DE2118596A1

DE2118596A1 - Friktions-Schweißgerät

Info

Publication number: DE2118596A1
Application number: DE19712118596
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Walter; Jenkinson Brian Edward; Inverness Watson (Großbritannien)
Original assignee: AI Welders Ltd
Current assignee: AI Welders Ltd
Priority date: 1970-04-17
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1971-10-28
Also published as: US3735910A; GB1299745A

Description

Patentanwalt

Karl A. Br öse

B-8023 Mönchen - Pullach
WiWOTSfr.2.T.Mii».793O570,7931782

vln/au München-Pullach, 15. April 1971

A. I. WELDERS LIMITED, 98 Academy Street, Inverness, Schottland, Großbritannien

Friktions-Schweißgerät.

Die Erfindung betrifft ein Friktione-Schweißgerät.

Das Friktionsschweißen besteht darin, die Flächen zweier miteinander zu verschweißender Werkstücke unter Druck aufeinander zu reiben, wodurch das Material der Werkstücke an diesen Flächen bis zu einem plastischen Zustand erwärmt wird, dann wird der ausgeübte Druck aufrechterhalten und die Werkstücke werden gegeneinander gedrückt, nachdem die relative Bewegung zum Erzeugen der Reibwirkung aufgehört hat, um dadurch ein Verschmieden zu bewirken und die Bindung zwischen diesen Werkstücken herzustellen.

Die axiale Kraft, die aufgebracht wird, um die Flächen aneinander zudrücken, kann während des ganzen Schweißvorganges konstant sein, oder sie kann variiert werden, so daß entweder der Druck während des Erwärmabschnittes des Vorganges konstant bMbt und dann zum Vorsehen der endgültigen Bindung geändert wird, oder der Druck während eines anfänglichen Aufheizvorganges auf einem Wert gehalten wird, während einer mittleren Stufe dann geändert wird und zum Erzielen der endgültigen Bindung erneut geändert wird.

1098U/1268

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, um damit die endgültige Bindung mit einem erhöhten Druck zu formen.

Bei den bisher bekannten Friktions-Schweißprozessen wurde die axiale Kraft gewöhnlich durch direktes Aufbringen eines Flüssigkeitsdruckes oder eines Luftdruckes vorgesehen und diese Kraft war daher durch die Eigenschaften der Flüssigkeit oder des Luftdrucksystems, welches verwendet wurde, begrenzt. Wenn ein höherer axialer Druck bzw. Kraft zum Erzeugen der vorausgehend beschriebenen Wirkung erforderlich wird und wenn ein Flüssigkeitsdrucks^stem verwendet wird, dann muß die Größe des den Druck erzeugenden Zylinders oder der Zylinder und die Größe der Pumpe oder Pumpen ausreichend sein, um den für den Schmiedevorgang erforderlichen axialen Druck vorzusehen, und wenn ein pneumatisches System verwendet wird, wobei komprimierte Luft von einem normalen Versorgungssystem mit einem

2 verwendet wird. Druck von 5.600 g/cm (80 p.s.i.;/ dann müssen die die axiale Kraft erzeugenden Zylinder sehr groß sein und zwar verglichen mit anderen Komponenten des Schweißgerätes.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Friktions-Schweißgerät zur Durchführung einer Friktionsschweißung mit einer Erwärmphase und einer Verschmiedephase, und dieses Gerät besteht aus einer ersten werkstückhaltenden Vorrichtung, einer zweiten werkstückhaltenden Vorrichtung und einer Einrichtung zum Vorwärtsbewegen einer der werkzeughaltenden Vorrichtungen zur anderen während der Erwärmphase des Schweißvorganges, um die in den werkstückhaltenden Vorrichtungen festgehaltenen Werkstücke miteinander in Berührung zu bringen, weiter ist eine Einrichtung zum Drehen einer der waits tue khal tend en Vorrichtungen während der Erwärmphase vorgesehen, ebenso eine Einrichtung,

109844/ 1266

die während des Verschmiedevorganges in Tätigkeit tritt, um den Vorschubmechanismus zu blockieren, weitere eins Einrichtung zum Speichern kinetischer Energie, die während der genannten Drehung erzeugt wird, und eine Einrichtung, die während des Verschmiedevorgarijgs in Tätigkeit tritt, um die gespeicherte kinetische Energie in eine axial wirkende Kraft zu konvertieren, wobei eine der werkstückhaltenden Vorrichtungen zur anderen gedrückt wird, so daß dadurch eine größere axiale Kraft zwischen, den Werkstücken erzeugt wird, als diejenige Kraft, die durch die Vorschubeinrichtung beim Vorwärtsbewegen der einen werkstückhaltenden Vorrichtung während der Erwärmphase vorgesehen wird.

Die Einrichtung zum Speichern der kinetischen Energie kann aus einer drehbaren Anordnung bestehen, und die Einrichtung zum Konvertieren der gespeicherten kinetischen Energie in den axialen Schub an aus zwei ineinander greifenden Schraubgewinde-Komponenten oder einem Nockenmechanismusbestehen.

Die Vorschubeinrichtung zum Bewegen der einen werkstückhaltenden Vorrichtung zur anderen während der Erwärmphase kann aus einem mechanischen Hebelsystem oder aus wenigstens einer vermittels Flüssigkeitsdruck betätigten Druckkolben-und-Zylindervorrichtung bestehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform des Friktions-Schweißgerätes nach der vorliegenden Erfindung;

109844/1266

Figur 2 eine Teilansicht einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Figur 1;

Figur 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Friktions-Schweißgerätes;

Figur 4 eine Teildarstellung in einem größeren

Maßstab als der der Figur 3, und zwar von einigen Komponenten, die in Figur 3 veranschaulicht sind; und

Figur 5 eine Seitenansicht im Schnitt einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Friktions-Schweißmaschine.

