DE2103666A1 - - Google Patents
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Description
κ**° " 5 Köln 80, den 20. Jan. 1971 κ ** ° "5 Cologne 80, Jan. 20, 1971
Unser Zeichen: D 74/12 - AP Cn/BuOur reference: D 74/12 - AP Cn / Bu
Verfahren zum festen Verbinden 2103666 von metallenen KörpernMethod for firmly connecting metal bodies 2103666
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum festen Verbinden von metallenen Körpern unter Anwendung des Reibschweißens, bei dem die Körper mit Flächen gegeneinander gedrückt und relativ zueinander in Drehung versetzt werden, wobei sich die Teile an den Flächen gegenweitig reiben und auf diese Weise die Schweißwärme erzeugen. The invention relates to a method for firmly joining metal bodies using friction welding, in which the bodies with surfaces are pressed against one another and rotated relative to one another, with the parts becoming attached Rub the surfaces against each other and in this way generate the welding heat.
Es hat eich gezeigt, daß das Reibschweißen als Fügeverfahren · für.Stumpfnähte sowohl fertigungstechnisch als auch schweißtechnisch gegenüber den bisher bei einer Reihe von Kraftfahrzeugteilen benutzten Verbindungstechniken wesentliche Vorteile bietet. Als man damit begann, (Teile durch Reibschweißen miteinander zu verbinden, hat sich das Reibschweißen, sehr schnell bis zur Praxisreife entwickelt.It has been shown that friction welding as a joining process for butt welds offers significant advantages both in terms of production engineering and in terms of welding technology compared to the joining techniques previously used in a number of motor vehicle parts. When one began to connect parts with one another by friction welding, friction welding developed very quickly to the point of practical use.
Das Reibschweißen hat bisher fast ausnahmslos dort Anwendung gefunden, wo es gilt Rotationskörper, oder wenigstens einen Rotationskörper mit eine* eine beliebige Form aufweisenden Kör per miteinander zu verbinden* Bs wurde dabei jedoch inner nur «In Schweißvorgang vollsogen» Friction welding has so far been used almost without exception where it is necessary to connect a body of revolution , or at least a body of revolution with a body of any shape, to one another.
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schweißen eine nooh. größere Bedeutung erlangen kann, wenn man dort, wo es möglich ist, gleichzeitig zwei Außenkörper mit einem zwischen diesen angeordneten Mittelkörper verbindet, indee die beiden Außenkörper gegen den Mittelkörper gedrückt und entweder der Mittelkörper und/oder die Außenkörper in Drehbewegung versetzt werden. Besonders einfach ist das erfindungsgeraäfle Verfahren, wenn der Mittelkörper ein rotati'onsfönniger Körper ist.weld a nooh. can be of greater importance if one wherever possible, two outer bodies with one at the same time connects between these arranged central body, indee the two outer bodies pressed against the central body and either the central body and / or the outer body are set in rotary motion. The inventive method is particularly simple, when the central body is a rotational body.
In Anwendung auf Kurbelwellen für Hubkolbenbrennkraftnaschinen kann das neue Verfahren mit großes Vorteil verwendet werden, wenn der Rotationskörper entweder ein Wellen- oder ein Kurbelzapfen ist, an den jeweils zwei Wangen der Kurbelwelle angeschweißt werden.When applied to crankshafts for reciprocating internal combustion engines, the new method can be used with great advantage, if the rotating body is either a shaft pin or a crank pin, welded to the two cheeks of the crankshaft will.
Für die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt eich vielfach der Vorteil, daß die Kräfte, alt denen die Außenkörper gegen den Mittelkörper gedrückt werden, eich gegenseitig la etwa aufheben. For the device for carrying out the method according to the invention, there is often the advantage that the forces which the outer bodies are pressed against the central body can approximately cancel each other out.
