DE2056003C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Reibungsschweißen - Google Patents

Description

ao Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke durch Reibungsschweißen, bei dem ein Erwärmen der Werkstückteile an einer gemeinsamen Berührungsfläche bis zum plastischen Zustand durch gegenseitige Reibung an dicker Bc-

rührungsfläche erfolgt, indem eines der Werkstückteile an einem drehbaren, mit in der Masse vorwählbarer Schwungmasse verbundenen Werkstückhalter angeordnet wird, der, in einer ersten Zeitspanne mittels eines kuppelbaren motorischen Kraftantriebes

und in einer zweiten Zeitspanne mittels der in Drehung versetzten Schwungmasse angetrieben wird, während das /weite Werkstück gegen Drehung festgehalten wird, wobei die Werkstückteile in der zweiten Zeitspanne an der Berührungsfläche aneinander-

gedrückt werden. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer für ein solches Verfahren geeigneten Vorrichtung.

Es ist bekannt, das Reibungsschweißen durch direkten Antrieb zum Drehen des einen Werkstückteiles in reibender Berührung mit dem anderen Werkstückteil durchzulühren, um die gewünschte Reibungsaufheizung zu erreichen, wobei die Antriebsvorrichtung abgeschaltet wird, wenn der angestrebte plastische Zustand des Materials erreicht ist. Dabei

wird dann die relative Drehbewegung entweder plötzlich abgebremst oder unter Wirkung des natürlichen Widerstandes auslaufen gelassen, der entsteht, wenn die Berührungsfläche wegen des Abschaltens der zugeführten Energie abkühlt (DVS-Berichte

»Reibungsschweißen von Metallen«, S. 23, deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1967).

Weiterhin ist beim Reibungsschweißen die Verwendung einer Rotationsschwungmasse bekannt, die in einer ersten Zeitspanne auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit durch einen motorischen Kraftantrieb beschleunigt wird, und die in der Schwungmasse gespeicherte Energie dient dazu, in einer zweiten Zeitspanne eines der Werkstückteile zu drehen, um die gewünschte Erwärmung zu erreichen, wobei der mo-

torische Antrieb der Schwungmasse am Ende der ersten Zeitspanne abgeschaltet wird, ehe der Reibungsschluß der Werkstückteile beginnt, so daß die gesamte Energie für den Schweißvorgang in der zweiten Zeitspanne von der in der Schwungmasse gespeicherten. in ihrem Betrag bekannten Energie geliefert wird (deutsches Patent 1 224 590 und deutsche Auslegeschrift 1 286 885).

Gleichfalls ist es bekannt, durch Steuern der Dreh-

geschwindigkeit über die Zeit, während des gesamten Schweißvorganges, besondere Eigenschaften, die durch die zu verschweißenden Materialien bedingt sind, zu erreichen (DVS-Berichte »,Reibungsschweißen von Metallen«, S. 3, Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1967).

Jedes der erwähnten Verfahren weist verschiedene Nachteile auf. Für das erste Verfahren mit kontinuierlichem Antrieb wird ein relativ großer Antriebsmotor benötigt, und es bedingt sowohl eine vergleichsweise länge Schweißzykluszeit als auch Energicanforderungen, die nicht genau wiederholbar sind. Bei dem zweiten Verfahren mit dem Schwungmassenantrieb in einer zweiten Zeitspanne ist zwar eine kürzere Zeitdauer des Schweißzyklus zu erreichen, jedoch variiert der Arbeitsbedarf weitgehend in Abhängigkeit von dem Anfangszustand der Werkstücke, und die Endabmessungen hinsichtlich der Länge eines durch Verschweißen zweier Werkstückteile hergestellten Bauteiles variieren mn den ursprünglichen Längentoleranzen der einzelnen Werkstückteile. Weiterhin kann bei dem zwei'en Verfahren die kurze Schweißzykluszeit und die damit verbundene starke Erwärmung zu einer wärmegeschädigten Zone de* fertigen Bauteiles führen, durch die eine anschließende Wärmebehandlung notwendig ist, und außerdem kann eine große Schwungenergie erforderlich sein, um eine Verschweißung über den gesamten Querschnitt der Berührungsflächen zu gewährleisten. Bei dem dritten Verfahren kann wiederum die Genauigkeit und der Ausgangszustand der Werkstückteile die Reproduzierbarkeit hinsichtlich der Qualität beeinflussen, und die Längentoleranzen dei Endabmessungen hängen wiederum von den Anfangstoleranzen ab.