Friktions-Schweißgeräte sind bekannt, bei denen die Werkstücke zum Durchführen einer Verschweißung mit ihren Achsen vertikal ausgerichtet festgehalten sind, und es sind andere Friktions-Schweißgeräte bekannt, bei denen die Werkstücke zum Duehführen der Verschweißung mit ihren Achsen horizontal ausgerichtet sind. In jedem dieser Fälle wird ein Werkstück gedreht, während das andere stationär festgehalten wird, um eine Reibung zu erzeugen, so daß die sich berührenden Enden der Werkstücke erwärmt werden, und in einigen Geräten wird das sich drehende Werkstück, oder in anderen Geräten das sich nicht drehende Werkstück, in einem axial bewegbaren Support festgehalten, um dieses Werkstück relativ zum anderen bewegen zu können und es gegen dieses drücken zu können.

Die beschriebenen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung umfassen mehrere der zuvor erwähnten Anordnungen und es sei hervorgehoben, daß sich die Erfindung auch auf andere Anordnungen von Schweißgeräten, die nicht speziell

1 0 9 8 /₊ /*. / 1 ? fi 6

beschrieben wurden, beziehen kann.

Gemäß Figur 1 ist ein Friktions-Schweißgerät gezeigt, bei dem die Werkstücke für eine Verschweißung mit ihren Achsen horizontal ausgerichtet festgehalten sind, wobei ein Werkstück während der Erwärmphase des Schweißvorganges sowohl gedreht wird als auch zum anderen Werkstück hin bewegt wird, welches gegen eine axiale Bewegung und gegen eine Drehung festgehalten ist.

Das Gerät besteht aus einem starren Rahmen 10, an welchem ein geradlinig verschiebbarer Spindelstock 11 befestigt ist, an dem drehbar eine Welle 12 angeordnet ist und sich geradlinig mit dem Spindelstock bewegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß diese Welle vermittels eines Elektromotors 13 über ein Flüssigkeitsdruck-Transmissionssystem, bestehend aus einer Pumpe 14 und einem Motor 15, angetrieben wird, wobei Maßnahmen getroffen sind, das Getriebe auszukuppeln, so daß die Welle 12 sich frei drehen kann. Der durch Flüssigkeitsdruck getriebene Motor 15 ist mit Hilfe eines Riementriebes 16 und eines Schwungrades 17, welches an der Welle 12 montiert ist, angeschlossen und die Masse dieses Schwungrades 17 kann durch Hinzufügen oder durch Entfernen von Scheiben 18 variiert werden, wobei diese Scheiben auf einem festen Schaft 19 gespeichert werden können, wenn sie nicht gebraucht werden. Dieses Schwungrad dient zum Speichernder kinetischen Energie während der Drehung der Welle 12. Der Spindelstock 11 läßt sich mit Hilfe der Wirkung des Flüssigkeitsduckes in einem oder mehreren der Druckkolben-Zylindervorrichtungen 21, denen Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird und zwar von einer geeigneten Quelle aus, auf einer geradlinigen Bahn bewegen. Die genannte Quelle umfaßt eine Pumpe, die schematisch bei 22 angezeigt ist und diese Pumpe ist über ein Ventil 23 angeschlossen, welches die

1098U/1266

Enden des Zylinders oder der Zylinder der Druckkolben-Zylindervorrichtung oder -vorrichtungen 21 selektiv an die Pumpe 22 oder an einen Flüssigkeitsbehälter 24 anschliessen kann.

Das Ventil 23 kann irgendein herkömmliches Ventil sein, welches in der Lage ist, die Flüssigkeit in dem Zylinder oder den Zylindern der Druckkolben-Zylindervorrichtungen 21 einzuschließen, um den Spindelstock gegen seine geradlinige Bewegung zu blockieren. Weiter ist ein Freilaßventil vorgesehen, um Flüssigkeit aus der genannten Vorrichtung oder Vorrichtung« freizulassen, wenn ein übermässiger axialer Schub auftritt und zwar vermittels des Spindelstockes 41. Es kann aber auch eine mechanische Blockiervorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche in geeigneter Weise den Spindelstock gegan seine geradlinige Anregung festhält.

Ein Reitstock 25 ist fest an den starren Rahmen 10 angeordnet.

Eine erste werkstückhaltende Vorrichtung 26 ist fest an der Welle 12 angeordnet, um ein Werkstück WP^ für eine axiale Bewegung mit dem Spindelstock 11 zu haltern und kann sich mit der Welle 12 drehen. Eine zweite werkstückhaltende Vorrichtung 27 haltert in geeigneter Weise ein zweites Werkstück WPp, so daß dieses Werkstück sowohl gegen eine axiale Bewegung als auch gegen eine Drehbewegung festgehalten wird. Diese Vorrichtung ist an der Welle 28, die bei 29 mit einem Gewinde ausgestattet ist, befestigt und das genannte Gewinde kann in ein entsprechendes Gewinde in einer Nabe 30 des Reitstockes 25 eingedreht werden. Die Welle 28 ist mit einer Keilnut ausgestattet, um eine keilverzahnte Nabe 31 aufzunehmen, die eine Bremsscheibe 32 trägt, die mit einer Brems-Tastlehreanordnung 33 zusammenarbeitet, um die Welle 28 gegen eine Drehung im Reitstock 25 festzuhalten.

