser und die Materialeigenschaften der mitlaufenden Welle, der Einspannvorrichtung, der durch die Reibschweißung zu verbindenden Werkstücke sowie durch die zum Einstellen des Rotationswiderstandes verwendeten zusätzlichen Massen bestimmt, um an der Kontaktfläche der beiden zu verschweißenden Werkstücke die erforderliche Wärmeenergie zu erzeugen (»Industrie-Inzeiger«, 89. Jahrgang, 3. Februar

1967, S. 169 bis 177, [I]). Bei den bekannten Reibschweißmaschinen treten folgende Schwierigkeiten auf:

1. Die Rotationsmasse kann nur durch Anbringen und Abnehmen zusätzlicher Masse verändert werden, und wenn die Rotationsmasse genau eingestellt werden soll, muß sie in sehr kleine Stacke unterteilt werden;

2. (*<s Anbringen und Abnehmen der zusätzlichen Aotationsmasse bereitet oft Schwierigkeiten und ist ziemlich nv'hsam;

3. die Rotationsmasse kann währeud des Reibschweißprozesses der beiden Werkstücke unter Erzeugung von thermischer Energie durch Reiben nicht verändert werden.

Außerdem ist für gewisse Arten von Werkstücken die Anwendung einer konstanten Rotationsmasse während des gesan.ten Reibschw^Lprozesses nicht immer die optimale Art des Schweißers. Falls beide Werkstücke aus Kupfer sind, ist es beispielsweise wünschenswert, die relative Rotationsgeschwindigkeit der beiden Werkstücke durch Verringern der Rotationsmasse möglichst schnell zu Null zu machen, wenn die Temperatur der Kontaktfläche einen bestimmten Wert erreicht hat. Andererseits sollte, falls die Oberflächen der beiden durch Schweißung zu verbindenden Werkstücke nicht senkrecht zur Rotationswelle verlaufen, die Rotationsmasse vorzugsweise verstellt werden, um Fehlern der Reibschwcißung zufolge ungenügender Stauchung der Werkstücke an der Schweißstelle vorzubeugen.

Ist das Trägheitsmoment des angetriebenen Systems sehr groß, dann ist es erforderlich, eine Bremsvorrichtung mit einem starken Bremsvermögen vorzusehen, um die Rotation des angetriebenen Systems unverzüglich zu stoppen, wenn der Reibschweißprozess bei Synchronisation der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle mit der der mitlaufenden Welle, welche ein großes Trägheitsmoment besitzt, vollendet ist (vgl. die oben genannte Literatur). Es ist deshalb eine dauerhaftere und stärkere Konstruktion der Reibschweißvorrichtung erforderlich, als wenn nur der normale Fall berücksichtigt werden müßte. Auf Grund der Anforderungen an die Reibschweißvorrichtung ist eine aufwendige und komplizierte Konstruktion erforderlich.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 224 590 ist eii:e Rotationsreibschweißvorrichtung bekanntgeworden, bei der zur Erzielung einer günstigen Energieumsetzung die für den Schweißprozeß erforderliche Energie nicht mehr unmittelbar aus einem Antriebsmotor entnommen wird, sondern aus einem Energiespeicher. Die Schwungmasse des Energiespeichers und damit die für den Schweißprozeß bereitgestellte Energie ist durch Anbringen mehrerer Scheiben auf d^r Antriebsachse stufenweise einstellbar. Obwohl bei dieser Rotationsreibschweißvorrichtung der Schweißprozeß der Form, der Größe und der Art der jeweils zu verschweißenden Teile stufenweise anpaßbar ist, kann auch hier die the rmische Energie während des Schweißprozesses nicht verändert werden. Außerdem sind für eine genaue Einstellung der zu speichernden Energie Scheiben in sehr feiner Unterteilung erforderlich, und es ist ziemlich mühsam, die Schwungmasse zu verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotationsreibschweißmaschine der einleiten«!

genannten Art eine entsprechend den Eigenschaften, Eine weitere Zweigleitung 31 der Steuerleitung 26 Durchmessern und der Oberflächenbeschaffenheit ist mit einem dritten Überdruckventil 30 verbunden, der zu verschweißenden Materialien geeignete durch um die obere Grenze des Steueröldruckes vorzu-Reibung erzeugte thermische Energie zuzuführen, die schreiben, mit dem die Steuerleitung 26 belastet ist. leicht und kontinuierlich während des Reibschweiß- 5 Die Überdruckventile 25, 30 sowie das Umschaltvenprozesses gemäß einem vorgegebenen Programm til 27 sind ebenfalls mit dem gemeinsamen Öltank 24 ohne körperliche Anstrengung einstellbar und regel- verbunden. Die Ansaugseite einer Steuerpumpe P, 32 bar ist. ist mit dem gemeinsamen öltank 24 durch eine Lei-

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen von tung 33, ihre Austrittsseite über einen Durchflußreg-

der mitlaufenden Welle zur kontinuierlichen Einstell- ic ler 36 mit einem Vierwegumschaltventil 37 verbun-

barkeit ihres Rotationswiderstandes angetriebenen den. Das Vierwegumschaltventil 37 wird zeitlich

