DE2206390C2 - Vorrichtung zum Reibungsschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Gaitung.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt (DE-OS 52 871). Dabei ist der Werkstückträger für das translatorisch bewegbare Werkstück blockförmig ausgebildet, unterhalb eines beispielsweise mittels einer pneumatischen Kolben/Zylinder-Einheit nach unten drückbaren, stationären Werkstückträgers für das andere Werkstück angeordnet, auf der waagerechten Basis über Kugeln abgestützt sowie entlang einer geradlinigen Bahn hin- und herbewegbar und über eine Kurbelstange direkt mit dem Exzenterentrieb verbunden. Zum Zusammenschweißen zweier Werkstücke werden diese am einen bzw. anderen Werkstückträger eingespannt, worauf der Exzenterantrieb eingeschaltet und der obere Werkstückträger nach unten gedrückt wird, um die beiden Werkstücke an den beiden aneinanderliegenden

ίο Stirnflächen unter Druck aneinander zu reiben und Reibungswärme zu erzeugen. Sobald die Schweißtemperatur erreicht ist, wird der Exzenterantrieb stillgesetzt, was in einer Stellung geschehen muß, in welcher die beiden Werkstücke miteinander fluchten, und wird der obers Werkstückträger mit größerer Kraft nach unten auf den unteren Werkstückträger zu gedrückt, um die beiden Werkstücke zusammenzuschweißen.

Als nachteilig wird insbesondere empfunden, daß der direkt mit dem geradlinig hin- und herbewegbaren Werkstückträger verbundene Exzenterantrieb die bei dessen Bewegung auftretenden, verhältnismäßig hohen Belastungen aufnehmen und für diese Bewegung relativ hohe Kräfte aufbringen muß. Insbesondere beim Zusammenschweißen von Metallwerkstücken sind die Belastungen und Kräfte sehr hoch, weil zur Erzeugung der erforderlichen Reibungswärme vor dem eigentlichen Schweißvc/gang die zusammenzuschweißenden Werkstücke mit beträchtlichem Druck gegeneinander gepreßi werden müssen und wenigstens eines der Werkstücke außerordentlich schnell entlang einer verhältnismäßig kleinen Bahn translatorisch bewegt werden muß. Wenig zufriedenstellend ist weiterhin, daß bei der Hin- und Herbewegung des Werkstücksträgers zwischen demselben und der Basis, gegen welche er durch den nach unten gedrückten, oberen Werkstückträger über die beiden Werkstücke gedrückt wird, eine nicht unbeträchtliche Wärmeentwicklung stattfindet und auch die dort vorgesehenen Kugeln sich verhältnismäßig stark erhitzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, bei welcher auf einfache Weise insbesondere die geschilderten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den restlichen Patentansprüchen gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die verhältnismäßig großen Reaktionskräfte, welche bei der Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers für das translatorisch bewegbare Werkstück während der Erzeugung von Reibungswärme auftreten, größtenteils auf die Basis übertragen, nicht aber auf den Exzenterantrieb. Da der Exzenterantrieb das Antriebsglied bzw. die Antriebsglieder mit einer Amplitude hin- und herbewegt, welche gegenüber derjenigen der Hin· und Herbewegung des Werkstückträgers wesentlich größer ist,

so sind die vom Exzenterantrieb aufzubringenden Kräfte entsprechend vermindert. Es ist ohne weiteres möglich, zur Erzeugung von Reibungswärme vor dem eigentlichen Schweißvorgang die zusammenziischweillenden Werkstücke mit sehr großer Kraft gegeneinander zu drücken und gegenseitig mit außerordentlich hoher Frequenz entlang einer sehr kleinen Bahn translatorisch zu bewegen, ohne daß insbesondere der Exzenteranineb extrem hohe Belastungen aufnehmen und Kräfte her-

vorbringen müßte sowie unzulässige Erwärmungen der Vorrichtung zu befürchten wären.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die zusammenzuschweißenden Werkstücke z;u· Erzeugung von Reibungswärme nicht nur entlang einer geraden Bahn gegenseitig translatorisch bewegt werden, sondern entlang irgendeiner geschlossenen Bahn, insbesondere einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn. Dieses vergrößert die Anwendungsmöglichkeiten beträchtlich, weil die Bfiwegungsbahn ohne weiteres entsprechend den jeweiligen Werkstückquerschnitten gewählt werden kann.

Auch ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das gegenseitige Zentrieren der zusammenzuschweißenden Werkstücke nach dem Erhitzen auf Schweißtemperatur und vor dem eigentlichen Schweißvorgang einfach und schnell möglich, insbesondere dann, wenn die Gleitbahnen für das bzw. jedes Antriebsglied gegenseitig parallel ausrichtbar sind. Stattdessen kann auch d^;t Exzentrizität des Exzenterantriebs bis zum Verschwinden veränderbar sein, was im Hinblick auf die relativ geringen aufzunehmenden Belastungen und aufzubringenden Kräfte auf einfache Weise verwirklicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Zusammenschweißen von Werkstücken aus Metall oder Kunststoff verwendet werden. Es ist nicht nur möglich, damit jeweils zwei Werkstücke zusammenzuschweißen, sondern es können auch mehrere Werkstückpaare gleichzeitig zusammengeschweißt werden. Beim Gegeneinanderdrücken der zusammenzuschweißenden Werkstücke kann entweder der hin- und herbewegöare Werkstückträger auf den anderen Werkstückträger für das oder die ruhenden Werkstücke zu belastet werden oder umgekehrt. Auch muß der andere Werkstückträger nicht unbedingt feststehen, sondern kann er gleichfalls hin- und herbewegbar sein, und zwar entlang einer komplementären Bahn. Schließlich ist es möglich, den hin- und herbewegbaren Werkstückträger nicht selbst anzutreiben, sondern stattdessen damit gekoppelte Gegengewichte zum Ausgleich der bei der Hin- und Herbewegung auftretenden Massenkräftc, welche sich gegenläufig zum Werkstückträger bewegen.