Aufgabe der Erfindung ist es, zur Verfahrens- und vorrichtungsmäßigen Fortentwicklung des Reibungsschweißens die Möglichkeit zu schaffen, trol/ zwangläufig unterschiedlicher Ausgangsbedingungen für den Schweißvorgang reproduzierbare Verhältnisse zu ermöglichen und gleichbleibende Qualitäten des Erzeugnisses sicherzustellen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Ausgestaltung des Reibungsschweißens mittels Schwungmassen vor.

Im einzelnen schlägt die Erfindung vor, das eingangs genannte Verfahren derart durchzuführen, daß die Werkstückteile bereits während der ersten Zeitspanne an der Berührungsfläche gegeneinandergedrückt werden und die erste Zeitspanne durch Abkuppeln des motorischen Kraftantriebes beendet wird, sobald der Gleichgewichtszustand an der Berührungsfläche zwischen der entstehenden Reibungswärme und den Wärmeverlusten sowie ein vorbestimmter Abstand der Werkstückhalter erreicht ist, und daß das Erreichen des Gleichgewichtszustandes als Kriterium für die Beendigung der ersten Zeitspanne überwacht und zur selbsttätigen Steuerung erfaßt wird.

Vorzugsweise wird derartig verfahren, daß der Gleichgewichtszustand dadurch überwacht und erfaßt wird, daß die Vorschubgeschwindigkeit oder uie lineare Beschleunigung des einen Werkstückteiles in Richtung des anderen Werkstückteiles gemessen wird und daß die motorische Antriebskraft abgekuppelt wi^rd, wenn die Vorschubgeschwindigkeit konstant oder die Beschleunigung Null ist.

Zur vorrichtungsmäßigen Lösung der erfindungscemiißen Aufeabe wird ausaeeaneen von einer Vorrichtung zum Verbinden zweier Werkstückteile durch Reibungsschweißen an einer gemeinsamen Berührungsfläche, an der das Erwärmen der Werkstückteile bis zum plastischen Zustand durch Reibungs-Schluß der Werkstückteile unter Druck erzeugt wird, mit einem drehbaren Werkstückhalter für das eine Werkstückteil, Einrichtungen zum gegenseitigen Bewegen der Werkstückhalter in Längsrichtung unter Druck, einem mit dem drehbaren Werkstückhalter

ίο kupelbaren, motorischen Kraftantrieb, einer mit dem drehbaren Werkstückhalter gemeinsam drehbaren, in ihrer Masse mittels abnehmbarer Einzelteile vorwählbaren Schwungmasse, einem gegen Drehung festgehaltenen Werkstückhalter für das zweite Werk-

stückteil sowie mit Einrichtungen zum Auskuppeln des motorischen Kraftantriebes zu einem bestimmten Zeitpunkt, um den drehbaren Werkstückhalter durch die in der Schwungmasse gespeicherte Energie ohne Unterstützung des Kraftantriebes zu drehen. Diese

ao Vorrichtung wird derart ausgestaltet, daß die Einrichtungen zum Auskuppeln des motorischen Kraftantriebes einen Signalerzeuger, welcher auf das Erreichen eines Gleichgewichtszustandes zwischen der entstehenden Reibungswärme an der Berührungs-

a5 fläche der Werkstückteile und den Wärmeverlusten anspricht, sowie einen auf einen bestimmten Abstand der Werkstückhalter ansprechenden Endschalter aufweisi.

Vorzugsweise schließt der Signalerzeuger ein Meßgerät für die Linearbeschleunigung oder für die Vorschubgeschwindigkeit des beweglichen Werkstückhalters ein.

Der motorische Kraftantrieb kann ein hydrostatisches System mit Hydraulikpumpe, Hydraulikmotor und Steuervorrichtungen sein. Hiermit läßt sich eine vorbestimmte relative Drehgeschwindigkeit zwischen den Werkstücken ermöglichen, während das eine Werkstück von dem Kraftantrieb angetrieben und gleich?e.iig das Speichern eines bestimmten Energie-