Wie die Erfahrung bei» Reibschweißen gelehrt hat, ist es nicht swingend notwendig, die »u verbindenden Teile in besug auf die Flächen, «it denen sie gegeneinander gedrückt werden, einer Vor bearbeitung BU unterziehen. Eb ist jedoch dealt verbunden, daß insbesondere bei» Beginn des Schweiß Vorganges die Reibungever·» hlltnieee von FallBi Fall unterschiedlich sind. Om dieebasüglich As experience with »Friction welding has shown, it is not necessary to swing the» connecting parts, especially on the surfaces «with which they are pressed against one another, to a preliminary processing BU. It is, however, closely connected with the fact that, particularly at the beginning of the welding process, the friction levels are different from the case in the case. Om the basic
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das Verfahren weiter zu vereinfachen und zu fördern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß bei Anwendung des Reibschweißens, zu Beginn desselben eine kurzzeitige Vorwärmung durch elektrische Induktionswärme stattfindet. Hierdurch läßt sich der gesamte Schweißvorgang insbesondere bei seiner Einleitung, besser beherrschen und auch im Ganzen besteht die Möglichkeit, daß der Schweißvorgang sich in kürzerer Zeit vollzieht.To further simplify and promote the method, it is proposed according to the invention that when using friction welding, at the beginning of the same a brief preheating takes place by electrical induction heat. This lets the entire welding process, especially when it is initiated, better mastered and also as a whole there is the possibility of that the welding process takes place in a shorter time.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens w hat zweckmäßig eine Aufnahme für den Mittelkörper und beidseitig davon, jeweils eine Aufnahme mit Vorschub für die beiden Außenkörper. Die Aufnahme für den Mittelkörper soll nach einem Gedanken der Erfindung durch einen auf einer Bank feststehenden Ständer gebildet werden, während die Aufnahmen für die Außenkörper seitlich des Ständers in Führungen der Bank beweglich und mit einem mechanischen Abtrieb für den Vorschub ausgerüstet sind. Der Mittelkörper ist im Ständer gelagert und kann über ein Friktionsgetriebe angetrieben werden. Dies hat besondere Vorteile äL im Hinblick auf die Herausnahme der zusammengeschweißten Körper aus der Schweißvorrichtung. Die Aufnahme für die Außenkörper können auf einfache Weise mit einem Antrieb versehen werden, so, wie er zum Antrieb von Planscheiben oder Klemmfuttern bei Drehbänken üblich ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, gleichzeitig sowohl den Mittelkörper als auch die beiden Außenkörper zu drehen, wodurch derThe device for carrying out the method w according to the invention expediently has a receptacle for the central body and, on both sides thereof, a receptacle with feed for the two outer bodies. According to one concept of the invention, the receptacle for the central body is to be formed by a stand fixed on a bench, while the receptacles for the outer bodies are movable in guides of the bench on the side of the stand and are equipped with a mechanical output for the advance. The central body is mounted in the stand and can be driven via a friction gear. This has particular advantages with regard to the removal of the welded body from the welding device. The receptacle for the outer body can easily be provided with a drive, as is customary for driving face plates or clamping chucks on lathes. The inventive device, it is advantageously possible to simultaneously rotate both the central body and the two outer bodies, whereby the
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Schweißvorgang erheblich beschleunigt wird.Welding process is accelerated considerably.
In der Zeichnung sind zwei Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise dargestellt.In the drawing are two devices for performing the Method according to the invention shown for example.
Die Abb. 1 zeigt einen Mittelkörper und zwei Außenkörper, die gemäß dem Verfahren nach der neuen Erfindung miteinander verschweißt werden sollen.Fig. 1 shows a central body and two outer bodies, which according to the method of the new invention with each other are to be welded.
Die Abb. 2 zeigt von der Seite gesehen, soweit es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist, schematisch eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die in der Abb. 1 dargestellten Körper miteinander verschweißt werden können.Fig. 2 shows, seen from the side, as far as it is necessary to explain the invention, schematically a Device with the help of which the bodies shown in Fig. 1 can be welded together.
Die Abb. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III - III in Abb.2.Fig. 3 shows a section along the line III - III in Fig.2.
Die Abb. 4 zeigt einen Teilschnitt nach der Linie IV - IV in Abb. 2.Fig. 4 shows a partial section along the line IV - IV in Fig. 2.