Nachstehend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt schematisch

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, und zwar in der Ansicht senkrecht zur Bewegungsebene des hin- und herbewegbaren Werkstückträgers;

F i g. 2 die Ansicht entsprechend F i g. 1 einer zweiten Ausführungsform;

Fig.3 die Ansicht entsprechend Fig. 1 und 2 einer besonders ausgebildeten Basis;

Fig.4 die Ansicht entsprechend Fig. 1 und 2 einer dritten Ausführungsform, welche der zweiten Ausführungsform ähnlich ist; F i g. 5 den Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4;

F i g. 6 und 7 jeweils die Ansicht entsprechend F i g. 4 einer Variante der dritten Ausführungsform;

F i g. 8 eine Stirnansicht einer Variante des Antriebsgliedes gemäß Fig. 5;

F i g. 9 und 10 jeweils eine Zwangszuführung für den hin- und herbewegbaren Werkstückträger zur Verhinderung eines Kippens desselben, und zwar in der Ansicht senkrecht zur Bewegungsebene des Werkstückträgers; b5

F i g. 11 den senkrechten Längsschnitt entlang der Linie 11-11 in F i g. 12 einer vierten Ausführungsform; und F i a. 12 den senkrechten Querschnitt entlang der Linie 12-12 in Fig. U.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 weist einen Werkstückträger auf, welcher aus einem Spannfutter 11 sowie einem Tisch 12 besteht Im Spannfutter 11 auf dem Tisch 12 ist ein Werkstück 10 eingespannt Der Tisch 12 ist zwischen zwei Führungen 13 senkrecht verschieblich angeordnet Die Unterseite des Tisches 12 ist geneigt und bildet eine Gleitbahn B. Ein blockförmiges Antriebsglied 14 ist zwischen der Gleitbann B und einer sich horizontal erstreckenden Gleitbahn A auf einer Basis 15 hin- und herbeweglich geführt. Der Winkel zwischen den beiden Gleitbahnen A und 8 ist wesentlich kleiner als 45°. Das Antriebsglied 14 ist drehbar mit einem Ende einer Kurbelstange 16 verbunden, deren anderes Ende an einem Kurbelzapfen 17 eines rotierenden Rades 18 angreift. Die Hin- und Herbewegung des Antriebsgliedes 14 bewirkt eine vertikale Auf- und Abbewegung des Werkstückträgers und des Werkstückes 10 mit einer Amplitude, welche kleiner als die Bewegungsamplitude des Antriebsgliedes 14 ist. Die Vorrichtung nach F i g. 1 mit geradlinig hin- und herbewegbarem Werkstückträger ist besonders für das Zusammenschweißen von Werkstücken 10 geeignet, welche bezüglich ihrer Breite verhältnismäßig lang sind, wie beispielsweise Metallplatten.

Die Vorrichtung nach F i g. 2 unterscheidet sich dadurch von derjenigen nach F i g. 1, daß die Führungen 13 für den Tisch 12 fehlen und stattdessen zusätzlich zu dem ersten Antriebsglied 14, der ersten Basis 15 mit der Gleitbahn A, der Gleitbahn B am Tisch 12 und der ersten Kurbelstange 16 ein zweites Antriebsglied 14', eine zweite Basis 15' mit einer Gleitbahn A', eine weitere Gleitbahn ß'am Tisch 12 und eine zweite Kurbelstange 16' vorgesehen sind. Am Werkstückträger sind statt eines einzelnen Werkstücks 10 vier Werkstücke 10' eingespannt, welche gemeinsam jeweils entlang einer geschlossenen Bahn bewegbar und jeweils mit einem entsprechenden, zweiten Werkstück zusammenschweißbar sind. Beim Umlauf des Rades 18 wird der Werkstückträger bzw. der Tisch 12 zusätzlich zur ersten Hin- und Herbewegung mittels des Antriebsgliedes 14 noch in einer zweiten Richtung mit derselben Frequenz hin- und herbewegt, und zwar mit Hilfe des zweiten Antriebsgliedes 14'. Die Bahn, entlang welcher sich der Tisch 12 bewegt, hängt von der Phasenbeziehung zwischen den zueinander senkrechten Hin- und Herbewegungen und ihren relativen Amplituden ab und kann eine Gerade, eine Ellipse, ein Kreis oder eine ähnliche Figur sein. Im dargestellten Fall sind die beiden Gleitbahnen B und B' des Werkstückträgers bzw. Tisches 12 rechtwinklig zueinander angeordnet, jedoch ist dieses nicht unbedingt erforderlich. Die beiden Gleitbahnen B und B' können einen Winkel im Bereich zwischen 60° und 70° und 120° oder 130° einschließen, wobei allerdings ein Winkel von 90° oder etwa 90° bevorzugt ist.

