DE2202864A1

DE2202864A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Raedern und anderen Artikeln durch Reibungs- und anderweitiges Schweissen

Info

Publication number: DE2202864A1
Application number: DE19722202864
Authority: DE
Inventors: Edwards Michael Frederick
Original assignee: GKN Sankey Ltd
Current assignee: Sankey Holding Ltd
Priority date: 1971-01-25
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-08-17
Also published as: US3805371A; FR2123378B1; FR2123378A1; AU3790472A; SE7413112L; CA957876A; SE376858B; IT946862B; AU7524874A

Description

9'Z ii'·■· V"''.* ^fi 20.1.1972

5012

Anmelder;

GKN SANKEY LIMITED,

Albert Street, Bilston, in the County of Stafford, Großbritannien

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung'von Rädern und anderen Artikeln durch Reibungs- und anderweitiges

Schweißen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reibungsschweißen von Werkstücken zur Erzielung einer Schweißverbindung derselben, wobei die Werkstücke je eine Bezugsachse besitzen und in einer solchen gegenseitigen Beziehung miteinander verbunden werden müssen, daß sie konzentrisch zueinander sind oder eine andere vorbestimmte Lagebeziehung zueinander einnehmen. Konzentrizität umfaßt hierbei eine Parallelität zwischen den Bezugsachsen und auch ein Zusammenfallen derselben in radialer Richtung. Die Bezugsachsen können in jedem Fall durch an den Werkstücken vorgesehene Bezugsflächen bestimmt sein. Zur vollständigen Bestimmung der Bezugsachse gehört zu den Bezugsflächen üblicherweise ein sich in radialer und ein sich in axialer Richtung anbietender Teil ; in Einzelfällen kann aber auch ein einziger Teil, der schräg zur Bezugsachse verläuft, die Radial- und die Winkellage der Bezugsachse bestimmen.

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Das Reibungsschweißen wird gewöhnlich zur Erzielung einer Schweißverbindung zwischen Berührungsflächen an Werkstükken angewendet; dabei sind diese Berührungsflächen selbst Drehflächen in Hinblick auf die Bezugsachse und durch eine Erzeugende gebildet, die gewöhnlich eine sich radial in einem rechten Winkel zur Bezugsachse erstreckende Linie ist, aber in Einzelfällen auch schräg zur Bezugsachse verlaufen kann.

Jedes der Werkstücke.wird normalerweise von einem Supportmittel getragen, das Bestandteil einer Reibungsschweißvorrichtung ist, mittels deren das Verfahren durchgeführt wird; dabei ist mindestens eines der Supportmittel um eine Bezugsachse relativ zum anderen drehbar angebaut. Die Genauigkeit, mit der eine koaxiale Beziehung zwischen der Werkstücken erreicht wird, wenn die Schweißverbindung hergestellt wird, hängt von dem Maß der Freiheit ab, die von dem Supportmittel gewährt wird, welches jedes der drehbaren Werkstücke trägt. So ist bei Reibungsschweißmaschinen das eine Werkstücksupportmittel gewöhnlich in einem Lager zum Drehen um eine Achse angebaut, und das andere Werkstücksupportmittel ist gewöhnlich nicht drehbar, besitzt aber die Möglichkeit, sich axial, beispielsweise entlang eines Führungsmittels, zu bewegen. In den Führungsmitteln besteht ein Spiel, das sowohl eine Radial- als auch eine Winkelverstellung des nicht drehbaren Supportmittels zuläßt, und gewöhnlich besteht auch in dem Lager ein Spiel.

Desweiteren müssen solche Lager hohe Drehgeschwindigkeiten aushalten und auch eine im wesentlichen axiale Belastung infolge der Kraft, die notwendigerweise in axialer Richtung der Bezugsachse zur Einwirkung gebracht wird, um den notwendigen Berührungsdruck zwischen den Berührungsflächen der Werkstücke zu erreichen.

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Ferner wirkt jedes Werkstück mit seinem zugehörigen Werkstücks upportmitte1 zusammen und wird von diesem häufig in einer solchen Stellung festgehalten, die in gewissem Abstand von dem Lager oder von der ihrerseits das Werkstücksupportmittel tragenden Struktur liegt; und somit besteht wegen der Durchbiegung und Formänderung der Werkstücksupportmittel eine weitere Möglichkeit zum Auslaufen aus einer gewünschten koaxialen Beziehung zwischen den Werkstükken bei dem fertigen Erzeugnis.

Während die im vorausgegangenen gegebene Darstellung zur Erläuterung des Problems dient, ist es selbstverständlich, daß Reibungsschweißverfahren und -vorrichtungen zur gegenseitigen Befestigung von Werkstücken in einer vorbestimmten Relativlage verwendet werden können, die sich von der oben genannten koaxialen Lage unterscheidet; die vorliegende Erfindung bezweckt daher, sich sowohl im besonderen mit dem Problem der Erreichung einer koaxialen Beziehung als auch im besonderen mit dem Problem der Erreichung einer gewünschten Relativlage zwischen den Werkstücken in dem fertigen Erzeugnis zu befassen.