4= betrages in der Schwungmasse vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die vorbestimmten Endabmessungen des Werkstükkes sicherzustellen und trotzdem die sich berührenden Flächen der Werkstückteile während der ersten Zeitspanne der relativen Drehbewegung in einen solchen vorbestimmten Zustand zu bringen, daß die zur Vervollständigung der Verbindung notwendige Energie, welche in der Schwungmasse gespeichert ist, unabhängig von dem Anfangszustand der Werkstückteile einschließlich ihrer Ausgangslänge ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Wärmen schon in der ersten Zeitspanne und ohne Verwendung der gespeicherten Energie durchgeführt und derart gestaltet wird, daß durch Wahl der Dreh-

geschwindigkeit und des Axialdruckes eine Gleichgewichtstemperatur an den Berührungsflächen erzeugt wird, kann die Zeitspanne der Erwärmung im Gleichgewichtszustand in Abhängigkeit von den zu verbindenden Teilen unabhängig von Differenzen der Ausgangslängen variiert werden, ohne die Zeitspanne der eigentlichen Verschweißungsphase zu beeinflussen; es ist also die endgültige Längenabmessung eines durch das Schweißverfahren hergestellten Bauteiles unabhängig von durch Toleranzen der anfängliehen Längen oder der vorbereiteten Zustände der Berührungsflächen bedingten Abweichungen, da zu eroße Längen der Werkstücke abgebrannt bzw. durch Fließpressen ausgeglichen werden, ehe die

Verschweißungsphase beginnt. Weilerhin beginnt diese Verschweißungsphasc, die einen genau bestimmten und wicderholbaren Betrag gespeicherter Energie verwendet, jeweils erst dann, wenn sich die Teile in einem wiederholbaren optimalen Zustand befinden. Hinzu kommt, daß der Ausgleich der Längentolcranzen durch Abbrennen oder Fließpressen erfolgen kann, ohne daß die metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffes ungünstig beeinflußt werden.

Da der Zustand der Berührungsflächen der Werkstücke zu Beginn der Verschweißung genau wicderholbar ist, kann dieser Zustand für die Qualitätsüberwachung der Verschweißung verwendet werden, wobei nicht nur das Erreichen des Gleichgewichtszustandes, sondern gleichzeitig die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit des axial beweglichen Werkstückes während des Gleichgewichtszustandes angezeigt wird. Sollte diese Geschwindigkeit außerhalb eines bestimmten Wertebereiches liegen, kann ohne weiteres ein Signal erzeugt werden, welches anzeigen würde, daß die Qualität der Schweißung zweifelhaft ist. Derartige signalerzeugende Vorrichtungen sind an sich bekannt und werden nicht genauer hier beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsformen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibungsschweißmaschine teilweise im Schnitt,

F i g. 2 und 3 eine Seitenansicht weiterer Ausführungsformen, ebenfalls teilweise im Schnitt.

Fig.4 bis 6 graphische Darstellungen typischer Kurven von Rotationswellengeschwindigkeiten und axialer Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes über der Zeit.

In der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform weist die Maschine einen hohlen Sockel 12 auf. auf dem ein Gehäuse 13 angeordnet ist, welches einen verschiebbaren, einen drehbaren Werkstückhalter 15 tragenden Reitstock 14 umschließt. Gleichfalls auf dem Sockel 12 ist ein einen festen Werkstückhalter 17 tragender Reitstock 16 angeordnet. Die Werkstückhalter 15 und 17 sind derart angeordnet, daß sie zwei Werkstücke 18 und 19 in koaxialer Beziehung zueinander halten können.

Der Reitstock 14 ist gleitbar auf dem Sockel 12 durch zugehörige Führungsvorrichtungen 21, 22 für Bewegungen zu und von dem Reitstock 16 geführt, wobei hydraulische Druckzylinder 23 den Reitstock

14 bewegen. Die Zylinder 23 sind bei 24 an dem Rahmen 12 verankert, die Kolbenstangen 25 sind mit dem Reitstock 14 verbunden. Der Werkstückhalter

15 ist auf einer Welle 26 angeordnet, die drehbar in dem Reitstock 14 gelagert ist und die an ihrem von dem Werkstückhalter 15 entfernten Ende eine Schwungmasse 27 trägt, die ständig mit der Wille 26 gedreht wird. Wie veranschaulicht, besteht die Schwungmasse 27 aus einer Vielzahl von Scheiben 28. die an einem mit der Welle 26 fest verbundenen Flansch 29 angeklemmt sind. Eine koaxial zur Welle 26 liegende feste Welle 31 ist in dem Gehäuse 13 angeordnet, auf der weitere Scheiben 28 verschiebbar angeordnet sind, so daß durch Verschieben der Scheiben 28 von einer Welle 31 auf die andere Welle 26 die gewünschte Anzahl v.in Scheiben 28 auf der Welle 26 montiert und festgeklemmt werden können.

je nach der,gewünschten Größe der Schwungmasse 27, wobei nicht benötigte Scheiben 28 auf der festen Welle 3! in Reserve gehalten werden.