Auch bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2 werden die beiden Antriebsglieder 14 und 14' mittels eines Exzenterantriebs ähnlich demjenigen der Vorrichtung nach F i g. 1 bewegt, wobei diese Hin- und Herbewegung von dem gleichförmig umlaufenden Rad 18 abgeleitet wird. Dessen Drehachse ist im Schnittpunkt oder in der Nähe des Schnittpunktes der beiden Gleitbahnen A und A' angeordnet, wobei die beiden Kurbelstangen 16 und 16' mi: den den Antriebsgliedern 14 und 14' abgewandten Enden an demselben, zur Drehachse exzentrischen Kurbelzapfen 17 des Rades 18 angreifen, so daß für die beiden Antriebsglieder 14 und 14' angenähert einfache harmonische Uewegungen, gegenseitig um 90° phasen-

verschoben, erzielt werden und der Werkstückträger bzw. Tisch 12 sich entlang einer im wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Bahn bewegt. Auch eine solche Ausbildung des Exzenterantriebs ist möglich, wobei die beiden Antriebsglieder 14 und 14' jeweils von einem gesonderten, gleichförmig umlaufenden Rad 18 her angetrieben werden.

Die bei der Hin- und Herbewegung des Werkstückes 10 bzw. der Werkstücke 10' auftretenden Kräfte und Belastungen, welche oft und insbesondere beim Verschweißen von Metallwerkstücken sehr groß werden können, werden kaum auf den Exzenterantrieb übertragen, sondern im wesentlichen von der Gleitbahn A bzw. den Gleitbahnen A und A'aufgenommen, und zwar um so mehr, je kleiner der Winke! zwischen dem Gleitbahn- !5 paar A und B bzw. zwischen jedem Gleitbahnpaar A und B bzw. A' und B' ist, und um so weniger, je näher dieser Winkel dem Wert von 45° kommt. In praxi wird ein Winkel von etwa 30° angewendet, jedoch kann auch ein noch kleinerer Winkel, beispielsweise ein Winkel zwischen 7° und 10°, gewählt werden. Wie dargestellt, sind die Gleitbahnen A und B bzw. A, B, A', und B' jeweils vorzugsweise geradlinig ausgebildet, jedoch ist dieses nicht unbedingt erforderlich. Die eine und/oder die andere Gleitbahn des bzw. jedes Paares A und B bzw. Λ 'und ß'kann geringfügig gekrümmt sein.

Im Betrieb werden bei den Vorrichtungen gemäß F i g. 1 und 2 der Werkstückträger bzw. Tisch 12 und das Werkstück 10 bzw. die Werkstücke 10' zunächst so bewegt, wie geschildert, um das Werkstück 10 bzw. jedes Werkstück 10' am zugehörigen, nicht dargestellten Werkstück zu reiben, mit welchem es verschweißt werden soll. Sobald die erforderliche Schweißtemperatur aufgrund der so erzeugten Reibungswärme erreicht ist, werden das Werkstück 10 bzw. jedes Werkstück 10' und das zugehörige, nicht dargestellte Werkstück aufeinander ausgerichtet und in der Regel mit erhöhtem Druck gegeneinander gepreßt. Bei diesem eigentlichen Schweißvorgang ist es normalerweise erforderlich oder zumindest wünschenswert, das Werkstück 10 bzw. jedes Werkstück 10' in die Mitte seiner Bewegungsbahn zu bringen und dort zu halten, was grundsätzlich auf zwei unterschiedliche Arten und Weisen geschehen kann, nämlich einmal dadurch, daß man den Kurbelzapfen 17 des Rades 18 während des Umlaufs desselben verschiebt, so daß er mit dessen Drehachse zusammenfällt, oder zum anderen dadurch, daß man das Gleitbahnpaar A und B bzw. jedes Gleitbahnpaar A und B bzw. A' und ß'während des Umlaufes des Rades 18 parallel zueinander ausrichtet. Die besagte Bewegungsmöglichkeit des Kurbelzapfen·. 17 kann beispielsweise so verwirklicht werden, daß man zwei ineinandersitzende Exzenterbüchsen vorsieht, welche gegenseitig zwischen zwei Stellungen verdrehbar sind, in welchen maximale Exzentrizität gegeben ist bzw. ihre beiden Exzentrizitäten sich gegenseitig aufheben. Auch kann der Exzenterantrieb zu dem besagten Zweck so ausgebildet werden, wie in der DE-OS 20 56 773 beschrieben.