Die Erfindung besteht in einem Reibungsschweißverfahren, bei dem Werkstücke in Supporten in relativen Lagen zum Reibungsschweißen gehalten werden, die so gehaltenen Werkstück einer Kraft in einer Richtung unterworfen werden derart, daß Berührungsflächen der Werkstücke zu einem gegenseitig anliegenden Zusammenwirken unter Druck und zu einer Relativbewegung gezwungen sind zur Bewirkung einer reibenden Berührung zwischen den Berührungsflächen der Werkstücke, und bei dem, wenn die im Bereich der Berührungsflächen gelegenen Werkstoffschichten der Werkstücke eine zur Ausführung einer Schweißverbindung geeignete Temperatur erreicht haben, die Relativbewegung beendet wird und eine Kraft, hier Schmiedekraft genannt, zwischen den Berührungsflächen zur Anwendung

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gebracht wird zur Verschweißung der Werkstücke miteinander; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke in ihren Supporten durch Zusammenwirken mit Bezugsflächen oder nahe an diesen gelegenen Stützflächen mit einer festen Lagebeziehung zu den Bezugsflächen gehalten werden und die Radial- und/oder Winkelbeziehung zwischen den Werkstücken mindestens während der Einwirkung der Schmiedekraft durch Zusammenwirken von Führungsteilen an den Supporten gesteuert werden zusätzlich zu einer sich aus dem Anbau der Supporte an einem Tragkörper ergebenden Steuerung.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Herstellung von Rädern mit einem zur Aufnahme eines Pneus geeigneten Felgenbereich und einem Scheibenkörper, der mit dem Felgenbereich durch Verschmelzen verbunden ist, um so den letzteren zu tragen.

Felgen dieser besonderen Art werden derzeit allgemein hergestellt durch Bildung eines Felgenbereichs und eines Scheibenkörpers als konstruktiv voneinander getrennte Bauteile aus Metall derselben Zusammensetzung, beispielsweise aus Flußstahl, dies derart, daß sie durch Schweißen in Form einer Verschmelzung miteinander verbunden werden können.

Der Felgenbereich besitzt zwei radial nach außen gerichtete und in axialer Richtung einen Abstand zwischeneinander einhaltende Flächenteile, die dazu geeignet und bestimmt sind, daß auf ihnen im Gebrauchszustand des Rades der Wulst oder Innenrand der äußeren Decke eines Pneus aufliegt, und die daher auch "Reifenauflageflächen" genannt werden. Es ist also wichtig, daß die Reifenauflageflächen zur Achse, um die sich das Rad im Gebrauchszustand dreht, genau konzentrisch sind. Dies ist die Drehachse der Nabe. Der Ausdruck "konzentrisch" umfaßt sowohl eine parallele Beziehung zwischen der Nabenachse

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und den von den Reifenauflageflächen gebildeten Achsen als auch ein radiales Zusammenfallen zwischen der Nabenachse und den von jeder der Reifenauflageflächen gebildeten Zentren.

Der Scheibenkörper besitzt mehrere im Abstand von seinem Innenrand, aber in dessen Nähe angeordnete Löcher für die Durchführung von auf einem entsprechenden Teilkreis angeordneten Zapfen einer Nabe, an welcher das Rad im Gebrauchszustapd angebaut ist. Die Radiallage des Rades in Hinblick auf die Nabe und damit die Beziehung des radialen Zusammenfaliens werden entweder von den Flächen, die vollständig oder teilweise die Wandungsflächen dieser Löcher bilden, oder von der Innenrandflache des Scheibenkörpers'des Rads bestimmt, die mit der radial nach außen gerichteten Fläche eines Zentrierzapfens, einer Rippe oder eines ähnlichen Gebildes zusammenarbeiten kann, die zur Drehachse der Nabe genau konzentrisch sind. Die Parallelbeziehung zwischen der Nabenachse und den Achsen der Reifenauflageflächen wird von der inneren Seitenfläche des Scheibenkörpers bestimmt, die im Gebrauchszustand an der äußeren Seitenfläche der Nabe oder möglicherweise an Schultern der Zapfen anliegt. In bestimmten Fällen kann eine einzelne Bezugsfläche das Zusammenfallen sowohl in radialer als auch in Winkelrichtung gewährleisten, beispielsweise Zapfen mit kegelstumpfförmigen Anlageflächen oder Schultern, die mit entsprechend kegelstumpfförmigen Wandungsflächen der Ltfcher im Scheibenkörper des Rades zusammenarbeiten. Es ist natürlich zu beachten, daß die tatsächliche Drehachse der Nabe zu der Nabenachse konzentrisch ist, die von dem Zapfen der Nabe oder von dem Zentrierzapfen oder dergleichen der Nabe oder möglicherweise von diesen beiden Teilen der Nabe, sofern solche zur Fixie rung des Rades verwendet werden, definiert ist.

Gegenwärtig ist es allgemein üblich, eins der beiden eigen-

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ständigen Bauteile, beispielsweise den Felgenbereich, zu stützen und diesen dann mit einem vorgeformten Scheibenkörper zusammenzubauen. Die einander berührenden Flächen des Felgenbereichs und des Scheibenkörpers (kurz Berührungsflächen genannt) werden in einer solchen Form hergestellt, daß sie aus sich heraus sowohl für ein radiales Zusammenfallen als auch für eine Parallelität, die bereits erklärt wurden, zwischen den von diesen beiden Berührungsflächen definierten Achsen sorgen.