Bei der Ausführung nach F i g. 1 dient zum Antrieb der Welle 26 ein hydrostatischer Antrieb, der aus einer von einem elektrischen Motor 33 angetriebenen Flüssigkeitspumpe 32 im Sockel 12 der Maschine und einem Flüssigkeitsdruckmotor 34 am Reitstock 14 besteht, der mit der Pumpe 32 über biegsame Leitungen 35 verbunden ist, wobei die Antriebswelle des Motors 34 über Antriebsvorrichtungen 36 mit der Welle 26 verbunden ist. Die Drehgeschwindigkeit der Moiorwelle kann in* einem weiten Bereich variiert werden. Der Motor 34 kann ohne Antrieb durch Flüssigkeit von der Pumpe 32 im Leerlauf drehen, damit die Schwungmasse 27 durch ihre gespeicherte kinetische Energie gedreht werden kann, um diese Energie auf die Werkstücke zu übertragen.

Zur Überwachung und Steuerung des Gleichgewichtszustandes zwischen entstehender Reibungswärme und Wärmeabfuhr dient ein Signalerzeuger 38, der ein Signal abgibt, wenn sich der Reitstock 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit vorwärts bewegt oder dessen Beschleunigung Null wird. Er ist zur gemeinsamen Bewegung an dem Reitstock 16 angeordnet. Das Signal wird durch das Schließen eines elektrischen Schalters erzeugt. Hierzu weist der Signalerzeuger 38 ein Fühlerglied 39 auf, welches mit einem einstellbaren Anschlag 41 am Reitstock 14 zusammenwirkt, wobei der Anschlag 41 im Eingriff mit dem Fühlerglied 39 im wesentlichen zur gleichen Zeit kommt, wie die Werkstücke 18 und 19 sich anfänglich berühren, wobei dann anschließend die folgende Bewegung des Fühlergliedcs 39 den Signalerzeuger 38 steuert.

Das Abbrennen oder Fließpressen der Werkstücke 18, 19 an ihrer gemeinsamen Berührungsfläche auf vorbestimmte Länge wird durch Erreichen eines vorbestimmten Abstandes der Werkstückhalter 15, 17 gegeben; hierzu ist auf dem Reitstock 14 ein Endschalter 42 angeordnet, der mit einem einstellbaren Anschlag 43 auf dem Reitstock 16 zusammenwirkt, wobei der Anschlag 43 eine Mikrometereinstellung aufweist, und derart ausgebildet ist, daß er den Endschalter 42 berührt und betätigt, wenn der Reitstock 14 eine vorbestimmte Lage in bezug auf den Reitstock 16 erreicht.

Der Signalerzeuger 38 und der Endschalter 4:

sind in Reihe in einem Stromkreis geschaltet, desse Schließen die automatische Vorrichtung betätigt welche den motorischen Antrieb des drehbare Werkstückhalters 15 abkuppelt.

Bei den in den Fig.2 und 3 veranschaulichte Reibschweißmaschinen ist unterschiedlich zu Fig. der feststehende Reitstock 16 in vom Sockel 12 ge| tragenen Gehäuse 13 untergebracht. Der verschie liehe Reitstock 14 gleitet auf Führungsbolzen 49. di| sich zwischen dem Gehäuse 13 und einer steifen A stüi/ung 51 erstrecken. Der verschiebliche Reitstoc| 14 ist in Richtung des feststehenden Reitstockes 1 durch in Zylindern 23, die an der Abstützung Sl a geordnet sind, auf durch Kolbenstangen 25 getrage Kolben wirkende Druckflüssigkeit beweglich, weld mit dem Reitstock 14 verbunden sind. Die Zylind< 52 sind durch ein (nicht dargestelltes) Gehäuse ei geschlossen. Der Elektromotor 33 ist ohne Hydra liksvMem über einen Riementrieb 59 mit einer Ku

lung 62 verbunden. Nach F i g. 2 besteht diese Kupplung aus dem zusammen mit der Riemenscheibe auf der Schwungmassenwelle 31 sitzenden Antriebsteil 61 und dem auf der Welle 26 des drehbaren Werkstückhalters 15 sitzenden Abtriebsteil 63. Nach F i g. 3 stellt die Kupplung die Verbindung zwischen Motorwelle und auf ihr sitzender Riemenscheibe her. Im übrigen entspricht die Einrichtung der Reibschweißmaschine derjenigen nach Fig. 1, einschließlich des Signalerzeugers 38 bis 41 und des (nicht dargestellten) Endschalters 42, 43.