Fig.3 veranschaulicht eine Ausgestaltung, welche die geschilderte Ausrichtbarkeit des bzw. jedes Gleitbahnpaarcs A und Bbzw. A 'und ß'gcwährleistet. Es ist ein Lagerglicd 19 vorgesehen, welches auf einer Seite die geradlinige Gleitbahn A bzw. A 'und auf der anderen Seite eine bogenförmige, konvexe Oberfläche 21 aufweist, mit welcher das Lagerglied 19 an einer komple- es mentär ausgebildeten, konkaven Oberfläche eines Basisgliedes 22 anliegt, so daß das Lagerglied 19 somit die Gleitbahn A bzw. A'um den Krümmungsmittelpunkt 23 der konvexen Oberfläche 21 und der komplementären, konkaven Oberfläche des Basisgliedes 22 gekippt werden kann. Stattdessen kann bei einer einfacher herzustellenden Variante das Lagerglied 19 auch zwei seitliche, parallele, aufwärts gerichtete Supporte mit je einem nach außen gerichteten Lagerzapfen aufweisen, wobei die beiden Lagerzapfen koaxial zueinander angeordnet und jeweils in einem feststehenden Lager aufgenommen sind. Die beiden Lagerzapfen bilden sozusagen zwei Teile einer Welle mit einer mittleren Aussparung, durch welche das jeweilige Antriebsglied 14 bzw. 14' hindurchlaufen kann. Auch bei dieser Konstruktion kann das Lagerglied 19 um die Achse 23 geschwenkt werden.

Die schwenkbare bzw, kippbare Anordnung der Gleitbahn A bzw. A' ist gegenüber einer solchen der anderen Gleitbahn B bzw. B'bevorzugt, weil im letztgenannten Fall Verstellungen an einem sich bewegenden Bauteil, nämlich dem Werkstückträger bzw. Tisch 12, vorgenommen werden müßten. Die Schwenk- bzw. Kippachse 23 läuft durch die Mitte des Antriebsgliedes 14 bzw. 14', wenn es sich in der Mitte seiner Hin- und Herbewegung befindet. Wird eine andere Anordnung gewählt, wobei das Werkstück 10 bzw. jedes Werkstück 10' einerseits und das damit zusammenzuschweißende, nicht dargestellte Werkstück andererseits zunächst bei parallel ausgerichteten Gleitbahnen A und B bzw. A' und B' aufeinander ausgerichtet werden und anschließend die Gleitbahn A bzw. A'zur Erzeugung von Reibungswärme gekippt wird, dann bewegt sich das Werkstück 10 bzw. bewegen sich die Werkstücke 10' entlang einer linearen oder geschlossenen, insbesondere kreisförmigen Bahn, welche bezüglich des anderen, stationären Werkstücks bzw. der anderen, stationären Werkstücke asymmetrisch liegt, was weniger bevorzugt ist.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 4 weist einen aus einem Tisch 24 und einem Spannfutter 24' bestehenden Werkstückträger auf. Im Spannfutter 24' ist ein zu verschweißendes Werkstück 26 eingepannt. Im dargestellten Fall ist der Tisch 24 waagerecht ausgebildet, jedoch ist auch eine andere Lage möglich. Der Werkstückträger ist dreieckig ausgebildet, und zwar weist er in der Seitenansicht gemäß F i g. 4 die Gestalt eines gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks auf, wobei der obenliegende Tisch 24 dessen Grundlinie bildet. An den beiden Schenkeln des Dreiecks sind die beiden Gleitbahnen B und B' vorgesehen, welche jeweils von einer Schiene 25 mit T-förmigem Querschnitt gebildet sind. Die beiden Schienen 25 sind mit ihren beiden Mittelstiegen in einer gemeinsamen, senkrechten Ebene angeordnet, wobei ihre beiden Qüerflansche jeweils mit der Senkrechten einen Winkel von 45° einschließen, wie F i g. 4 zeigt.

Jede Schiene 25 ist von einem hin- und herlaufenden, blockförmigert Antriebsglied 27 umfaßt, welches auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils einen im QuerschniU T-förmigen Schlitz zur Aufnahme der jeweiligen Schiene 25 bzw. einer zugehörigen, ähnlich ausgebildeten und feststehend angeordneten Schiene 28 aufweist Die beiden Schlitze jedes Antriebsgliedes 27 sind in einem verhältnismäßig kleinen Winkel von beispielsweise T oder 10" zueinander gcncigi. ebenso wie die beiden Schienen 25 und 28 jedes zusammengehörigen Paares, wobei im dargestellten, bevorzugten Fall die beiden jeweils die Gleitbahn A bzw. A' bildenden Schienen 28 jeweils mit der Senkrechten einen Winkel kleiner als 45" einschließen. Die Bewegung jedes Antriebsgliedes J!7 entlang der zugehörigen Schiene 28 bewirkt, daß sich der Werkstückträger rechtwinklig zur

zugehörigen Schiene 25 bewegt, wobei das gegenseitige Verhältnis der Bewegungsstrecke des Antriebsgliedes 27 und der Bcwegungsstrcekc des Werkstückträgers von demjenigen Winkel abhängt, welchen die beiden vom Antriebsglicd 27 umfaßten Schienen 25 und 28 einschließen.