Es ist bei dem Herstellungsverfahren unvermeidbar, daß eine gewisse Abweichung von der Konzentrizität zwischen der Achse des Felgenteils und der Achse der Berührungsfläche des Felgenteils vor dem Schweißen auftritt. Eine solche Abweichung kann durch eine in radialer Richtung gemessene, radiale Exzentrizität mit einem Wert el und eine Winkelabweichung JU 1 dargestellt werden.

In gleicher Weise ist es unvermeidbar, daß eine gewisse Abweichung von der Konzentrizität zwischen der Achse des Scheibenkörpers und der Achse der Berührungsfläche des Scheibenkörpers vor dem Schweißen auftritt. Diese Abweichung kann eine radiale Exzentrizität e2 und eine Winkelabweichung °6 2 erreichen.

Bei den gegenwärtig praktizierten Herstellungsverfahren können sich die beiden Exzentrizitäten el und e2 und die beiden Winkelabweichungen ail und *-2 addieren; dadurch wächst die Abweichung von der Konzentrizität zwischen den Reifenauflageflächen des Felgenbereichs und der Achse, um welche sich das Rad tatsächlich dreht, wenn es an einer zugehörigen Nabe angebaut ist. Da auch die Berührungsflächen, die typischerweise eine Stufe bzw. einen Steg darstellen, ein veränderliches Maß eines Spiels (oder einer gegenseitigen Beeinflussung) aufweisen, kann die tatsächliche Festlegung eine

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weitere Exzentrizität e3 mit umfassen, die zu den Exzentrizitäten el und e2 hinzuaddiert werden kann. In gleicher Weise kann eine zusätzliche Winkelabweichung «c 3 gegeben sein.

Die Erfindung besteht desweiteren in einem Verfahren zur Herstellung von Rädern der beschriebenen Art, wobei ein erstes Bauteil des Rades, das mindestens den Teil des Scheibenkörpers mit einer Bezugsfläche zur Bestimmung der Bezugsachse des Scheibenkörpers umfaßt, und ein zweites Bauteil des Rades, das mindestens den Teil des Felgenbereichs mit eine Bezugsfläche zur Bestimmung der Bezugsachse des Felgenbereichs bildenden Sitzflächen für einen Reifenwulst umfaßt, in Supporten gehalten und dann miteinander verschweißt werden; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Supporte mit ihren Bauteilen an Bezugsflächen oder an nahe an diesen gelegenen Stützflächen mit einer vorbestimmten Lagebeziehung zu diesen zusammenwirken zur Steuerung der radialen Exzentrizität oder der Winkelabweichung oder beider zwischen den Achsen des Scheibenkörpers und des Felgenbereichs.

Die Erfindung besteht desweiteren in einer Reibungsschweißvorrichtung zum Verbinden von Werkstücken mit je einer eine Bezugsachse des Werkstücks bestimmenden Bezugsfläche, wobei die Vorrichtung Werkstücksupporte zur Festhaltung der Werkstücke mittels ihrer Bezugsflächen oder mittels in der Nähe der Bezugsflächen gelegener Stützflächen mit einer vorbestimmten Lagebeziehung zu diesen, Mittel für die Einwirkung einer Kraft auf mindestens einen Support in einer Richtung derart, um die Bezugsflächen der Werkstücke in anliegendes Zusammenwirken unter Druck zu bringen, und Antriebsmittel aufweist zur Bewegung mindestens eines Support derart, um eine reibende Bewegung zwischen den Berührungsflächen zu bewirken; diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß

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die Supporte Führungsteile aufweisen, die miteinander zusammenarbeiten zur Erzielung einer Steuerung der Radial- und/oder Winkellagen der Supporte mindestens während der Schmiedephase des ReibungsSchweißens zusätzlich zu einer sich aus dem Anbau der beiden Supporte am Maschinenkörper ergebenden Steuerung.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben; in diesen zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsart der Erfindung, nämlich eine Ausführungsform einer entsprechenden Vorrichtung und eine Ausführungsform eines entsprechenden Erzeugnisses im Querschnitt in einer durch den Durchmesser verlaufenden Vertikalebene der Bezugsachse der beiden Teile oder Werkstücke,

Figur 2 Teilschnitte durch abgewandelte Formen des Verfahbis 5 rens und der Vorrichtung und

Figur 6 eine Seitenansicht der Gesamtanordnung einer vollständigen Maschine unter Verwendung der in der Figur 1 oder in den Figuren 2, 3 oder 4 dargestellten Teile.

Das in Figur 1 dargestellte Erzeugnis ist ein Fahrzeugrad, beispielsweise ein Lastwagenrad, das aus zwei Bauteilen 10 und 11 besteht, die durch Verschmelzung an Berührungsflächen in der durch eine strichpunktierte Linie 12 gekennzeichneten Ebene miteinander verbunden werden müssen. Gemäß der gegebenen Darstellung stellt das Bauteil 10 den wesentlichen Teil des Felgenbereichs eines Rades mit einer flachen Basis 13 und einem festen Flansch 14 an der einen Seite dar; der andere Teil besteht aus einem dem Flansch 14 entsprechenden demontierbaren Flansch und ist aus Gründen der deutlicheren Darstellung in die Figur nicht eingezeichnet.

Das Bauteil 11 besteht in einem Scheibenkörper des Rades

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und besitzt bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform mehrere Löcher 15a, durch welche sich an der Nabe des Fahrzeugs befindliche Bolzen bei Gebrauch des Rades hindurcherstrecken.