Die Abb. 5 zeigt die Vorrichtung gemäß Abb. 2 mit einigen Abänderungen.Fig. 5 shows the device according to Fig. 2 with some Amendments.
Die Abb. 6 zeigt einen Schnitt nach der Linie VI - VI in Abb. 5.Fig. 6 shows a section along the line VI - VI in Fig. 5.
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In der Abb. 1 bezeichnet 1 den Lager« oder Kurbelzapfen einer Kurbelwelle für Kolbenmaschinen, beispielsweise Brennkraftmaschinen. Die mit dem Zapfen 1 zu verbindenden Wangen sind mit 2 und 3 bezeichnet. Nachfolgend wird der Zapfen 1 als Mittelkörper bezeichnet. In bezug auf den Mittelkörper 1 sind die Wangen 2 und 3 sinngemäß Außenkörper, die gleichzeitig mit dem Mittelkörper 1 durch Reibschweißen verbunden werden, indem die beiden Außenkörper 2 und 3 gegen den Mittelkörper 1 gedrückt und entweder der Mittelkörper 1 und/oder die Außenkörper 2 und 3 * in Drehbewegung versetzt werden. Die in die Abb. 1 eingezeichneten Pfeile 4 und 5 deuten den Pail an, daß sowohl der Mittelkörper 1 als auch die Außenkörper 2 und 3 in Drehbewegung versetzt werden. Die Drehbewegung des Mittelkörpers 1 ist dabei der Drehbewegung der beiden Außenkörper 2 und 3 entgegengesetzt. Es ist auch möglich, daß nur der Mittelkörper 1 bzw. nur die Außenkörper 2 und 3 in Drehbewegung versetzt werden. Bei einer Drehung aller Körper besteht natürlich der Vorteil, daß sich der S SchweißVorgang schneller vollzieht wegen der höheren Relativ- äÄ geschwindigkeit der zu verbindenden Körper zueinander. Der Schweißvorgang kann weiter beschleunigt werden, wenn die Körper einer kurzzeitigen elektrischen Induktionswärme bei Beginn dee Reibschweißvorganges ausgesetzt werden. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß der Mittelkörper ein Rotationskörper ist. Der Mittelkörper kann eine beliebige Form haben.In Fig. 1, 1 denotes the bearing or crank pin of a crankshaft for piston engines, for example internal combustion engines. The cheeks to be connected to the pin 1 are denoted by 2 and 3. The pin 1 is referred to below as the central body. With respect to the central body 1, the cheeks 2 and 3 are analogously outer bodies, which are simultaneously connected to the central body 1 by friction welding by pressing the two outer bodies 2 and 3 against the central body 1 and either the central body 1 and / or the outer bodies 2 and 3 * can be set in rotary motion. The arrows 4 and 5 shown in Fig. 1 indicate the Pail that both the central body 1 and the outer bodies 2 and 3 are set in rotary motion. The rotational movement of the central body 1 is opposite to the rotational movement of the two outer bodies 2 and 3. It is also possible that only the central body 1 or only the outer bodies 2 and 3 are set in rotary motion. In one rotation of all the body of course there is the advantage that the S welding process is taking place faster rate because of the higher relative äÄ of each other bodies to be joined. The welding process can be accelerated further if the bodies are exposed to brief electrical induction heat at the start of the friction welding process. The invention is not restricted to the central body being a body of revolution. The central body can have any shape.