Wenn die beiden Antriebsglieder 27 einfache harmonische Bewegungen vollführen, welche gegenseitig um 90° phasenversetzt sind, dann bewegt sich der Werkstückträger entlang einer kreisförmigen Bahn. Dabei ist es für praktische Zwecke ausreichend, wenn die Antriebsglieder 27 nur angenähert einfache harmonische Bewegungen ausführen. Gemäß Fig.4 werden die beiden Antriebsglieder 27 mit Hilfe einer Kurbelwelle 29 bewegt, welche um eine waagerechte, zur Bewegungsebene des Werkstückträgers senkrechte Achse umläuft. Der Mittelpunkt jedes Antriebsgliedes 27 ist mit einem Ende einer Kurbelstange 30 drehbar verbunden, welche mit dem anderen Ende drehbar an der Kröpfung 31 der Kurbelwelle 29 angreift. Jede Kurbelstange 30 erstreckt sich ungefähr parallel zum zugehörigen Gleitbahnpaar A und B bzw. A'und B'. Es ist auch möglich, zwei Kurbelwellen 29 zu verwenden, deren Achsen in einer gemeinsamen waagerechten Ebene liegen, welche etwas oberhalb des Tisches 24 oder der Kurbelwelle 29 gemäß F i g. 4 verläuft.

Um das Werkstück 26 und das damit zusammenzuschweißende, nicht dargestellte Werkstück gegenseitig ausrichten zu können, kann die Kröpfung 31 derart verstellbar ausgebildet sein, daß sie bei umlaufender Kurbelwelle 29 in eine zu deren Drehachse koaxiale Position gebracht werden kann, was beispielsweise auf die Art und We^:se gemäß DE-OS 20 56 773 verwirklicht werden kann. Stattdessen kann jedoch die Vorrichtung gemäß F i g. 4 auch mit einem Exzenterantrieb versehen werden, bei dem die Kröpfung 31 der Kurbelwelle 29 nicht verstellbar ist, sondern vielmehr eine feste Exzentrizität der Drehachse der Kurbelwelle 29 aufweist, wie oben geschildert.

In Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig.4 kann die Kröpfung 31 der Kurbelwelle 29 in einen Schlitz in einer querliegenden Verbreiterung eingreifen, welche an dem benachbarten Ende jeder der beiden Kurbelstangen 30 ausgebildet ist, wobei die Bewegung jeder Kurbelstange 30 auf eine geradlinige Bahn beschränkt ist und der jeweilige Schlitz sich rechtwinklig dazu erstreckt, so daß jedes Antriebsglied 27 eine wirkliche einfach-harmonische Bewegung ausführt.

Bei der Variante gemäß F i g. 6 greift die Kurbelwelle 32 mit der exzentrischen Kröpfung 33 in ein mittiges Loch eines dreieckigen Mitnehmers 34 ein, welcher an zwei Ecken mit der einen bzw. der anderen Kurbelstange 30 und an der dritten, den Kurbelstangen 30 abgewandten Ecke mit einem Block 35 gelenkig verbunden ist welcher zwei parallelen Schienen 36 entlang einer mit der Drehachse der Kurbelwelle 32 fluchtenden Bahn hin- und herbewegbar ist

Bei der Variante gemäß F i g. 7 fehlen der Block 35 und die Schienen 36. Stattdessen ist der Mitnehmer 34 an der dritten Ecke mit einem Ende einer Stange 37 gelenig verbunden, welche am anderen Ende an eine feststehende Unterlage 38 angelenkt ist und sich etwa rechtwinklig zur Verbindungslinie zwischen der Drehachse der Kurbelwelle 32 und der dritten Ecke des Mitnehmers 34 erstreckt Während bei der Variante gemäß F i g. 6 die dritte Ecke des Mitnehmers 34 entlang einer Geraden hin- und herbeweglich geführt ist ist sie bei der Variante gemäß Fig.7 entlang einer schwachgekrümmten, angenähert geradlinigen Bahn hin- und herbeweglich geführt.

Wenn, wie erwähnt, ein Exzenterantrieb mit fester Exzentrizität vorgesehen ist, dann werden die Schienen 28 verstellbar angeordnet, um sie parallel zur jeweils zugehörigen Schiene 25 ausrichten zu können, in welchem Fall der Werkstückträger sich auch bei hin- und herlaufenden Antriebsgliedern 27 nicht mehr bewegt. Die Schienen 28 können dabei jeweils so angeordnet

ίο und gelagert werden, wie oben in Verbindung mit Fig. 3 geschildert.

Um diese gegenseitige Verstellung jedes Paares von Schienen 25 und 28 zu erleichtern, ist das zugehörige Antriebsglied 27 gemäß F i g. 8 mehrteilig ausgebildet.

Es besteht dabei aus zwei Teilen 39 und 40 mit je einem im Querschnitt T-förmiger. Schlitz zur Aufnahme der zugehörigen Schiene 28 bzw. 25 und mit je zwei Zungen 41 bzw. 42. Durch die Zungen 41 und 42 erstreckt sich ein zur Längsrichtung der Schlitze senkrechter Gelenkbolzen 43, welcher in der Mitte zwischen den beiden Zungen 41 des Teils 39 auch das benachbarte Ende der zugehörigen Kurbelstange 30 durchsetzt. Wenn die beiden Schienen 28 gegenüber den beiden Schienen 25 verstellt werden, dann drehen sich die Teile 39 und 40 jedes Antriebsgliedes 27 gegenseitig dementsprechend. Zur schnellen gegenseitigen Verstellung der Gleitbahnen A und B sowie der gegebenenfalls vorgesehenen Gleitbahnen Λ'und B' in parallele Lage kann eine pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen werden, welche bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 zwischen dem Lagerglied 19 und dem Basisglied 22 wirkt. Im Fall von zwei Gleitbahnpaaren A und B sowie A'und ß'kann jedem eine solche Kolben/Zylinder-Einheit zugeordnet werden, oder aber es kann auch nur eine Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen werden, mit welcher die beiden Gleitbahnpaare A und B sowie A' und B' derart gekoppelt sind, daß sie gleichzeitig betätigt werden. In jedem Fall ist es bevorzugt, einstellbare Anschläge für die verstellbaren Gleitbahnen vorzusehen. Bei der Antriebsgliedausbildung gemäß F i g. 8 kann die Gleitbahnverstellung auch dadurch erfolgen, daß die beiden Teile 39 und 40 durch einen geeigneten Antrieb gegenseitig verstellt werden, um eine der zugehörigen Gleitbahnen A und B bzw. A 'und ^'entsprechend mitzunehmen, welche dann frei kipp- bzw. schwenkbar ausgebildet ist. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, zwischen dem Antriebsglied 14 bzw. jedem der Antriebsglieder 14 und 14' bzw. 27 und den zugehörigen Gleitbahnen A sowie B bzw. A' sowie B' eine gleitende Berührung vorzusehen, sondern können stattdessen dort auch Rollenlager eingesetzt