Die Arbeitsweise ist folgendermaßen: Die Werkslücke 18 und 19 sind in den Werkstückhaltern 15 bzw. 17 an ihren Enden in festgelegten Lagen in Längsrichtung gehalten. Der elektrische Motor 33 wird durch manuelle Steuerung in Betrieb gesetzt, um die Welle 26, den Werkstückhalter 15 und die Schwungmasse 27 zu drehen; das Werkstück 18 wird bis zur gewählten Geschwindigkeit und gleichzeitig durch denselben Antrieb das Schwungrad 27 auf dieselbe Geschwindigkeit beschleunigt. Druckflüssigkeit wird außerdem in die Zylinder 23 gespeist, um den Reitstock 14 vorzuschieben und somit die Werkstücke 18, 19 in Berührung zueinander zu bringen und den Anschlag 41 in Berührung mit dem Fühlerglicd 39 des Signalcrzeugers 38 zu bringen. Der im Zylinder 23 wirkende Druck wird voreingestellt, um jeden gewünschten Druck an der Berührungsfläche zwischen den Werkstücken 18,19 zu gewährleisten.

Der maximale Energiebedarf beim Reibungsschweißvorgang, der durch Kraftzufuhr gedeckt werden muß, tritt auf, wenn die Teile im kalten Zustand in Berührung zueinander kommen, d. h. während des anfänglichen Aufheirens, und. da die Schwungmasse 27 sowohl mit dem Antriebsmotor 33 als auch mit dem sich drehenden Werkstück 18 verbunden ist, die durch die Schwungmasse 27 aufgenommene kinetische Energie dient, wie bei der normalen Anwendung von Schwungrädern, der Dämpfung und Stabilisierung des Antriebes. Wenn die Werkstücke 18, 19 durch die Reibung zwischen ihnen auf den plastischen Zustand erwärmt wurden und den Gleichgewichtszustand erreicht haben, ist die Energie aufgenommen, und folglich ist die Drehgeschwindigkeit und der Zustand an den Berührungsflächen stabilisiert, und die Schwungmasse 27 wird sich frei zusammen mit dem Werkstück 18 drehen, welches nur durch den Motor 33 getrieben wird. Dieser Gleichgewichtszustand kann so lange wie gewünscht aufrechterhalten werden, wobei der durch den Signalerzeuger 38 betätigte elektrische Schalter geschlossen ist, wenn dieser Zustand erreicht wird und geschlossen bleibt.

Dieser Gleichgewichtszustand wird nun aufrechterhalten, bis ein ausreichendes Abbrennen bzw. Preßfließen der Werkstücke 18, 19 stattgefunden hat. d.h. bis der einstellbare Anschlag 43 den Endschalter 42 berührt und schließt, wobei das Schließen des Stromkreises durch den Signalerzeuger 38 und den Endschalter den motorischen Kraftantrieb abkuppelt. Hierzu wird bei der Maschiene nach F i g. 1 ein Ventil betätigt, welches die Kraftzufuhr zu dem Motor 34 in einen Neutralzustand schaltet, in welchem der Motor 34 im Freilauf läuft und nicht durch Druckflüssigkeit von der Pumpe 32 getrieben wird. Bei der Machine nach den F i g. 2 und 3 hingegen wird das Abkuppeln des motorischen Kraftantriebs durch Abschalten der Stromquelle des elektrischen Motors 33 bewirkt. Die noch drehenden Teile des Motors, die Schwungmasse· 27, die Weih. 26, der Werkstückhalter 15 und das Werkstück 18 setzen so ihre Drehbewegung wegen der in diesen Teilen gespeicherten kinetischen Energie fort, bis die gespeicherte kinetische Energie verzehrt ist.