Die Bauteile 10 und 11 sind je aus schweißbaren Werkstoffen hergestellt, vorzugsweise einem Metall wie Flußstahl, und vorzugsweise von gleicher Zusammensetzung.

Obwohl die beiden Bauteile zweckmäßig im einen Fall aus dem Scheibenkörper und im anderen Fall aus dem wesentlichen Teil des Felgenbereichs des Rades bestehen, sind selbstverständlich auch Fälle möglich, bei denen die durch die Linie definierte Ebene, in welcher die Berührungsflächen liegen, sich in irgendeiner anderen Lage befindet, beispielsweise irgendwo weiter rechts von der in Figur 1 dargestellten Lage, so daß das eine Bauteil den Scheibenkörper des Rades und irgendeinen Teil des Felgenbereichs umfaßt und das andere Bauteil in einem weiteren Teil des Felgenbereichs besteht.

Das einheitliche Verbinden der beiden Bauteile miteinander in der Ebene 12 der Berührungsflächen wird vorzugsweise durch Reibungsschweißen bewerkstelligt; der Einfachheit halber ist die Vorrichtung zum Reibungsschweißen nur fragmentarisch dargestellt.

Sie besitzt einen drehbaren Werkstücksupport 19, der von einem Lager 35 am Maschinenbett 1 (Figur 6) drehbar getragen und über einen Motor 2 in Umdrehung versetzbar ist, wo bei er eine feste Axiallage in Hinblick auf die Drehachse beibehält.

Ein zweiter Werkstücksupport 16 ist nicht drehbar am Maschi nenbett 1 gelagert und in Längsrichtung der Drehachse 18, wie durch den Pfeil A angedeutet ist, durch Vorsehung einer eine

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geeignete Kraft zur Einwirkung bringenden Vorrichtung, beispielsweise einer Hydraulikeinheit 3 mit Kolben und Zylinder, bewegbar.

Der Werkstücksupport 16 wird zwecks Verschiebung parallel zur Drehachse 18 von Führungsmitteln mit Spurstangen 4 getragen, die an einander gegenüberliegenden Enden des Maschinenbetts 1 nach oben gerichtete Kopfständer 5 und 6 verbinden und durch Führungsbohrungen 7 im Support 16 hindurchgeführt sind.

Das Bauteil 10 des Rades besitzt zwei Auflageflächen 20 und 21 für den Reifen, die im Betriebszustand des Rades mit den Wülsten des Reifens belegt sind. Diese Flächen 20 und 21 bilden gemeinsam eine Bezugsfläche des Bauteils 10 und bestimmen ebenfalls gemeinsam eine Bezugsachse. An der Innenseite des Felgenabschnitts weist dieser Stützflächen 20a und 21a auf, die dazu verwendet werden können, den Felgenbereich während des Anschweißens an den Scheibenkörper festzuhalten. Die Flächen 20a und 21a stehen hinsichtlich ihrer Lage mit den Flächen 20 und 21 in Verbindung, und zwar ausschließlich durch die Dicke der umlaufenden Wand des Felgenbereichs, und bilden zweckmäßigerweise also auch einen guten Ausgangspunkt für die Bestimmung der Bezugsachse des Bauteils 10.

Auch das Bauteil 11 besitzt eine Bezugsfläche; ein Teil dieser wird von den inneren Wandungsflächen 15 der Löcher 15a und ein anderer Teil 22 von der Innenseitenfläche des Bauteils 11 gebildet. Im Betriebszustand ist die radiale Lage der Bezugsachse des Bauteils 11 durch Zusammenwirkung der inneren Wandungsflächen 15 der Löcher 15a mit den Bolzen der Radnabe bestimmt, während der Winkel zwischen der Nabenachse und der Bezugsachse des Bauteils 11 durch Zusammenwirkung des Flächenteils 22 mit einer gegenüberliegenden

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Fläche an der Nabe bestimmt ist. Auch hier ist wieder eine Stützfläche 22a vorgesehen, die an der der Fläche 22 des Scheibenkörpers gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und hinsichtlich ihrer Lage mit der letzteren in Verbindung steht, und zwar ausschließlich durch die Dicke der Wand des Scheibenkörpers. Somit eignet sich die Fläche 22a ebenso gut wie die Fläche 22 dazu, als Ausgangspunkt bzw. -größe für die Winkellage der Bezugsachse des Scheibenkörpers zu fungieren.

Die Supporte 16 und 19 der Reibungsschweißmaschine dienen zum Festlegen ihrer Arbeitsstücke durch Zusammenwirken entweder mit den Bezugs- bzw. Auflageflächen oder mit den benachbarten Stützflächen und können unter Rücksichtnahme auf Herstellungstoleranzen genommen werden,aisbesäßen sie eine Lagebeziehung zur Bezugsachse der Werkstücke, die ebenso genau ist, wie sie für die Bezugs- bzw. Auflageflächen selbst existiert.