109844/1266

Beim Durchführen einer Friktionsschweißung mit dem in Figur 1 gezeigten Gerät werden die Werkstücke WP₁ und WP₂ jeweils in den werkstückhaltenden Vorrichtungen 26 und 27 befestigt, die Bremse 32, 33 wird angezogen, um die werkstückhaltende Vorrichtung 27 gegen Drehung festzuhalten, und die werkstückhaltende Vorrichtung 26 wird mit Hilfe des Elektromotors 13 gedreht, wobei sie zur werkstückhaltenden Vorrichtung 27 mit Hilfe der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes in der Druckkolben-Zylindervorrichtung oder -vorrichtungen 21 zur werkstückhaltenden Vorrichtung 27 bewegt wird. Die Vorwärtsbewegung der werkstückhaltenden Vorrichtung 26>Jbringt, die Werkstücke WP₁ und WP₂ miteinander in Berührung und aufgrund der Drehung des Werkstückes WP₁ werden die Werkstücke aneinander gerieben, wobei diese Reibung Hitze erzeugt, so daß das Metall an der Berührungsfläche der Werkstücke plastisch wird. Während dieses Reibkontaktes wird eine bestimmte Endbelastung auf die Werkstücke ausgeübt und zwar mit Hilfe der Druckkolben-Zylindervorrichtung oder -Vorrichtungen 21, wobei dies die maximale Last ist, die von diesen Vorrichtungen 21 ausgeübt werden muß.

An einer bestimmten Stelle des Schweißzyklus¹, die durch eine Uhr oder Taktgeber bestimmt werden kann, wobei diese Uhr in Betrieb gesetzt wird, wenn die Werkstücke in Berührung gelangen, oder diese Stelle durch die Annäherung des Spindelstockes bis auf einen bestimmten Abstand vom Reitstock bestimmt werden kann, wird die Bremse 32, 33, freigegeben, wodurch dem Werkstück WP₂ zusammen mit der werkstückhaltenden Vorrichtung 27 und der Welle 28 die Möglichkeit gegeben wird, sich zu drehen und zwar aufgrund der Reibwirkung zwischen den Werkstücken. Zum selben Zeitpunkt, bei dem die Bremse 32, 33 freigegeben wird, wird der Antrieb von der Welle 12 getrennt und der Spindelstock 11 wird in seiner geradlinigen Bewegung blockiert. Die Welle 12 fährt jedoch fort sich zu drehen und

1098U/12B6

zwar aufgrund der in dem Schwungrad 17 gespeicherten kinetischen Energie und in den übrigen sich drehenden Teilen gespeicherten kinetischen Energie, diese Teile werden jedoch allmählich langsamer und bleiben eventuell stehen, wenn die kinetische Energie verbraucht ist.

Die dem Werkstück WP₂ erteilte Drehung, nachdem die Bremse 32, 33 freigegeben wurde, wird auf die Welle 28 übertragen, wodurch der Gewindeabschnitt derselben in den Gewindeabschnitt der Nabe 30 gedreht wird und das Werkstück WPp zum Werkstück WP^ gedrückt wird und zwar mit einer sehr hohen Kraft, so daß diese Werkstücke miteinander verschmiedet werden.

Auf diese Weise wird die hohe axiale Kraft während der Verschmiedephase des Schweißvorganges mechanisch erzeugt und zwar unter Verwendung der während der Heizphase gespeicherten kinetischen Energie und daher braucht die flüssigkeitsdruckbetätigte Druckkolben-Zylindervorrichtung oder -vorrichT tungen keinen grösseren Schub oder Kraft erzeugen, als den Anforderungen während der Heizphase entspricht.

Bei der etwas abgewandelten Ausführungsform gemäß Figur 2, die sich auf das Schweißgerät nach Figur 1 anwenden läßt, ist ein Teil des Gerätes der Spindelstock 11 und ein Teil des Reistockes 25 gezeigt. Die werkstückhaltenden Vorrichtungen sind mit 26 und 27 bezeichnet und die Werkstücke mit WP₁ und WP₂. Die Welle 28, die die werkstückhaltende Vorrichtung 27 trägt, steht in Gewinde eingriff mit dem Reitstock bei 29. Die Scheibenbremse 32, 33 ist weggelassen und eine Bandbremse 34, die auf eine zylindrische Umfangsflache der werkstückhaltenden Vorrichtung 27 wirkt, ist vorgesehen, um dieses Werkstück gegen eine Drehung festzuhalten.

1 0 9 8 A A / 1 2 6 8

Die Betriebsweise dieser abgewandelten Ausführungsform entspricht vollständig der bereits beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 1.

Im folgenden soll nun auf die Ausführungsformen gemäß Figuren 3 und 4 eingegangen werden. Das Friktions-Schweißgerät nach Figur 3 ist von der Art, bei der die Werkstücke für einen Verschweißvorgang mit ihren Achsen vertikal ausgerichtet sind, wobei ein Werkstück während der Heizphase des Schweißvorganges gedreht wird, jedoch gegen eine axiale Bewegung festgehalten wird, und das andere Werkstück, welches gegen eine Drehung während der genannten Phase festgehalten wird, zum gedrehten Werkstück hin bewegt wird.