I

WCiUCIl.

F i g. 9 und 10 veranschaulichen Zwangsführungen für den Werkstückträger 44 bzw. 49, welche verhindern, daß er um eine zu seiner Bewegungsebene senkrechte Achse kippt Die Zwangsführung gemäß F i g. 9 funktioniert ähnlich einer Oldham-Kupplung. Wesentlicher Bestandteil ist ein Gleitkreuz bestehend aus zwei zueinander rechtwinkligen, mittig miteinander verschweißten Gleitbolzen 46 und 47, welche jeweils in einem Längsschlitz 45 des Werkstückträgers 44 bzw. zwischen zwei feststehend angeordneten Schienen 48 längsbeweglich sind. Bei der Zwangsführung gemäß Fig. 10 sind zwei Parallelogrammgestänge 50 und 53 sowie ein L-förmiges Zwischenglied 51 wesentlich. Die beiden Parailelogrammgestänge 50 und 53 sind jeweils zwischen dem einen Arm des Zwischengliedes 51 und dem Werkstückträger 49 bzw. zwischen dem anderen Arm des Zwi-

schengliedes 51 und einem feststehend angeordneten Auflager 52 angeordnet, so daß der Werkstückträger 49 sich bezüglich des Auflagers 52 zwar in Fig. 10 auf- und ab sowie gleichzeitig seitlich hin- und her bewegen kann, nicht aber um eine zur Zeichnungsebene senkrechte Achse kippen kann.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 11 und 12 sind die beiden zusammenzuschweißenden Werkstücke 54a und 54b jeweils in einem Spannfutter 54 bzw. 54' eingespannt, welches auf einem Tisch 57 bzw. einem Träger 55 angebracht ist. Der Träger 55 ist am Gestell 56 der Vorrichtung entlang einer geraden Bahn beweglich geführt und in F i g. 11 nach rechts drückbar, beispielsweise mittels einer pneumatischen Kolben/Zylinder-Einheit. Der Tisch 57 ist Teil eines beweglichen Werkstückträgers, welcher weiterhin eine senkrechte Platte 58, eine Abstützung 59 für den Tisch 57, ein Gegengewicht 60, ein zweites Spannfutter 61 und ein zweites Gegengewicht 62 aufweist. Die Mittelebene der Platte 58 ist identisch mit derjenigen Ebene, in welcher die gegeneinander reibenden Flächen der beiden Werkstücke 54a und 54b liegen. Das erste Gegengewicht 60 verdoppelt sowohl die Masse als auch die Form des Tisches 57 und der Abstützung 59 und bewirkt, daß der Massenschwerpunkt des Werkstückträgers in der Mitte der Platte 58 liegt. Demselben Zweck dienen das Spannfutter 61 und das zweite Gegengewicht 62. Das Spannfutter 61 ist als Gegengewicht für das Spannfutter 54 vorgesehen. Das zweite Gegengewicht 62 entspricht dem Werkstück 54a und wird zum Ausgleich desselben in das Spannfutter 61 eingespannt.

Eine untere Verlängerung 63 der Platte 58 weist eine rechteckige Aussparung 64 auf, deren Unterkante und Oberkante zwei Gleitbahnen B bilden, an welchen ein als rechteckige Platte ausgebildetes Aniriebsglied 65 angreift. In der Mitte des Antriebsgliedes 65 ist ein schmetterlingsflügelförmiges Loch 66 mit kugeligen Auswölbungen ausgebildet, welche zwei halbkugelige Lagerglieder 67 aufnehmen. Letztere liegen mit den einander gegenüberliegenden Flächen gleitend an der einen bzw. der anderen Seite eines Führungsgliedes 68 an, welches an einer im Gestell 56 drehbar gelagerten Welle 69 befestigt ist. Eine Exzenterscheibe 70 der Welle 69 ist zur schnellen Verstellung des Führungsgliedes 68 aus der geneigten Position gemäß F i g. 12 in die waagerechte Position beispielsweise mit einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit verbunden.