So kann im Fall des Werkstücksupports 16 das Bauteil 10 von mehreren in Winkelabständen zueinander angeordneten inneren Klemmgliedern 23 getragen werden, die in radialer Richtung mittels geeigneter Einrichtungen, beispielsweise mittels druckflüssigkeitsbetriebener Kolben-Zylinder-Einheiten 23a, bewegbar sind. Die Klemmglieder 23 bewegen sich in radialen Führungsbahnen 24, die am Körper des Supports 16 vorgesehen sind. Jedes Klemmglied 23 besitzt radial vorstehende und axial im Abstand zueinander angeordnete Bakken 25 und 26 zur Berührung der Stützflächen 20a und 21a des Bauteils 10 unmittelbar gegenüber den Flächen 20 und 21. Da die Wandstärke des Metalls, aus welchem das Bauteil 10 gebildet wird, genau eingestellt bzw. gesteuert werden kann und der Support 16 mit einer g eine Konzentrizität zwischen den Greifflächen der Backen 25 und 26 und der Achse 18 ausreichend gewährleistenden Präzision hergestellt wird, kann die ausschließliche Verwendung der

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Klemmglieder 23 die notwendige Traggenauigkeit für das Bauteil IO in Hinblick auf den Werkstücksupport 16 schaffen.

Jedoch können alternativ oder zusätzlich auch mehrere äussere Klemmglieder 27 mit Backen 28 und 29 vorgesehen werden, die direkt mit den Flächen 20 und 21 zusammenarbeiten. Die Klemmglieder 27 können mittels druckflüssigkeitsbetätigter Kolben-Zylinder-Einheiten 27a betätigt werden. Es kann ein innerer Satz oder ein äußerer Satz von Klemmgliedern oder sowohl ein innerer als auch ein äußerer Satz verwendet werden; in jedem Fall erfüllen diese Klemmglieder eine doppelte Funktion, nämlich das Bauteil 10 genau in eine konzentrische Lage zur Drehachse 18 zu bringen sowie dem Bauteil 10 durch Ergreifen desselben unter Reibeinwirkung den notwendigen Halt für die Drehbewegung zu verleihen.

Es ist weiterhin offensichtlich und beachtenswert, daß, da die Flächen 20 und 21 (oder 20a und 21a) in axialer Richtung im Abstand voneinander angeordnet sind, die Bildung bzw. Anordnung jeder solchen Fläche, deren Zentrum mit der Drehachse 18 zusammenfällt, notwendigerweise gewährleistet, daß die Bezugsachse, die von den Flächen 20 und 21 (oder 20a und 21a) gemeinsam gebildet wird, sowohl parallel zur Drehachse 18 verläuft als auch in radialer Richtung mit dieser zusammenfällt.

Der Werkstücksupport 19 gewährt ähnliche Möglichkeiten zur Anordnung des Bauteils 11 in genau konzentrischer Lage zur Drehachse 18.

So trägt der Körper des Werkstücksupports 19 Zapfen 30, die, wie dargestellt ist, eine enge Schiebepaasung in den Löchern 15a darstellen, mit den inneren Wandungsflächen 15 dieser Löcher zusammenarbeiten und eine genaue radiale

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Ausrichtung des Bauteils 11 zur Drehachse 18 schaffen, um ein Zusammenfallen des Zentrums des Teilkreises der Löcher 15a mit der Drehachse 18 sicherzustellen.

Zum Körper des Supports 19 gehört ferner eine ringförmige Fläche 31, die mit der Stützfläche 22a des Bauteils 11 unmittelbar gegenüber der Bezugs- bzw. Auflagefläche 22 zusammenwirkt. Auch hier sind die Herstellungstoleranzen ausreichend genau, eine bedeutende Veränderung der Dicke des Bauteü 11 zu verhindern; infolgedessen hat die Zusammenwirkung der Fläche 31 mit dem Bauteil 11 eine befriedigende Ausrichtung des Bauteils zur Folge, wie sie erreicht würde, wenn die Berührung direkt mit der Fläche 22 hergestellt
würde.

Um das Bauteil 11 dicht mit der Fläche 31 in Zusammenwirkung zu bringen, kann der Support 19 beliebige geeignete
Greifglieder besitzen. Als Beispiel sind Klemmglieder 32
dargestellt, die in zur Drehachse 18 schräg verlaufenden
Führungsbahnen bewegbar sind, wie mittels des Pfeils 33 angedeutet ist, so daß an den Klemmgliedern vorgesehene Finger 34 in den Innenraum zwischen der inneren Randfläche 9 des Bauteils 11 zurückgezogen werden können, damit letzteres am Werkstücksupport 19 anbringbar bzw. von diesem entfernbar und auch mit der Fläche 31 in Berührung bringbar ist. Die Klemmglieder 32 können mittels geeigneter Einrichtungen,
beispielsweise mittels einer druckflüssigkeitsbetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit 32a betätigt werden.

Die Führungsbohrungen 7 und das Lager 35 üben jeweils die Kontrolle über die Lagebeziehung zwischen der Drehachse und der Bezugsachse des Werkstücks oder Bauteils 11 bzw. aus. Dennoch besteht die Möglichkeit eines Auslaufens aus der echten konzentrischen Beziehung bzw. Lage entweder durch

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eine radiale Auslenkung der Bezugsachse eines der beiden Bauteile in Hinblick auf die Drehachse 18 oder durch eine Winkelabweichung der Bezugsachse eines der beiden Bauteile in Hinblick auf die Drehachse 18. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, daß, wenn eine Schmelzverbindung zwischen den beiden Bauteilen hergestellt ist, die Bezugsachse des Bauteils 11 nicht konzentrisch zur Bezugsachse des Bauteils ist.