Gemäß Figur 3 besteht das Schweißgerät aus einem starren aufrechten Rahmen 36, an dessen eine Seite am oberen Ende des Rahmens ein fester Spindelstock 27 befestigt ist, der drehbar eine Welle 38 aufnimmt, die gegen eine axiale Bewegung festgehalten ist und über einen Riementrieb 39 angetrieben wird und zwar mit Hilfe eines Elektromotors 41, der am Rahmen 36 befestigt ist. Ein Gehäuse 42 erstreckt sich seitlich vom Rahmen 36 und zwar unterhalb des Spindelstockes. Führungsstäbe 43 sind an einem Ende des Spindelstockes 37 angebracht und am anderen jgnde am Gehäuse 42, so daß ein Support geschaffen wird, auf dem ein Reitstock 44 zu dem Spindelstock hin und von diesem weggleiten kann, wobei der Reitstock gegen eine Drehung durch die Führungsstäbe43 festgehalten ist.

Eine Bewegung des Reitstockes 44 zu dem Spindelstock 37 hin und von diesem weg wird durch einen Kurbelhebel 45 bewirkt, der auf einer Welle 46 des Gehäuses 42 drehbar angeordnet ist und durch eine Verbindungsstange 47 an den Reitstock 44 gekuppelt ist. Eine Winkelbewegung des Kurbelhebels wird vermittels einer flüssigkeitsdruckbetätigten Drehvorrichtung 48

109844/1266

- ίο -

bewirkt, bzw. durch einen umkehrbaren Elektromotor oder durch eine von Hand betätigte Einrichtung, wie einem äusseren Hebel, der direkt wirkt oder über eine Transmissionseinrichtung wirkt, so daß ein mechanischer Yaschub auf der Welle 46 vorgesehen wird.

Eine Scheibenbremse 49 ist vorgesehen, um den Spindelstock bzw. Spindelstockwelle 38 gegen eine Drehung festzuhalten und wie klar aus Figur 4 hervorgeht, ist eine werkstückhaltende Vorrichtung 51 drehbar auf der Welle 38 angeordnet, weiter sind angreifende Nockenflächen 52, 53 auf der Welle 38 vorgesehen, zusammen mit radialen Anschlagsflächen 54 und 55, die aneinander greifen, wenn die Welle 38 vermittels des Elektromotors 41 entsprechend der Drehrichtung während eines Schweißvorganges gedreht wird, um diese Drehung positiv auf die werkstückhaltende Vorrichtung 51 zu übertragen. Wenn die Anschlagsflächen 54 und 55 aneinander greifen, dann ist die Beziehung der Nockenflächen 52 und 53 so beschaffen, daß sich die werkstückhaltende Vorrichtung 51 in ihrer axialen Lage in nächster Nähe vom Spindelstock 38 befindet, wobei die Drehung der Vorrichtung 51 relativ zur Welle 38 in der zuvor erwähnten Richtung bewirkt, dass die werkstückhaltende Vorrichtung sich in axialer Richtung von dem Spindelstock wegbewegt und zwar aufgrund der Wechselwirkung der Nockenflächen .

Eine zweite werkstückhaltende Vorrichtung 56 ist fest an dem Reitstock 44 angeordnet, so daß sie gegen eine Drehung festgehalten ist und sich mit dem Reitstock in axialer Richtung bewegt.

Zur Durchführung einer Friktions-Schweißung bei diesem Schweißgerät werden die Werkstücke WP₁ und WP₂ in den werkstückhal-

10 9 8 4 4/1266

tenden Vorrichtungen 51 und 56 montiert und unter Freigabe der Bremse wird der Welle 38 mit Hilfe des Elektromotors 41 eine Drehung aufgedrückt. Die Welle 46 wird gedreht, um den Reitstock 44 zum Spindelstock 37 zu bewegen, beispielsweise von der in Figur 3 gezeigten Stellung, bei der der Kurbelhebel 45 von der Welle 46 weg vom Reitstock ragt und der genannte Kurbelhebel 45, wenn die Berührung zwischen den Werkstücken gerade bevorsteht, jedoch noch nicht eingetreten ist, nimmt dann die Stellung gemäß Figur 4 ein, wobei er sich zum Reitstock hin erstreckt und in einer Linie mit dem Verbindungsstab 47 verläuft. Eine fortgeführte Winkelbewegung des Kurbelhebels 45 drückt die Werkstücke gegeneinander, so daB zwischen ihnen eine Reibung entsteht und die dabei resultierende Hitze das Metall an der Werkstücksberührungsfläche plastisch werden läßt und gepreßt wird, bis der Kurbelhebel 45 und die Verbindungsstange 47, die in Figur 3 veranschaulichte Stellung erreicht haben, in welcher die werkstückhaltende Vorrichtung 56 starr von dem Hebel und der Verbindungsstange gegen ein Zurückziehen abgestützt wird.

Am Ende der Erwärmphase des Schweißvorganges wird der Antrieb der Welle 38 durch den Elektromotor 41 unterbrochen und die Bremse 49 wird betätigt, um die Welle 38 anzuhalten. Die werkstückhaltende Vorrichtung 51 neigt jedoch dazu, ihre Drehung fortzusetzen aufgrund der in ihr gespeicherten kinetischen Energie und die Nockenfläche 53 fährt daher auf der Nockenfläche 52 entlang, wodurch eine sehr große axiale Kraft zwischen den Werkstücken vorgesehen wird, so daß diese miteinander verschmiedet werden.