Da der Zustand der Werkstücke 18, 19 und der Betrag gespeicherter kinetischer Energie in dem Moment, in dem der motorische Kraftantrieb abgeschaltet wird, genau wiederholbar für j^de Art gegebener Werkstücken ist, folgt daraus, daß die Bildung einer Verbindung zwischen den Werkstücken unter optimalen Bedingungen stattfinden kann und Schweißungen sowohl bezüglich ihrer Qualität als auch ihrer Genauigkeit wiederholbar sind.

Der Betrag der Schwungmasse 27 kann, wie zuvor beschrieben, geändert werden, um den gewünschten Bedingungen für jeden besonderen Schweißvorgang angepaßt werden zu können, einschließlich dem ao Grad plastischer Verformung des Materials nach dem Aufheizen und vor endgültiger Herstellung der Schweißverbindung.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Zyklus eines Schweißvorganges soll as mit den F i g. 4 bis ft in vereinfachter Diagrammform veranschaulicht werden, indem die Drehgeschwindigkeit des drehbaren Werkstückes und die Axialgeschwindigkeit des axial bewegbaren Werkstückes über der Zykluszeit aufgetragen werden, wobei F i g. 4 den grundsätzlichen Zyklus und die F i g. 5 und 6 Variationen davon veranschaulichen. In diesen Figuren ist der Zeitpunkt, an dem der Gleichgewichtszustand der Werkstücke erreicht wird, mit PE bezeichnet und der »kritische Punkt«, an dem die crste Zeitspanne beendet und der motorische Kraftantrieb des sich drehenden Werkstückes abgeschaltet wird, mit PI bezeichnet. Die Zeitspanne zwischen den Punkten PE und PI, während derer der Gleichgewichtszustand aufrechterhalten wird, ist mit SE bezeichnet. Die zweite Zeitspanne, in der mittels der in Drehung versetzten Schwungmasse angetrieben wird, beginnt beim Punkt Pl; ab hier läuft das Verschweißen der Werkstücke ab.

In F i g. 4 ist die Drehgeschwindigkeit, während der Zeit, während der der Kraftantrieb arbeitet, im wesentlichen konstant gehalten, wobei die Geschwindigkeit nur durch den anfänglich aufgebrachten Berührungsdruck und durch Ungenauigkeit bei der Vorbereitung der Berührungsflächen der Werkstücke beeinflußt wird. Die Axialgeschwindigkeit hängt gleichermaßen von dem Zustand der Berührungsflächen während des Aufheizens des Materials an den Berührungsflächen ab; sie tendiert ganz allgemein dazu, bis zu dem Punkt PE anzusteigen, an dem der Gleichgewichtszustand erreicht wird. Nachdem det , Punkt Pf überschritten wurde, bleibt die Axialgeschwindigkeit konstant, bis am Punkt PI der Endschalter anspricht und der motorische Kraftantriet aufhört. Da das sich drehende Werkstück nun ledig Hch durch die in der Schwungmasse und den sich mi ihr drehenden Teilen gespeicherten Energie angetrie ben wird, nimmt die Drehgeschwindigkeit bis au Null während einer Zeitspanne ab. in der die plasti sehe Bearbeitung des Materials stattfindet und dii Axialgeschwindigkeit wegen der plastischen VeraT beitung zunimmt. Die Axialgcschwindigkeit erreich ihr Maximum an oder ungefähr an dem Punkt, a dem die relative Drehbewegung der Werkstücke cn

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det und auf Null abfällt. Die hier unwesentliche Form der Kurven jenseits dieses Punktes hängt von einer großen Anzahl von Variablen ab.

Die Zeitspanne SE wird, wie bereits beschrieben, variiert, um nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes einen gewissen Grad des Abbrennens bzw. des Fließpressens zu ermöglichen, um die Werkstücke auf die vorgewählte Länge zu bringen. Das Ausmaß, in welchem im heißen plastischen Zustand gearbeitet wird, kann zudem durch Variation der Schwungmassen gesteuert werden, z.B. durch Ändern der Anzahl von Scheiben, die in die Masse, wie zuvor beschrieben, aufgenommen werden.