Energiewandler, dessen abgegebene Energie mittels durch die Umschaltglieder 38 betätigt, um die Fluß-

eines Regelkreises steuerbar ist. richtung des Öls zu wechseln. Zwischen Steuerpumpe

Bei der mit F i g. 3 von (1) dargestellten Reib- 32 und Durchflußregler 36 zweigt eine Leitung 46 zu

schweißmaschine ist die mitlaufende Welle zwar mit 15 einem vierten Überdruckventil 47 ab.

einem zweiten Motor verbunden, doch dient dieser Ein Öldruckzylinder 39 mit beidseitig beaufschlag-

zum schnellen Abbremsen der verschweißten Teile tem Kolben 40 bild', zwei Kammern 41 a, 41 />. an

und ist weder als Energiewand'er zur Regelung des die die von dem Vierwegumschaltventil ausgehenden

Rotationswiderstandes vorgesehen noch mit einem Ölleitungen 42 und 43 angeschlossen sind. Die Bewe-

hierauf abgestellten Regelkreis ausgerüstet. 20 gung der Kolbenstange 44 betätigt eine Einstellfedi. ■

Als Energiewandler dient vorzugsweise eine Flüs- 45 des zweiten Überdruckventils 25, mittels welcher sigkeitspumpe und als Regelkreis deren hydraul.- für den Reibschweißprozeß im vorhinein abhängig se'-er Kreis. Durch die Pumpe kann auf einfache vom Zustand der zu schweißenden Werkstücke ein Weise die für eine wirksame Durchführung der Reib- vorgeschriebener Öldruck des zweiten Überdruckschweißung gewünschte und geeignete Wärmeenergie 25 ventils 25 einstellbar ist. Das Vierwegumschaltventil erzielt werden, indem der Druckwiderstand am Aus- 37 schaltet erneut um und kehrt in den geschlossenen laß der Pumpe mittels Ventileinrichtungen kontinu- Zustand zurück,
ierlich regelbar und aufhebbar ist. Die Arbeitsweise des Regelkreises ist wie folgt:

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel Die bei Reibungskontakt der zu verschweißenden

an Hand der Fi^Uic:i näher erläutert. Es zeigt 30 Teile einsetzende Rotation der mitlaufenden Welle

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine erfin- 16 betätigt die Pumpe 50, P, die über die Hauptleidungsgemäße Reibschweißmaschine tung 22 öl aus dem gemeinsamen Tank 24 in die

Fig. 2 in schematischer Darstellung das Verbin- Steuerleitungen 26, 28 und 31 fördert. Hierdurch

dungsschema der bevorzugt verwendeten Pumpe und wird an der Pumpe 21 ein l.astmoment in Form d~s Regelkreises. 35 eines Druckwiderstandes erzeugt, das propoitional

In F i g. 1 ist auf dem Fundament 1 ein Antriebs- zum Druck des in die Hauptleitung 22 geförderten

motor 2 nvt Welle 3 zum Antreiben der Antriebs- Öls den Rotationswiderstand der mitlaufenden Welle

welle 5 mittels Riementrieb 4, 6. 7 montiert. Ein 16 einstellt. Somit kann die an der Schweißstelle er-

Kupplungsteil 9 und ein Bremsteil 10 übertragen zeugte thermische Energie frei und leicht durch Steu- oder bremsen die Rotation der Antriebswelle ab. 40 em des Auslaßdruckes der Pumpe 50, P, d. h. durch

Beide Teile sind im ortsfesten Gehäuse 8 eingebaut, Steuern des erwähnten Lastmomentes geregelt wer-

in dem die Antriebswelle 5 drehbar gelagert ist. den.

Die Antriebswelle 5 trägt eine erste Einspannvor- Wenn bei dem Reibschweißprozeß der Steuerölrichtung 11 für ein erstes Werkstück 12, das mit druck der Steuerleitung 26, der den Druckwiderstand einem koaxial eingespannten zweiten Werkstück 18 45 am Auslaß der Pumpe regelt, den vorgeschriebenen zu verschweißen ist. Auf einer Führungsschiene 13 Druck der Einstellfeder 45 überschreitet, wird das ist axial verschiebbar ein Schlitten 14 für die mitlau- zweite Überdruckventil 25 automatisch und gleichfende Welle 16 mit der zweiten Einspannvorrich'ung zeitig durch die Einstellfeder 45 betätigt. Das in der 17 angebracht. Der Schlitten 14 ist mit einer Kolben- Steuerleitung 26 enthaltene Öl wird in den gemeinsastange 15 eines nicht dargestellten Vorschubzylinders 50 men öltank 24 entleert, so daß der Öldruck der Steuverbunden. Durch ein Bremsteil 19, das sich im erleitung 26 abnimmt. Als Folge hiervon wird das erSchlitten 14 befindet, läßt sich auf die angetriebene ste Überdruckventil 23, das durch den Öldruck der Welle 16 zeitlich eine Bremswirkung ausüben. Im Steuerleitung 26 gesteuert wird, automatisch betätigt, Zusammenhang hiermit ist an der mitlaufenden so daß der Druckwiderstand am Auslaß der Pumpe Welle 16 ein Energiewandler 50 in Gestalt einer 55 50 und folglich der Rotationswiderstand der mitlau-Flüssigkeitspumpe P angebracht. fenden Welle 16 verringert wud.