Wenn eine geschweißte Komponente entfernt wurde und ein neuer Schweißvorgang gestartet wird, kehrt die werkstückhaltende

109844/1266

Vorrichtung 51 automatisch in ihre anfängliche Winkellage relativ zum Spindelstock 37 zurück, in welcher die Anschlagflächen 53 und 54 in Berührung stehen, was sich aufgrund der Rotation des Angriffs der Werkstücke ergibt.

Die Kombination der Nockenflächen, die unter Hinweis auf Figur 4 beschrieben wurden, können durch Gewinde oder einem anderen geeigneten Nockenmechanismus oder Anordnung ersetzt werden.

Es sei hervorgehoben, daß die Anordnung, die unter Hinweis auf Figuren 3 und 4 beschrieben wurde, ein vollständig mechanisches Kraftsystem zum Aufbringen einer axialen Kraft oder eines axialen Schubes auf die Werkstücke während des Schweißvorganges schafft.

Das in Figur 5 veranschaulichte Friktions-Schweißgerät benötigt nur eine herkömmliche Drei-Phasen-Stromversorgung für seinen Betrieb. Das Gerät besteht aus einer festen Basis 58, von der aus sich in vertikaler Richtung nach oben zwei Führungsstäbe erstrecken, einer mit 59 angezeigt, wobei weiter ein Spindelstock 61 fest an den oberen Enden der Führungsstäbe angebracht ist. Ein Gehäuse 62, welches in dem Spindelstock 61 angeordnet ist, haltert eine Spindel 63 drehbar um eine vertikale Achse, wobei diese vermittels eines Elektromotors 64 über einen Riementrieb 65 gedreht wird, die Spindel 63 an ihrem unteren Ende einen Werkstückhalter 66 trägt, um ein erstes Werkstück WP^ aufzunehmen. Eine Federanordnung (nicht gezeigt), die in einem Gehäuse 67 enthalten ist, welches von der Spindel 63 getragen wird, betätigt eine Werkstückeinspannvorrichtung in dem Halter 66 und die Federvorrichtung kann so betätigt werden, daß die Einspannvorrichtung vermittels eines Hebels 68 freigegeben wird, wobei der Hebel bei 69 am Spindelstock 61 verschwenkbar ist und

1 0 9 8 A A / 1 2 G 6

bewegt wird, um einen Druck auf die Federeinrichtung auszuüben, so daß dadurch die Werkstückeinspannvorrichtung vermittels eines von Hand betätigten Hebels 72 betätigten Gelenkgestänges 71 freigegeben wird. Das Gelenkgestänge 71 ist gemäß Figur 5 gemäß der Freigabestellung der Einspannvorrichtung gezeigt, wobei die Gelenkstangen von einer zusammengeklappten Stellung aus bewegt wurden, in welcher der Gelenkverbindungspunkt auf der rechten Seite einer Linie gelegen ist, die ihre Endverbindungspunkte verbindet und zwar wurden diese Gelenkstangen leicht über eine gerade Lage hinaus bewegt in eine Lage, in welcher die Glieder oder Stangen am Schwenkpunkt einen Anschlag 73 berühren, so daß das Gelenk blockiert ist und die Werkstückeinspannvorrichtung in der freigebenden Stellung gehalten wird.

Ein Reitstock 74 ist verschiebbar auf Führungsstäben 59 angeordnet und mit einem ^ewindeloch 75 ausgestattet, welches mit dem Spindelstock 63 ausgerichtet ist, der einen Gewindeschaft 76 mit einer zweiten werkstückhaltenden Vorrichtung 77 aufweist, um ein zweites Werkstück WPp aufzunehmen. Es ist eine elektromagnetische Bremse 78 vorgesehen, um die werkstückhaltende Vorrichtung 77 gegen eine Drehung festzuhalten.

Ein Kurbelhebel 79» der auf einer verschwenkbaren Welle 80, die in Lager der Basis 58 abgestützt ist, montiert ist, ist vermittels einer Verbindungsstange 81 an den Reitstock Ik gekoppelt und läßt sich winkelmässig bewegen, um den Reitstock vermittels eines von Hand betätigten Hebels 82, der an der verschwenkbaren Welle 80 befestigt ist, anzuheben und abzusenken. Der Kurbelhebel 79 und die Verbindungsstange 81 stellen ein überzentriertes Gestänge dar, welches aus der Stellung gemäß Figur 5 in eine Stellung bewegt werden kann, in welcher der Kurbelhebel 79 an einen festen Anschlag 83 angreift, wo-

109844/1266

bei der Hebel 79 und die Verbindungsstange 81, kurz bevor der Kurbelhebel den Anschlag berührt, über eine tote mittlere Stellung gelangt sind, so daß, wenn der Kurbelhebel den Anschlag berührt, der Reitstock gegen eine nach unten gerichtete Bewegung blockiert wird.

Ein elektrischer Schalter 84 kann von dem Kurbelhebel 79 kurz vor der Berührung mit dem Anschlag 83 betätigt werden und dieser Schalter steuert elektrische Kreise des Motors 64 und der elektromagnetischen Bremse 78, so daß deren elektrische Kreise geschlossen werden, bis der Kurbelhebel sich nahezu in Berührung mit dem Anschlag befindet, und diese Kreise offen bleiben, solange wie der Kurbelhebel in Berührung mit dem Anschlag bleibt.