Beim Schweißen mancher Metalle ist es von Vorteil, den Grad der Wärmeentwicklung zu variieren, und die Wirkung der Anwendung von Vergrößerung oder Verkleinerung der Geschwindigkeit während des Teiles der ersten Zeitspanne, in der das sich drehende Werkstück duich den motorischen Kraftantrieb angelrieben und auf den Gleichgewichtszustand aufgeheizt wird, ist in den F i g. 5 und 6 veranschaulicht, wobei die Wirkung beim Vergleich mit F i g. 4 verdeutlicht wird. Der Beginn mit hoher Rotationsgeschwindigkeit bewirkt eine schnellere Wärmeentwicklung bei größerer Relativgeschwindigkeit der

ίο Werkstücke und einer schmaleren, von der Hitze beeinflußten Zone in den Werkstücken (F i g. 5), während der Beginn mit langsamer Rotationsgeschwindigkeit niedrigere Temperaturen bei geringerer Relativgeschwindigkeit und einer breiteren, von der Hitze beeinflußten Zone bei gleichem Axialdruck bewirkt (F ig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden zweier Werkstückteile durch Reibungsschweißen, bei dem ein Erwärmen der Werkstückteile an einer gemeinsamen Berührungsfläche bis zum plastischen Zustand durch gegenseitige Reibung an dieser Berührungsfläche erfolgt, indem eines der Werkstückteile an einem drehbaren, mit in der Masse vorwählbarer Schwungmasse verbundenen Werkstückhalter angeordnet wird, der in einer ersten Zeitspanne mittels eines kuppelbaren, motorischen Kraftantriebes und in einer zweiten Zeitspanne mittels der in Drehung versetzten Schwungmasse angetrieben wird, während das zweite Werkstückteil gegen Drehung festgehalten wird, wobei die Werkstückteile in der zweiten Zeitspanne an der Berührungsfläche aneinandergedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückteile bereits während der ersten Zeitspanne an der Berührungsfläche gegeneinandereedrückt werden und die erste Zeitspanne durch Abkuppeln des motorischen Kraftantriebes beendet wird, sobald der Gleichgewichtszustand an der Berührungsfläche zwischen der entstehenden Reibungswärme und den Warmeverlusten sowie ein vorbestimmter Abstand der Werkstückhalter erreicht ist, und daß das Erreichen des Gleichgewichtszustandes als Kriterium für die Beendigung «Jer ersten Zeitspanne überwacht und zur selbstatieen Steuerung erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichgewichtszustand dadurch überwacht und erfaßt wird, daß die Vorschubgeschwindigkeit oder die lineare Beschleunigung des einen Werkstückteiles in Richtung des anderen Werkstückteiles gemessen wird, und daß die motorische Antriebskraft abgekuppelt wird, wenn die Vorschubgeschwindiekeit konstant oder die Beschleunigung Null ist.

3. Vorrichtung zum Verbinden zweier Werkstückteile durch Reibungsschweißen an einer gemeinsamen Berührungsfläche, an der das Erwärmen der Werkstückteile bis zum plastischen Zustand durch Reibungsschluß der Werkstückteile unter Druck erzeugt wird, mit einem drehbaren Werkstückhalter für das eine Werkstückteil. Einrichtungen zum Gegeneinanderbewegen der Werkstückhalter in Längsrichtung unter Druck, einem mit dem drehbaren Werkstückhalter kuppelbaren, motorischen Kraftantrieb, einer mit dem drehbaren Werkstückhalter gemeinsam drehbaren, in ihrer Masse mittels abnehmbarer Einzelteile vorwählbaren Schwungmasse, einem gegen Drehung festgehaltenen Werkstückhalter für das zweite Werkstückteil sowie mit Einrichtungen zum Auskuppeln des motorischen Kraftantriebes zu einem bestimmten Zeitpunkt, um den drehbaren Werkstückhalter durch die in der Schwungmasse gespeicherte Energie ohne Unterstützung des Kraftantriebes zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Auskuppeln des motorischen Kraftantriebes (32. 33. 34. 36.58,59) ein Signalerzeuger (38). welcher auf das Erreichen eines Gleichgewicht¹·.'»Standes /wischen der entstehenden Reibungswärme an der Berührungsfläche der Werkstückteile (18,19) und den Wärmeverlusten anspricht, sowie einen auf einen bestimmten Abstand der Werkstückhalter (17,18) ansprechenden Endschalter (42) aufweisen. -,JJ I_

4 Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalerzeuger (38) ein Meßgerät für die Linearbeschleunigung oder fur die Vorschubgeschwindigkeit des beweglichen Werkstückhalters (17) einschließt.

5 Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der motorische Kraftantrieb (32,33, 34, 36, 58,59) ein hydrostatisches System mit Hydraulikpumpe (32), Hydraulikmotor (34) und Steuervorrichtungen ist.