Ein Schneidwerkzeug 20 dient in üblicher Weise Der Druckwiderstand am Auslaß der Pumpe kann

dem Entfernen des entstehenden Schweißgrates. durch gesteuertes Einleiten von öl aus dem gemein-

Die Pumpe 50, P ist durch eine Hauptleitung 22 samen öltank 24 in die Zylinderkammer 41 α des Ölüber ein erstes gesteuertes Überdruckventil 23 wahl- 60 druckzylinders 39, wodurch die Kolbenstange 44 beweise mit einem gemeinsamen Öltank 24 verbunden tätigt und die Einstellfeder 45 des dritten Überdruck- und über eine Steuerleitung 26 an ein zweites Über- ventils 25 eingestellt wird, im Verlauf des Schweißdruckventil 25 angeschlossen. Eine Zweigleitung 28 prozesses kontinuierlich geregelt werden, in gleicher der Steuerleitung 26 ist mit einem durch ein Um- Weise läßt sich der Druckwiderstand am Pumpenschaltglied 29 zeitlich betätigtes Umschaltventil 27 65 auslaß durch Beaufschlagung der Kammer 41 b ververbunden, durch das ein Abfall des Öldruckes in mindern. Das heißt, die an der zu verschweißenden der Steuerleitung 26 bis auf Null bewirkt werden Kontaktfläche erzeugte thermische Reibungsenergie kann. ist kontinuierlich regelbar.

Wenn im Endstadium des Wärmeerzeugungsprozesses an der Schweißfläche ein rasches Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit der mitlaufenden Welle 16 erforderlich ist, um entweder die Länge aller geschweißten Werkstücke gleichmäßig zu machen oder die Festigkeit des geschweißten Teils zu verbessern, kann der Rotationswiderstand der Welle 16 praktisch auf Null gebracht werden. Hierzu wird das Umschaltventil 27 durch das Umschaltglied 29 zeitweise betätigt, wodurch das in der Zweigleitung 28 enthaltene Öl in den gemeinsamen Öltank 24 abgelassen und der Öldruck der Steuerleitung 26 auf Null gebracht wird. Hierdurch wird das erste Überdruckventil 23 automatisch umgeschaltet und gleichzeitig der Rotationswiderstand der mitlaufenden Welle beseitigt. Das dritte Überdruckventil 30 dient dazu, die obere Grenze des Öldruckes vorzugeben, durch den die Steuerleitung 26 belastet ist. Wenn der durch die Einstellfeder 45 vorgegebene Druck die vorgeschriebene obere Grenze des Öldruckes überschreitet, wird automatisch das dritte Überdruckventil 30 betätigt, um den Druck der Steuerleitung 26 bis unter den vorgegebenen Druck zu steuern.

Es versteht sich von selbst, daß an Stelle der Pumpe ein elektrischer Generator oder ein Luftgebläse als Energiewandler benutzt werden kann wenngleich die beschriebene Pumpenanordnung erfindungsgemäß bevorzugt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentrmsp rüche:

1. Rotationsreibschweißmaschine, bei der auf einer Antriebswelle eine erste Einspannvorrichtung und auf einer bei Reibungskontakt der zu verschweißenden Teile hierdurch mitlaufenden Welle, die in einem zur Ausübung des Schweißdruckes axial verschiebbaren Gehäuse drehbar gelagert und deren Rotationswiderstand einstellbar ist, eine der ersten Einspannvorrichtung koaxial gegenüberliegende zweite Einspannvorrichtung vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen «on der mitlaufenden Welle (16) zur kontinuierlichen Einstellbarkeit ihres Rotationswiderstandes angetriebenen Energiewandler (50), des-.m abgegebene Energie mittels eines Regelkreises (22 bis 47) steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiewandler (50) eine Flüssigkeitspumpe (P) und als Regelkreis deren hydraulischer Kreis ^22 bis 47; dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß de. hydraulische Kreis Ventileinrichtungen (25) zur kontinuierlichen Regelbarkeit des Druckwiderstandes am Auslaß der Pumpe (P) und solche (27, 23) zur Aufhebung dieses Druckwiderstandes enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß uie Ventileinrichtungen ein oder mehrere in der AuslaUeitung (22, 26) der Pumpe (P) angeordnete, auf einen vorgegebenen Druck einstellbare Überdruckventile (25) enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Überdruckventile jeweils eine Druckzylindereinrichtung (39) mit Kolbenstange (44) und Einstellfeder (45) und zu deren Betätigung mit geregelter Geschwindigkeit ein Durchflußregler (36) vorgesehen sind.