Die Betriebsweise des Gerätes, welches unter Hinweis auf Figur 5 beschrieben wurde, ist nun wie folgt. Ist der Reitstock 74 nach unten in eine Stellung zurückgezogen, die durch die Berührung des Kurbelhebels 79 mit einem Anschlagkissen 85 auf der Basis 58 definiert ist, dann wird die werkstückhaltende Vorrichtung 66 durch die nach oben gerichtete Bewegung des Hebels 72 geöffnet, um das Einschieben des Werkstückes WP^ zu ermöglichen, diese Vorrichtung wird dann geschlossen, um das Werkstück in Lage festzuhalten. Ein Werkstück WP₂ wird dann in die werkstückhaltende Vorrichtung 77 eingeschoben und festgeklemmt. Danach wird der Elektromotor mit Hilfe einer geeigneten, von Hand betätigbaren Steuereinrichtung gestartet, wobei der Betrieb dieses Motors auch bewirkt, daß elektrischer Strom der elektromagnetischen Bremse 78 zugeführt wird, so daß das Werkstück WP₁ gedreht wird und das Werkstück WP₂ örtlich festgehalten wird.

Der von Hand betätigbare Hebel 82 wird dann nach unten be-

109844/ 1 266

wegt, um den Reitstock 74 anzuheben und mit diesem das Werkstück WP₂, bis eine Berührung mit dem Werkstück WP₁ erreicht ist, wobei sich der Kurbelhebel 79 zu diesem Zeitpunkt nahe an der geraden Linie entsprechend der Verbindungsstange 81 befindet, so daß ein großer mechanischer Vorschub erzielt wird und eine ausreichende axiale Kraft zwischen den Werkstücken wirkt, um eine Reiberwärmung und Preßung des plastifizierten Materials vorzusehen. Während des Auftretens dieses axialen Schubes fahren der Kurbelhebel 79 und die Verbindungsstange fort sich der geraden Linie zu nähern und gelangen schließlich über die kritische Mittelstellung, um den Anschlag 83 zu berühren. Zu dem Zeitpunkt oder um den Zeitpunkt herum, wenn die gerade Linie erreicht bzw. eingenommen wurde, wird der Schalter 84 betätigt und dadurch die Stromversorgung zum Motor 64 unterbrochen und die elektromagnetische Bremse 78 wird freigegeben. Das Werkstück WP^ fährt fort sich zu drehen und zwar aufgrund der in der Welle 63 und der sich mit dieser drehenden Teilen gespeicherten kinetischen Energie und aufgrund der Reibung zwischen den Werkstücken wird auch diese Drehung auf das Werkstück WPp und die werkstückhaltende Vorrichtung 77 übertragen und aufgrund der Schraubverbindung um Reitstock 74 und aufgrund dieser Drehung wird ein großer axialer Schub zwischen den Werkstücken erzeugt und eine Verschmiedung bewirkt.

Nachdem ein Schweißvorgang vervollständigt ist, kann die werkstückhaltende Vorrichtung 77 von Hand gedreht werden oder mit Hilfe irgendeiner anderen geeigneten Einrichtung, um sie in ihre anfängliche Lage zurückzuführen.

Es sei hervorgehoben, daß die Darstellung der Friktions-Schweißgeräte allgemein zu verstehen ist und einzelne unwesentliche konstuktive Merkmale der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. Beispielsweise können zur Verbes-

1 0 9 8 4 4 / 1 2 B 6

2116596

serung der konzentrischen Ausrichtung der Werkstücke die Komponenten zwischen den Schraubgewinden oder Nockenflächen, die zum Vorsehen einer relativen axialen Bewegung dienen, normalerweise auf beiden Seiten der Schraubgewinde oder Nockenflächen mit linearen Kugellagern oder anderen Präzisionslagern ausgestattet sein.

Es können darüber hinaus eine Reihe von Abwandlungen in dem beschriebenen Friktions-Schweißgerät vorgenommen werden, so kann z.B. eine geeignete andere Antriebsform an die Stelle des Riemenantriebs treten und es kann auch ein anderer Bremsmechanismus an die Stelle des beschriebenen elektrisch betätigten Brerasmechanismus treten.

Es sei auch hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf eine spezjelle Ausführungsform eines Friktions-Schweißgerätes beschränkt ist, so kann z.B. die in den Figuren 3, 4 oder 5 veranschaulichte Friktions-Schweißanlage auch Werkstückhaltevorrichtungen aufweisen, die ähnlich den Werkstückhaltevorrichtungen 26 und 27 der Figuren 1 und 2 sind.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

109844/1266

Claims

Patentansprüche

1. Friktions-Schweißgerät zur Ausführung einer Friktions-Schweißung mit einer Erwärmphase und einer Verschmiedephase, bestehend aus einer ersten werkstückhaltenden Vorrichtung, einer zweiten werkstückhaltenden Vorrichtung, einer Einrichtung zum Vorschieben einer der werkstückhaltenden Vorrichtungen zur anderen während der Erwärmphase eines Schweißvorganges, um die Werkstücke, die in den werkzeughaltenden Vorrichtungen gehaltert sind, miteinander in Berührung zu bringen, weiter aus einer Einrichtung zum Drehen einer der werkstückhaltenden Vorrichtungen während der Erwärmphase, und einer während der Verschmiedephase betätigten Einrichtung zum Blockieren des Vorschubs, gekennzeichnet durch eine während der Verschmiedephase eines Schweißvorganges zur Wirkung gelangenden Einrichtung (29» 30, 25) zum Konvertieren der während der Drehung der einen werkstückhaltenden Vorrichtung während der Erwärmphase erzeugten kinetischen Energie in eine axiale Vorschubkraft, durch die eine (26) der werkstückhaltenden Vorrichtungen (26, 27) zur anderen (27)hingedrückt wird, so daß dadurch eine größere axiale Kraft zwischen den Werkstücken (WP., WP2) vorgesehen wird, als diejenige durch die Einrichtung (21, 25, 28, 29, 30) zum Vorschieben der einen werkstückhaltenden Vorrichtung (26) während der Erwärmphase erzeugte.