Da es die Bezugsachse des Bauteils 11 ist, die im Gebrauchszustand des Rades genau in eine konzentrische Lage zur Nabenachse gebracht wird, kann ein solcher Fehler eine ganz erhebliche Unwucht hervorrufen, wenn man berücksichtigt, daß es das Bauteil 10 ist, welches den verhältnismäßig schweren Reifen trägt.

Entsprechend sind an den Werkstücksupporten 16 und 19 Führungsteile zur Ausschaltung oder Verringerung dieser Fehlermöglichkeit vorgesehen.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist am Werkstücksupport 16 ein Führungsteil 36 angeordnet, das einen in axialer Richtung vorstehenden Zapfen mit einem irgendwie abgerundeten End- oder Nasenabschnitt 37 aufweist.

Das am Werkstücksupport 19 befindliche Führungsteil 38 ist von entsprechend komplementärer Form und wird im Inneren von der in radialer Richtung dargebotenen Fläche 38a gebildet.

Die radialen Abmessungen der beiden Führungsteile 36 und 38 schaffen einen genauen Gleitsitz zwischen den beiden Teilen und gewährleisten das notwendige Maß der Genauigkeit der radialen Zuordnung des einen Supports 16 zum anderen Sup port 19. Die sich in Axialrichtung erstreckende Länge der

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beiden Führungsteile 36 und 38 gewährleistet desweiteren die notwendige Genauigkeit in Hinblick auf die Winkellage zwischen den beiden Supporten 16 und 19.

Wie dargestellt ist, stehen die Führungsteile während des Reibungsschweißens miteinander im Eingriff. Bei dieser Ausbildung bzw. Anordnung kann das Führungsteil 36 mit mehreren Winkelabstände zueinander einhaltenden harten oder Druckteilen an seiner in radialer Richtung dargebotenen Fläche zur Zusammenarbeit mit einer im Inneren durchgehenden und in radialer Richtung dargebotenen Fläche bei 38 versehen sein.

Die Führungsteile können derart angeordnet sein, daß sie miteinander in Eingriff gelangen ausschließlich während des Schweißens, bei welchem die Relativdrehung zwischen dem Werkstücksupport beendet ist und Schmiededruck durch Mittel zur Bewirkung einer Axialbewegung in Richtung des Pfeils A ausgeübt wird.

Dies ist in Figur 5 dargestellt, wo das Führungsteil 36 in radialer Richtung bewegbare Stützeinsätze 36a zur Zusammen-

die wirkung mit der Fläche 38a mittels Nocken 36b aufweist, von einer Kolben-Zylinder-Einheit 36c betätigt werden; diese Einheit 36c wird ihrerseits zur Bewegung der Stützeinsätze in ihre äußeren Lagen ausschließlich in Abhängigkeit vom Einsetzen des Schmiededrucks in der Kolben-Zylinder-Einheit 36c betätigt. Diese Einheit kann über einen entsprechenden Hydraulikkreis mit der als Schmiedezylinder dienenden Hydraulikeinheit 3 in Verbindung stehen.

Bei der Ausführung einer Verschweißung besteht die erste Phase in der Drehung des Supports 19, wobei die Bauteile und 11 in Druckberührung in der Ebene 12 unter einem ausreichenden Druck gehalten werden, um Hitze in den einander

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benachbarten Schichten der Berührungsflächen der beiden Bauteile zu erzeugen. Diese Relativdrehung wird fortgesetzt, bis die Temperatur des Werkstoffs so hoch ist, daß sie die Ausführung einer Schmelzverbindung zuläßt.

Dann wird die Drehung durch Anwendung eines Bremsmittels am Werkstücksupport 19 gestoppt oder letzterem lediglich ermöglicht auszulaufen; hieran anschließend wird der Druck zwischen den Berührungsflächen aufrechterhalten oder gesteigert, sofern dies notwendig ist, um den Eintritt einer Schmelzverbindung zu gewährleisten.

Während dieser letzten Phase ist es von besonderer Bedeutung, die notwendige Konzentrizität zwischen den beiden Bauteilen 10 und 11 sicherzustellen.

Gemäß der Darstellung sind die Berührungsflächen an jedem Bauteil eben und liegen in einer sich im rechten Winkel zur Drehachse 18 erstreckenden Ebene.

Die Berührungsflächen können jedoch stattdessen auch kegelstumpf förmig sein.

Im ersten Fall wird die Lagebeziehung der Bauteile 10 und vollständig von der relativen Lagebeziehung zwischen den Werkstücksupporten 16 und 19 bestimmt, die bei der Umdrehung von den Führungsteilen 36 und 38 gesteuert bzw. kontrolliert werden. Infolge der ebenen Form der Berührungsflächen tritt keine Störung bzw. Behinderung der Einstellung der Lage eines Bauteils relativ zum anderen Bauteil an den Berührungsflächen in einer Richtung radial zur Drehachse 18 auf. Die Möglichkeit, daß das eine Bauteil eine Winkeleinstellung relativ zum anderen Bauteil erfährt, wird durch den Umstand gewährleistet, daß der Werkstoff in den Schichten in der Nähe der Berührungsflächen, als Vorbereitung für die Anwendung des Schmiededrucks erweicht wird und daß damit jede

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Anpassung des Werkstücks, die zur Angleichung an die von den Supporten 16 und 19 eingenommenen relativen Winkellagen notwendig ist, ohne Schwierigkeiten stattfinden kann.