Das Antriebsglied 65 weist einen seitlichen Arm 71 auf, welcher am freien Ende mit einem Flansch 72 versehen ist. Beiderseits desselben sind zwei halbkugelige Lagerglieder 73 vorgesehen, welche in zwei halbkugeligen Lagersitzen ^ines L-förmigen Antriebshebels 74 aufgenommen sind. Letzerer ist so angeordnet, daß er sich ohne Rotation entlang einer kreisförmigen Bahn bewegen kann, wozu seine Arme mit zwei ähnlichen Exzentern 75 unveränderlicher Exzentrizität drehbar verbunden sind, während der Mittelpunkt mit einem angetriebenen Exzenter 76 derselben Exzentrizität drehbar verbunden ist. Die horizontale, sinusförmige Bewegungskomponente des Antriebshebels 74 wird auf den Arm 71 des Antriebsgliedes 65 übertragen.

Bei der durch den Antriebshebel 74 bewirkten Hin- und Herbewegung des Antriebsgliedes 65 gleitet es mit den beiden Lagergliedern 67 auf dem Führungsglied 68, nämlich entlang der beiden Gleitbahnen A desselben. Ist dabei das Führungsglied 68 gemäß Fig. 12 geneigt, dann bewegt sich das Antriebsglied 65 bei jeder horizontalen Hin- und Herbewegung senkrecht auf und ab.

und zwar mit einer Amplitude entsprechend der Neigung des Führungsgliedes 68. Die senkrechte Bewegungskomponen'.c des Antriebsgliedes 65 wird über die Gleitbahnen B auf den beweglichen Werkstückträger übertragen. Um ihn bei hin- und herlaufendem Antriebsglied 65 stillzusetzen, genügt es. das Führungsglied 68 waagerecht einzustellen.

Gemäß Fig. 12 ist die Platte 58 an einer Seile mit zwei weiteren, ähnlichen Anordnungen bestehend jeweils aus einer Verlängerung 63' mit einer Aussparung 64', einem Antriebsglied 65' mit einem Loch 66' und zwei Lagergliedern 67' und einem Führungsglied 68' an einer Welle 69' versehen, wobei die beiden Antriebsglieder 65' an demselben Arm 7Γ vorgesehen sind, welcher über einen Flansch 72' und zwei Lagerglieder 73' so mit dem Antriebshebei 74 verbunden ist. wie der Arm 7i des Antriebsgliedes 65. Das Vorsehen von zwei Antriebsanordnungen auf einer Seite der Platte 58 verhindert jegliches Kippen des Werkstückträgers, so daß eine Zwangsführung ähnlich derjenigen gemäß Fig.9 oder 10 überflüssig ist.

Die beiden Führungsglieder 68' müssen stets mit derselben Neigung eingestellt werden. Wenn alle drei Führungsglieder 68 und 68' mit derselben Neigung eingestellt sind, dann wird der Werkstückträger durch den Antriebshebel 74 entlang einer kreisförmigen Bahn translatorisch bewegt. 1st dagegen das Führungsglied 68 anders als die beiden Führungsglieder 68' geneigt, dann bewegt sich der Werkstückträger entlang einer eiliptisehen oder sogar geradlinigen Bahn. Wenn sämtliche Führungsglieder 68 und 68' nicht gezeigt sind, dann bleibt der Werkstückträger in Ruhe, und zwar auch dann, wenn der Antriebshebel 74 in Betrieb ist.

Um Unwuchten auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

sind beim Antriebshebel 74 die Mittelpunkte der beiden Sätze von Lagergliedern 73 und 73' jeweils auf der Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des angetriebenen Exzenters 76 und dem Mittelpunkt des am betreffenden Arm des Antriebshebels 74 angreifenden Exzenters 75 angeordnet, und zwar in einem Abstand vom Mittelpunkt des angetriebenen Exzenters 76. welcher halb so groß wie der Abstand vom Mittelpunkt des Exzenters 75 ist. Weiterhin sind drei Gegengewichte gleicher Masse vorgesehen, welche jeweils an dem einen bzw. dem anderen Exzenter 75 bzw. am angetriebenen Exzenter 76 befestigt sind und deren Gesamtmasse der Masse des Antriebshebels 74 entspricht, so daß der Massenmittelpunkt der Gegengewichte und des Antriebshebels 74 als Ganzes fest bleibt. Vorzugsweise liegt der Massenmittelpunkt des Antriebshebels 74 in der Mittelebene der Platte 58 und ist jedes Gegengewicht in zwei gleiche Teile geteilt, welche auf der einen bzw. auf der anderen Seite des Antriebshebels 74 angeordnet sind, so daß ihr Massenmittelpunkt in derselben Ebene liegt.

Um die bei der schnellen Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers auftretenden Kräfte zu kompensieren, ist der zwischen zwei zur Richtung seiner Bewegungen parallelen Stützplatten 77 des Gestells 56 angeordnete Werkstückträger mit vier Gegengewichten 78 versehen, wobei hinter jeder Stützplatte 77 zwei Gegengewichte 78 angeordnet sind, und zwar beiderseits der Abstützung 59 bzw. des entsprechenden Gegengewichts 60. Jedes Gegengewicht 78 ist mit der Platte 58 des Werkstückträgers durch zwei Kupplungsstangen 79 mit je zwei kugeligen Verbreiterungen 80 und 81 an den beiden Enden und einer kugeligen Verbreiterung 82 in der Mitte verbunden, welche jeweils in einem Lager-