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Die Abbildungen 2 bis_4 zeigen eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen des Mittelkörpers 1 mit den Außenkörpern 2 und 3. Die Vorrichtung hat in bezug auf ihre Längserstreckung etwa in ihrer Mitte eine Aufnahme 6 für den Mittelkörper 1 und beidseitig davon jeweils eine Aufnahme 7 bzw. 8 mit Vorschub für die beiden Außenkörper 2 und 3. Die Aufnahme 6 für den Mittelkörper 1 ist feststehend auf einer Bank 9 angeordnet. Die Aufnahmen 7 und 8 für die Außenkörper 2 und 3 sind seitlich der Aufnahme 6 in Führungen 10 der Bank 9 längsbeweglich angeordnet und mit einem mechanischen Antrieb dafür versehen. Der Antrieb besteht aus einer in der Bank 9 gelagerten und in Drehbewegung versetzten Spindel 11, die von den Aufnahmen 7 und 8 mit einer denen eigenen Muttern 12 umfaßt wird. Die Spindel 11 hat im Bereich der Aufnahme. 7 Linksgewinde und ie Bereich der Aufnahme Rechtsgewinde oder umgekehrt. Die Spindel 11 und eine der Muttern 12 sind in der Abb. 4 dargestellt.Figures 2 to 4 show a device for welding together of the central body 1 with the outer bodies 2 and 3. The device has approximately in relation to its longitudinal extent in its center a receptacle 6 for the central body 1 and on both sides of it a receptacle 7 or 8 with feed for the two outer bodies 2 and 3. The receptacle 6 for the central body 1 is fixedly arranged on a bench 9. The recordings 7 and 8 for the outer body 2 and 3 are on the side The receptacle 6 is arranged in guides 10 of the bench 9 so that it can move longitudinally and is provided with a mechanical drive for this purpose. The drive consists of a mounted in the bank 9 and set in rotary motion spindle 11, which of the recordings 7 and 8 with a which own nuts 12 is included. The spindle 11 has in the recording area. 7 left-hand thread and ie area of the receptacle Right-hand thread or vice versa. The spindle 11 and one of the nuts 12 are shown in FIG.
Die Aufnahmen 7 und 8 für die Außenkörper 2 und 3 sind in ihrem Inneren mit einem Antrieb für die Drehbewegung der AuSenkörper und 3 ausgerüstet. Dieser Antrieb wirkt auf eine Planscheibe oder auf ein Klemmfutter, wie sie bei Drehbänken üblich sind. Bei der dargestellten Vorrichtung sind Planscheiben vorgesehen, auf welchen die Außenkörper 2 und 3 fest gespannt sind. Die Planscheibe der Aufnahme 7 ist mit 13 bezeichnet, 14 ist dieThe receptacles 7 and 8 for the outer bodies 2 and 3 are inside with a drive for the rotary movement of the outer bodies and 3 equipped. This drive acts on a face plate or on a clamping chuck, as is common on lathes. In the device shown, face plates are provided on which the outer bodies 2 and 3 are firmly clamped. the Face plate of the receptacle 7 is denoted by 13, 14 is the
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Planscheibe der Aufnahme 8. Die Planscheiben 15 und H sind mit Spannbacken 15 zum Festspannen der Außenkörper 2 und 3 versehen.Face plate of the receptacle 8. The face plates 15 and H are with clamping jaws 15 for clamping the outer bodies 2 and 3 Mistake.
Die Aufnahme 6 hat einen senkrechten Teil und zwei waagerechte Teile. Der untere waagerechte Teil 16 enthält eine Nut entsprechend der Führung 10 der Bank 9· Im unteren waagerechten Teil 16 sitzen ewei Stifte 17, die bie in die Bank 9 hineinra- M gen und auf diese Weise die Aufnahme 6 gegen Längsverschiebung sichern. Der obere waagerechte Teil der Aufnahme 6 ist mit 18 bezeichnet.The receptacle 6 has a vertical part and two horizontal parts. The lower horizontal part 16 includes a groove corresponding to the guide 10 of the bank 9 · In the lower horizontal member 16 sit ewei pins 17, called the bie hineinra- in the bank 9 M and get in this way the receptacle 6 against longitudinal displacement. The upper horizontal part of the receptacle 6 is designated by 18.