2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Drehung der einen werkstückhaltenden Vorrichtung während der Erwärmphase erzeugte kinetische Energie in einer drehbaren Anordnung (17) gespeichert ist und daß die Einrichtung zum Konvertieren der gespeicherten kinetischen Energie in die axiale Vorschubkraft aus zwei ineinandergreifenden

10984 A/1266

Gewindekomponenten (29, 30) besteht.

3.. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Drehung der einen werkstückhaltenden Vorrichtung während der Erwärmphase erzeugte kinetische Energie in einer drehbaren Anordnung (51) gespeichert ist und daß die Einrichtung zum Konvertieren der gespeicherten kinetischen Energie in die axiale Vorschubkraft aus einem Nockenmechanismus (52, 53, 54, 55) besteht.

4. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung zum Vorwärtsbewegen der einen werkstückhaltenden Vorrichtung (56) zur anderen (51) werkstückhaltenden Vorrichtung während der Erwärmphase aus einem mechanischen Hebelsystem (45, 46, 47) besteht.

5. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung zum Vorwärtsbewegen der einen werkstückhaltenden Vorrichtung (26) zu der anderen werkstückhaltenden Vorrichtung (27) während der Erwärmphase wenigstens eine vermittels Flüssigkeitsdruck betätigten Druckkolben-Zylindervorrichtung (21) aufweist.

6. Schweißgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rahmen (10), einen Spindelstock (11), der in dem Rahmen (10) für eine geradlinige Bewegung gelagert ist, durch einen Reitstock (25), der fest in dem Rahmen (10) angeordnet ist, durch eine Einrichtung (21) zum Erzeugen einer Vorschubkraft auf den Spindelstock (11), um diesen gegen den Reitstock (25) zu drücken, durch eine in dem Spindelstock (11) drehbar gelagerte WeIe (12), durch eine Antriebseinrichtung (13, 14, 15, 16) zum Antreiben der drehbaren Welle (12), eine Vorrichtung zum

10984 h /1266

Freigeben der drehbaren ¥elle (12) für eine freie Drehung entsprechend der gespeicherten kinetischen Energie, durch eine erste werkzeughaltende Vorrichtung (26), die auf der drehbaren Welle (12) angeordnet ist, durch eine zweite Welle (28), die in dem Reitstock (25) koaxial mit der Spindelstock-Welle (12) ausgerichtet angeordnet ist, durch eine zweite werkstückhaltende Vorrichtung (27), die auf der zweiten Welle (28) angeordnet ist, durch ineinandergreifende Schraubgewinde (29, 30) an der zweiten Welle (28) und dem Reitstock (25), durch eine Bremseinrichtung (31, 32, 33), die zum Festhalten des Reitstockes (25) gegen eine Drehung betreibbar ist, durch eine Vorrichtung (22, 23, 24) zum Blockieren der geradlinigen Bewegung des Spindelstockes (11) weg vom Reitstock (25), und durch eine Steuereinrichtung (23). um während des Schweißvorganges ein aufeinanderfolgendes Vorrücken des Spindelstockes (11) zum Reitstock (25) zu bewirken, wobei die drehbare Welle (12) sich drehen kann und die zweite Welle (28) gegen eine Drehung festgehalten ist und die drehbare Welle (12) und die Bremseinrichtung (31, 32, 33) freigegeben wird, wenn der Spindelstock (11) gegen'eine Rückziehlwegung blockiert wird, so daß die zweite werkstückhaltende Vorrichtung (27) in axialer Richtung gegen die erste werkstückhaltende Vorrichtung (26) durch die Wirkung der Schraubengewinde (29_t 30) gedrückt wird, während die Wellen (12, 28) entsprechend der kinetischen gnergie, die in ihnen gespeichert ist, gedreht werden.

7. Schweißgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung aus einer Scheibenbremse (32, 33) besteht.

8. Schweißgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung aus einer Bandbremse (34) besteht.

1098U/1266

9. Schweißgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rahmen (36), einen Spindelstock (37), der fest in dem Rahmen (36) montiert ist, durch eine in dem Spindelstock (37) drehbar gehalterte Welle (38), durch eine Antriebseinrichtung (39» 41) zum Antreiben der drehbar ei Welle (38), durch eine erste werkstückhaltende Vorrichtung (51), die an der drehbaren Welle (38) befestigt ist, durch eine Vorrichtung (54, 55) zum Übertragen einer Drehbewegung in einer Richtung im positiven Sinn auf die werkstückhaltende Vorrichtung (51), durch eine Nockeneinrichtung (52, 53), die zwischen der Welle (38) und der werkstückhaltenden Vorrichtung (51) wirksam ist, derart, daß eine Drehung der werkstückhaltenden Vorrichtung (51) vor der Welle (38) in der genannten Drehrichtung der werkstückhaltenden Vorrichtung (51) eine axiale Bewegung erteilt, durch eine Bremse (49), die die Welle (38) gegen Drehung festhält, durch einen Reitstock (44), durch eine Einrichtung (43), die den Reitstock (44) im Sinne einer geradlinigen Bewegung zu dem Spindelstock (37) hin und weg haltert, durch eine zweite werkstüddialtende Vorrichtung (56), die fest an dem Reitstock (44) angeordnet ist und durch eine Einrichtung (45, 46, 47, 48) zum Bewegen des Reitstockes (44) zum Spindelstock (37) hin zum Ausüben einer axialen Schubkraft zwischen den Werkstücken (WP₁, WP₂), die in den werkstückhaltenden Vorrichtungen (51, 56) fest-gehalten sind, durch eine Vorrichtung (47, 45) zum Blockieren einer rückwärtsgerichteten Bewegung des Reitstockes (44) am Ende der Annaherungsbewegung desselben zum Spindelstock (37) hin, und durch eine Einrichtung zum Trennen des Antriebs (41) von der drehbaren Welle (38) und zum Betätigen der Bremse (49) zum Anhalten der drehbaren Welle (38) am Ende der Annaherungsbewegung, so daß eine fortgeführte Drehung der ersten werkstückhaltenden Vorrichtung (51) entsprechend der in dieser gespeicherten kinetischen Energie die erste werkstückhalten-

10984 4/1266-

de Vorrichtung (51) veranlaßt, gegen die zweite werkstückhaltende Vorrichtung (56) zu drücken und zwar über die Wirkung der Nockeneinrichtung (52, 53).

10. Schweißgerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen des Reitstockes (44) zum Spindelstock (37) hin einen Kurbelhebel (45) aufreist, weiter eine Verbindungsstange (47), die den Kurbelhebel (45) mit dem Reitstock (44) verbindet, und daß eine Einrichtung (48) zum Drehen der Welle (46), die den Kurbelhebel (45) trägt, vorgesehen ist, weiter eine Anschlageinrichtung, gegen die der Kurbelhebel (45) beim Erreichen einer überzentrierten Lage stößt, wenn der Reitstock (44) vollständig vom Spindelstock (37) bewegt wurde.

11. Schweißgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rahmen (58), einen Spindelstock (61), der in dem Rahmen (58) gegen eine axiale Bewegung festgehalten angeordnet ist, durch eine in dem Spindelstock (61) drehbar gehalterte Welle (63), durch Antriebsmittel (64, 65), um der Welle (73) eine Drehbewegung zu erteilen, weiter durch einen Reitstock (74), der zu dem Spindelstock (61) hin und von diesem weg bewegbar ist, durch eine an der Welle (63) angeordnete werkstückhaltende Vorrichtung (66), und durch eine zweite am Reitstock (74) getragene werkstückhaltende Vorrichtung (17), wobei diese werkstückhaltende Vorrichtung gewindemäßig in den Reitstock (74) eingreift, weiter durch eine Bremse (78), die die zweite werkstückhaltende Vorrichtung (77) gegen eine Drehbewegung festhält, weiter durch von Hand betätigbare Hebeleinrichtungen (79, 80, 81, 82) zum Drücken des Reitstockes (74) zum Spindelstock (61) hin, durch Mittel (83, 79) zum Blockieren der Rückzugsbewegung des Reitstockes (74) am Ende einer vor-wärts gerichteten Bewegung zum Spindelstock (61) hin, und durch eine

1098U/1266

Einrichtung (83_f 84), die am Ende der vorwärts gerichteten Bewegung den Antrieb von der ersten werkstückhaltenden Vorrichtung (66) trennt und die Bremse (78) an der zweiten werkstückhaltenden Vorrichtung freigibt bzw. löst, so daß dadurch die Drehbewegung der werkstückhaltenden Vorrichtungen (77, 66) entsprechend der gespeicherten kinetischen Energie fortgesetzt werden kann, und die Drehbewegung der zweiten werkstückhaltenden Vorrichtung (77) aufgrund des Gewindeeingriffes mit dem Reitstock (74) eine axiale Vorschubkraft erfährt, wobei diese werkstückhaltende Vorrichtung (77) gegen die erste werkstückhaltende Vorrichtung (66) gedrückt wird.

12. Schweißgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von Hand betätigbare Hebelanordnung einen Kurbelhebel (49) aufweist, der an einer Welle (80) befestigt ist, die fest in Lager gehaltert ist, daß weiter eine Verbindungsstange (81) den Kurbelhebel (79) mit dem Reitstock (74) verbindet und daß ein Bedienungshebel (82) an der Welle (80) befestigt ist.

13. Schweißgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelhebel (79) und die Verbindungsstange (81) so angeordnet sind, daß sie durch einen Umkehrpunkt oder Totpunkt am Ende der Annäherungsbewegung des Reitstockes (74) zum Spindelstock (61) gehen und dabei an einen festen Anschlag (83Jt angreifen, um den Reitstock (74) gegen eine Rückzugebewegung zu blockieren.

14. Schweißgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung aus einem Elektromotor (64) besteht, daß die Bremse dne elektromagnetische Bremse (78) ist und daß ein elektrischer Schalter (84) von dem Kurbelhebel (79) betätigt ist, um einen elektrischen Kreis entsprechend

109844/1266

einer Unterbrechung der Stromzuführung zum Elektromotor (64) zu öffnen und um die elektromagnetische Bremse (78) zu lösen, wenn der Kurbelhebel (79) den festen Anschlag (83) berührt bzw. sich diesem nähert.

109844/1266

Leerseite