Wenn die Berührungsflächen kegebtumpfförmig sind oder irgendeine andere Form aufweisen, von der ein gewisser Zwang zu einer radialen Verlagerung ausgeht, wird ebenfalls keine Schwierigkeit bei der gegenseitigen Anpassung der Arbeitsstücke in Übereinstimmung mit den von den Supporten 16 und 19 eingenommenen Radial- und Winkellagen wegen der Erweichung der in der Nähe der Berührungsflächen der Werkstücke gelegenen Schichten auftreten.

Anstatt das Bauteil 11 hinsichtlich seiner Winkellage mit Hilfe der Fläche 31 auszurichten, können die Löcher 15a im Bauteil 11 kegelstumpfförmig sein oder kegeIstumpfförmige Abschnitte aufweisen, die mit kegelstumpfförmigen Kragen oder Schultern an den Zapfen 30 zusammenarbeiten. In diesem Fall sorgen die Kragen oder Schultern sowohl für eine Radialais auch für eine Winkelausrichtung.

In einigen Fällen ist, wie in Figur 2 dargestellt ist, wo bereits beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, die Bezugsfläche, welche die Radialausrichtung für den Scheibenkörper des Rades schafft, nicht von den Wandungsflächen der Löcher gebildet, sondern von der inneren Randfläche 9 eines zentralen Durchbruchs im Scheibenkörper.

In diesem Fall kann der Werkstücksupport 19 mit einem Zentrieransatz 39 zur Zusammenwirkung mit der Randfläche 9 versehen sein. Die Zapfen 30 haben dann Spiel in Hinblick auf die Löcher 15a und haben dann nur eine Antriebsfunktion. Der Einfachheit halber sind die Klemmglieder 32 in Figur 2 weggelassen.

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Figur 3 stellt eine weitere Form dar, bei der bereits beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In diesem Fall sind die Führungsteile an den Werkstücksupporten von Endabschnitten 30a der Zapfen 30 und einem Ansatz 40 mit einer umlaufenden Nut 41 gebildet. Die Zapfen und die Nut 41 können so angeordnet sein, daß sie miteinander nur dann in Eingriff kommen, wenn die WerStücksupporte 16 und 19 sich relativ zueinander axial bewegen als Ergebnis der Stauchung zwischen den Bauteilen 10 und 11 unter dem Schmiededruck.

Eine ganz andere Form ist in Figur 4 dargestellt, wo wiederum bereits beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Führungsteile bestehen aus einem Abschnitt einer Überschiebemuffe 42 am Körper des Werkstücksupports 16, deren Innenfläche 43 die Außenfläche 44 eines zugehörigen zweiten Führungsteils 45 am Körper des Werkstücksupports 19 berührt.

Selbstverständlich können die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Führungsteile als Ersatz cder als Zusatz zu den in den Figuren 1 und 5 dargestellten Führungsteilen verwendet werden.

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Bauteile und 11 vor dem Bohren der Löcher 15a in letzterem und/oder vor dem Herstellen eines zentralen Durchbruchs in demselben miteinander zu verschweißen. In diesem Fall kam der Werkstücksupport 19 verändert werden, um das Bauteil 11 durch oder mit Bezug auf irgendwelche an demselben vorgesehene Bezugsflächenabschnitte festzuhalten, die sich zur Winkelausrichtung des Bauteils in Hinblick auf dessen Achse eignen, wie beispielsweise der Flächenteil 22. Die Löcher 15a und/oder der zentrale Durchbruch können nach dem Schweißen

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hergestellt werden.

Die Lage irdendeines solchermaßen gebildeten Bezugsflächenabschnitts ist dann selbstverständlich sorgfältig in Hinblick auf die Bezugsfläche des Felgenbereichs, z.B. die Auflageflächen 20 und 21 für den Reifen, zu bestimmen.

Obwohl das Verfahren, die Vorrichtung und das Erzeugnis gemäß der Darstellung den als Flachbettrad bekannten Radtyp betrifft, ist die Erfindung auch bei dem als Tiefbettrad bekannten Radtyp anwendbar und ebenso gut auch bei Werkstücken ganz allgemein, die durch Reibungsschweißen in genau koaxialer Beziehung miteinander verschweißt werden sollen.

Obwohl bei den unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Ausfuhrungsformen in Hinblick auf Räder das Reibungsschweißen offenbart ist, können selbstverständlich andere Schweißverfahren angewendet werden, insbesondere das Abbrennschweißen, das Unterpulverschweißen, das Elektronenstrahlschweißen. Wo diese die Drehung der Bauteile erfordern, die den offenbarten mit geeigneter Veränderung zum Drehen ähnlich sind, können beide Halter verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Reibungsschweißverfahren, bei dem Werkstücke in Supporten in relativen Lagen zum Reibungsschweißen gehalten werden, die so gehaltenen Werkstücke einer Kraft in einer Richtung unterworfen werden derart, daß Berührungsflächen der Werkstücke zu einem gegenseitig anliegenden Zusammenwirken unter Druck und zu einer Relativbewegung gezwungen sind zur Bewirkung einer reibenden Berührung zwischen den Berührungsflächen der Werkstücke, und bei dem, wenn die im Bereich der Berührungsflächen gelegenen Werkstoffschichten der Werkstücke eine zur Ausführung einer Schweißverbindung geeignete Temperatur erreicht haben, die Relativbewegung beendet wird und eine Kraft, hier Schmiedekraft genannt, zwischen den Berührungsflächen zur Anwendung gebracht wird zur Verschweißung der Werkstücke miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (10, 11) in ihren Supporten (16, 19) durch Zusammenwirken mit Bezugsflächen (20, 21 und 15, 22, 9) oder nahe an diesen gelegenen Stützflächen (20a, 21a und 22a) mit einer festen Lagebeziehung zu den Bezugsflächen (20, und 15, 22, 9) gehalten werden und die Radial- und/oder Winkelbeziehung zwischen den Werkstücken (10, 11) mindestens während der Einwirkung der Schmiedekraft durch Zusammenwirken von Führungsteilen (36, 41, 42 und 38, 30a, 45) an den Supporten (16, 19) gesteuert werden_; zusätzlich zu einer sich aus dem Anbau der Supporte (16, 19) an einem Tragkörper (1) ergebenden Steuerung.