In den unteren waagerechten Teil 16 der Aufnahme 6 ist ein Lager 19 zur Lagerung des Mittelkörpers 1 eingesetzt. Dementsprechend let in den oberen waagerechten Teil 18 ein Gegenlager 20 eingesetzt, welches jedoch auf und ab verstellbar ist. Die Auf- und Abwärtsbewegung des Gegenlagere 20 erfolgt pneumatisch. Zu diesem Zweck ist am Gegenlager 20 ein Kolben 21 befestigt, der in einen auf dem oberen waagerechten Teil 18 der Aufnahme angeordneten pneumatischen Zylinder 22 geführt ist. Der pneumatische Zylinder 22 ist in den Abbildungen 2 und 3 nur zue Teil dargestellt, weil seine spezielle Ausführung nicht erfindungswesentlich let. Anstelle eines pneumatischen Zylinders könnte natürlich auch ein hydraulisch wirkender Zylinder vorgesehenIn the lower horizontal part 16 of the receptacle 6 is a bearing 19 used to support the central body 1. Accordingly, a counter bearing 20 is inserted into the upper horizontal part 18, but which is adjustable up and down. The up and downward movement of the counter bearing 20 takes place pneumatically. For this purpose, a piston 21 is attached to the counter bearing 20, which is guided into a pneumatic cylinder 22 arranged on the upper horizontal part 18 of the receptacle. The pneumatic cylinder 22 is only part of the figures 2 and 3 shown because its special design is not essential to the invention. Instead of a pneumatic cylinder could Of course, a hydraulically acting cylinder is also provided
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werden. Zum Einlegen des Mittelkörpers 1 wird das Gegenlager angehoben. Nach dem Einlegen des Mittelkörpers 1 wird das Gegenlager 20 gesenkt und damit der Mittelkörper 1 festgespannt. Der SchwelSvorgang kann beginnen, wenn die in den Aufnahmen 7 und 8 eingespannten Außenkörper 2 und 3 in Drehbewegung versetzt werden und mit Hilfe des Spindelantriebes der Aufnahmen und 8 gegen den Mittelkörper 1 angepreßt werden.will. To insert the central body 1, the counter bearing raised. After inserting the center body 1, the counter bearing 20 lowered and thus the central body 1 clamped. The smoldering process can begin when the 7 and 8 clamped outer bodies 2 and 3 are set in rotary motion and with the aid of the spindle drive of the receptacles and 8 are pressed against the central body 1.
Der SchweißVorgang wird erheblich beschleunigt, wenn der Mittelkörper 1 in einer zu der Drehrichtung der Außenkörper 2 und 3 entgegengesetzt gerichteten Drehbewegung versetzt wird (siehe die Abb. 5 und 6). In diesen Abbildungen sind die Teile, die mit Teilen der Abbildungen 1 und 2 übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Zu diesem Zweck sind im Lager 19 zwei Priktioneräder vorgesehen, auf denen der Mittelkörper 1 aufliegt. Die Friktionsantriebsräder 23 werden durch ein gemeinsames Ead 24, welches sich ebenfalle im Lager 19 befindet, angetrieben. Im Gegenlager 20 sind entsprechend den Friktionsrädern 23 Gegenräder 25 vorgesehen, die nicht angetrieben werden.The welding process is considerably accelerated if the central body 1 is displaced in a rotational movement opposite to the direction of rotation of the outer bodies 2 and 3 (see Figs. 5 and 6). I n these figures, the parts that correspond to parts of Figures 1 and 2 are given the same reference numerals. For this purpose, two Priktioner wheels are provided in the bearing 19, on which the central body 1 rests. The friction drive wheels 23 are driven by a common Ead 24, which is also located in the bearing 19. In the counter bearing 20, counter wheels 25, which are not driven, are provided corresponding to the friction wheels 23.
Der Antrieb des Rades 24 erfolgt von einem Elektrogetriebemotor 26 aus, der am senkrechten Tail der Aufnahme 6 befestigt ist und über einen Kettentrieb 27»The wheel 24 is driven by an electric geared motor 26 which is attached to the vertical tail of the receptacle 6 is and via a chain drive 27 »
Bei des dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Mittelkörper 1 ein rotationsförmiger Körper von gleichbleibendemIn the illustrated embodiment, in which the central body 1 a rotational body of constant
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Durchmesser ist und die beiden Außenkörper die gleiche Wärmekapazität haben,besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, daß sich die Kräfte, mit denen die Außenkörper 2 und 3 gegen den Mittelkörper 1 angedrückt werden, gegenseitig in etwa aufheben.Diameter and the two outer body have the same heat capacity, is advantageously W e ise the possibility that the forces with which the outer body are pressed against the central body 1, 2 and 3 cancel each other approximately.
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