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block des Gegengewichts 78 bzw. der Platte 58 bzw. in einer Lagerbüchse der benachbarten Stützplatte 77 aufgenommen sind. An jedem Gegengewicht 78 ist ein zusätzliches Gewicht 83 zur Kompensation von Gewichtsveränderungen bei den Spannfuttern 54 und 61, dem ^r> Werkstück 54a und dem Gegengewicht 62 lösbar befestigt. Die Kupplungsstangen 79 können jeweils um den Mittelpunkt der mittleren Verbreiterung 82 in der jeweiligen Stützplatte 77 schwingen, wobei der Verbreiterung 81 umschließende, in der Platte 58 senkrecht zu to deren Ebene beweglich angeordnete Lagerblock sich entsprechend verschiebt. Bei jeder Bewegung des Werkstückträgers bewegen sich die Gegengewichte 78 in der entgegengesetzten Richtung, und zwar um dieselbe Strecke. Die Bewegungsstrecke der Gegengewichte 78 wird größer als diejenige des Werkstückträgers, wenn die Drehpunkte bzw. die Verbreiterungen 82 der Kupplungsstangen 79 aus ihrer Mitte näher an den Werkstückträger verlegt werden, wobei die Masse der Gegengewichte 78 dann entsprechend verringert werden kann.

Statt bei der Vorrichtung nach Fig. 11 und 12 den Werkstückträger direkt anzutreiben, ist es auch möglich, mindestens eines der Gegengewichte 78 mittels des Antriebsgliedes 65 anzutreiben, um den Werkstückträger sich entgegengesetzt bewegen zu lassen. Auch muß nicht unbedingt der stationäre Träger 55 beim Erzeugen von Reibungswärme und beim anschließenden Schweißvorgang auf den beweglichen Werkstückträger zu gedrückt werden, sondern kann umgekehrt letzterer beispielsweise mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit auf den stationären Träger 55 zu gedrückt werden. In jedem Fall sind geeignete Lager, beispielsweise hydrostatische Lager 84 gemäß F i g. 11, zur Aufnahme der auf den beweglichen Werkstückträger einwirkenden Axialdrücke vorzusehen.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 11 und 12 werden die beiden Werkstücke 54a und 54b zur Erzeugung von Reibungswärme beispielsweise mit einer Kraft von etwa 5 to gegeneinander gedrückt, wobei der bewegliche Werkstückträger das Werkstück 54a aus Metall entlang einer Bahn mit einem Radius von 3,18 mm mit einer Frequenz von 3000 Zyklen pro Minute bewegt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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55

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Reibungsschweißen unter Erzeugung von Reibungswärme durch translatorische Bewegung eines der beiden miteinander zu verschweiBenden Werkstücke gegenüber dem anderen Werkstück, welche einen mittels eines Exzenterantriebs bezüglich einer Basis hin- und herbewegbaren Werkstückträgers für das translatorisch bewegbare Werkstück aufweist, gekennzeichnet durch ein mit dem Exzenterantrieb (16, 17, 18; 29, 30, 31; 30,32,33,34,35,36; 30,32,33,34,37.38; 74, 75, 76) verbundenes Antriebsglied (14; 27; 65) für den Werkstückträger (11,12; 24, 24'; 54,57,58, 59,60), welches zur Hin- und Herbewegung des Werkstückträger mit einer Amplitude Heiner als die eigene Bewegungsamplitude sowie zur Übertragung der dabei auf das Antriebsglied einwirkenden Reaktionskräfte im wesentlichen auf die Basis (15; 28; 56) entlang einer ersten Gleitbahn (A) und einer zweiten Gleitbahn (B) hin- und herbeweglich geführt ist, welche jeweils der Basis bzw. dem Werkstückträger zugeordnet und gegenseitig geneigt sind, wobei die beiden Gleitbahnen (A und B) einen Winkel kleiner als 45° einschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Amplitude der Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers (11, 12; 24,24'; 54,57, 58,59,60) bis auf den Wert 0 die gegenseitige Neigung der beiden Gleitbahnen (A und ßjbei laufendem Exzenterantrieb(16,17,18;29, 30,31; 30,32,33,34,35,36; 10,32,33,34,37,38; 74, 75,76) bis zur Parallelität veränderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Amplitude der Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers (11, 12; 24, 24'; 54, 57,58,59, 60) bis auf den Wert 0 die Exzentrizität des laufenden Exzenterantriebs (16,17, 18; 29,30,31; 30,32,33,34,35,36; 30,32,33,34, 37, 38; 74,75,76) bis zum Verschwinden veränderbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch mindestens zwei ähnliche Antriebsglieder (14 und 14'; 27;65 und 65'), erste Gleitbahnen (A und A') und zweite Gleitbahnen (B und B') zur Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers (11, 12; 24, 24'; 54, 57, 58, 59, 60) in zwei zueinander senkrechten Richtungen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch drei ähnliche Antriebsglieder (65, 65'), erste Gleitbahnen (A, A') und zweite Gleitbahnen (B, B'), wobei zwei Antriebsglieder (65'), erste Gleitbahnen (A') und zweite Gleitbahnen (B') zur Sicherung des Werkstückträgers (54, 57, 58, 59, 60) gegen Drehen gegenüber der Basis (56) parallel geschaltet sind.