2. Verfahren zur Herstellung eines Rades mit zur Aufnahme eines Pneus geeignetem Felgenbereich und einem den Felgenbereich tragenden und mit diesem verbundenen Scheibenkörper, wobei ein erstes Bauteil, das mindestens den Teil des Scheibenkörpers mit einer Bezugsfläche zur Bestimmung der Bezugsachse des Scheibenkörpers umfaßt, und ein zweites Bauteil,

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das mindestens den Teil des Felgenbereichs mit eine Bezugsfläche zur Bestimmung der Bezugsachse des Felgenbereichs bildenden Sitzflächen für einen Reifenwulst umfaßt, in Supporten gehalten und dann miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Supporte (16, 19) mit ihren Bauteilen (10, 11) an Bez^gsflachen (20, 21, 15, 22, 9) oder an nahe an diesen gelegenen Stützflächen (20a, 21a, 22a) mit einer vorbestimmten Lage"·-; beziehung zu diesen zusammenwirken zur Steuerung der radialen Exzentrizität oder der Winkelabweichung oder beider zwischen den Achsen des Scheibenkörpers und des Felgenbereichs.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Bauteile durch Reibungsschweißen miteinander vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Exzentrizität oder die Winkelabweichung oder beide zwischen den Achsen des Scheibenkörpers und des Felgenbereichs durch anliegende Zusammenarbeit mit an den Supporten (16, 19) vorgesehenen Führungsteilen (36, 41, 42 und 38, 30a, 45) gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, 4.aß das Anliegen der Führungsteile (36, 41, 4 5

42 und 38, 30a, 45JH₅^Uf die Phase des Reibungsschweißens beschränkt wird, in welcher die Relativbewegung zwischen den Berührungsflächen in einer reibenden Weise beendet ist und die Schmiedekraft zur Einwirkung gebracht wird.

5. Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken mit je einer eine Bezugsachse des Werkstücks bestimmenden Bezugsfläche, wobei die Vorrichtung Werkstücksupporte zur Festhaltung der Werkstücke mittels ihrer Bezugsflächen oder mittels in der Nähe der Bezugsflächen gelegener Stützflächen mit einer vorbestimmten Lagebeziehung zu diesen, Mittel für die Einwirkung einer Kraft auf mindestens einen Support

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in einer Richtung derart, um die Bezugsflächen der Werkstücke in anliegendes Zusammenwirken unter Druck zu bringen, und Antriebsmittel aufweist zur Bewegung mindestens eines Supports derart, um eine reibende Bewegung zwischen den Berührungsflächen zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Supporte (16, 19) Führungsteile (36, 41, 42 und 38, 30a, 45) aufweisen, die miteinander zusammenarbeiten zur Erzielung einer Steuerung der relativen Radial- und/oder Winkellagen der Supporte (16, 19) mindestens während der Schmiedephase des Reibungsschweißens, zusätzlich zu einer sich aus dem Anbau der beiden Supporte (16, 19) am Maschinenkörper (1) ergebenden Steuerung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (36, 38, 41, 30a, 42, 45) derart angeordnet sind, daß sie nur während der Phase des Reibungsschweißens anliegen, wenn die die reibende Berührung zwischen den Werkstücken bewirkende Relativbewegung zwischen den Supporten (16, 19) beendet ist und die Schmiedekraft zum Verbinden der Werkstücke zur Einbringung kommt.

7. Vorrichtung zum Reibungsschweißen nach einem der Ansprüche 5 und 6 zum Miteinanderverschweifien eines Felgenbereichs und eines Scheibenkörpers eines Rades, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Support (16) zur Zusammenwirkung mit als Reifensitz dienenden Bezugsflächen (20, 21) und/oder mit gegenüber diesen und an der Innenseite des den Felgenbereich umfassenden Bauteils (10) gelegenen Stützflächen (20a, 21a) und der andere Support (19) zur Zusammenwirkung mit Wandungen von Zapfenlöchern (15a) in dem den Scheibenkörper umfassenden Bauteil (11) oder zur Zusammenwirkung mit einer inneren Wandung (9) eines zentralen Durchbruchs im Scheibenkörper ausgebildet sind.

Für den Anmelder: Bremen, den 20.1.1972 Meissner & Bolte

^Anmelder* Siöef^^NKi?r^?!^ted Patentanwälte BILSTON,Stafford
Großbritannien

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