DE2252837A1 - Reibschweissvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. (PHYS.) H.VON SCHUMANN 2252837

DIPL.-ING.(CHEM.) W. D. OEDEKOVEN

Dresdner Bank AG München 8 München 22, JFidenmayerstrafie

Konto Nr. 3 388 992 Telegrammadresse: Protector München

Postscheckkonto; München 49463 Telefon 0811-224893

27.10.1972

AIjLWOOD, SEAHLE & TIMNEY (HOLDINGS) LIMItDED, Walsall, Staffordshire, Großbritannien

Reibschweißvorrichtung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reibungsverschweißen zweier Werkstücke miteinander, wobei zwei Werkstückträger vorgesehen sind, von denen einer Bestandteil eines gegenüber einem Rahmen und dem anderen Werkstückträger translatorisch beweglichen, angetriebenen Oszillators ist, und welche zum Gegeneinanderdrücken der Werkstükke senkrecht zur Oszillatorbewegungsebene axial gegeneinander belastbar sind.

Beim Reibungsverschweißen werden die miteinander zu verschweißenden Werkstücke aneinander gesetzt und mit den aneinanderliegenden Flächen so lange aneinander gerieben, bis eine zum Verschweißen ausreichende Wärme erzeugt ist. Die Werkstücke werden dann in die gewünschte gegenseitige Ausrichtung gebracht, wenn dies nicht bereits der Fall ist, und unter Aufbringen einer geeigneten Schweißkraft miteinander verschweißt. D;ie Schweißkraft ist gewöhnlich größer als diejenige Kraft, mit welcher die Werkstücke beim Aneinanderreihen zur Wärmeerzeugung gegeneinandergedrückt werden.

309818/0875

225283?

Man hat schon vorgeschlagen, die zum Schweißen erforderliche Reibungswärme dadurch zu erzeugen, daß ein Werkstück gegenüber dem anderen ohne Relativrotation bewegt wird, während die beiden Werkstücke flächig aneinandergedrückt sind· Normalerweise ist ein Werkstück feststehend gehalten, während das andere Werkstück dagegengedrückt und entlang einer Bahn in der Ebene der aneinanderliegenden Werkstückflächen bewegt wird, und zwar entweder entlang einer linearen Bahn hin und her oder eine geschlossene, beispielsweise kreisförmige Bahn wiederholt durchlaufend. Sobald für das Verschweißen ausreichende Wärme erzeugt ist, werden die Werkstücke schnell in die gewünschte gegenseitige Ausrichtung gebracht und miteinander verschweißt. Die bei diesem Verschweißen zur Erzeugung der erforderlichen Wärme durchgeführten, geschilderten Bewegungen werden im vorliegenden Zusammenhang als translatorisch bezeichnet.

Die Erfindung betrifft eine derartige Reibschweißvorrichtung. Bei einigen Vorrichtungen dieser Art kippt ein Werkstück während seines Oszillierens bezüglich des anderen Werkstücks um einen kleinen Winkel hin und her, und zwar um eine oder mehrere zur Hauptebene der aneinandergeriebenen Flächen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke normale Achsen. Diese Kippbewegungen stellen keine bedeutenden Relativdrehungen dar, so daß auch diese Vorrichtungen als solche mit translatorischer gegenseitiger Bewegung der Werkstücke während des Aneinanderreibens anzusehen sind.

Bei der Erzeugung von Wärme durch Reibung in solchen Vorrichtungen oszilliert also ein Werkstückträger ohne Rotation. Dieser Werkstückträger kann einen Spannkopf oder dergleichen zur Halterung eines der miteinander zu verschweißenden Werkstücke aufweisen. Stattdessen kann der Werkstück-

3098 18/0875

träger auch lediglich einen Tisch oder dergleichen aufweisen, an welchem ein Spannkopf oder dergleichen befestigbar ist· Unter einem Oszillator sind im vorliegenden Zusammenhang dieser Werkstückträger, jedes daran angebrachte Werkstück und alle Vorrichtungsteile, wie beispielsweise Gegengewichte, zu verstehen, welche unmittelbar oder mittelbar am Werkstückträger befestigt oder angelenkt sind, um damit zu oszillieren·

Durch Reibschweißen mit translatorischer Relativbewegung der zu verschweißenden Werkstücke bei der Wärmeerzeugung können Werkstücke unterschiedlicher Materialarten miteinander verschweißt werden. Die Werkstücke können beispielsweise aus thermoplastischem Material oder aus Metall bestehen, und zwar auch aus unterschiedlichen thermoplastischen Materialien bzw. unterschiedlichen Metallen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zum Verschweißen von Werkstücken aus demselben Metall oder aus unterschiedlichen Metallen miteinander.

Bei Vorrichtungen der in Rede stehenden Art zum ^N Verschweißen von Metallwerkstücken oszilliert der Werkstückträger mit einer Frequenz zwischen 3000 und 5000 Oszillierungen je Minute und einer weitesten Auslenkung von 3,2 bis 12,7 mm aus der Mittelstellung. Die miteinander zu verschweißenden Werkstücke werden mit einer Kraft von beispielsweise 5 Tonnen gegeneinander gedruckt, und zwar in einer im vorliegenden Zusammenhang als axial bezeichneten Richtung. Der Werkstückträger bewegt sich also schnell bei einer verhältnismäßig geringen Auslenkung unter einer verhältnismäßig großen axialen Belastung. Die von der axialen Belastung an den reibenden Flächen der Werkstücke her-

309818/0875

rührenden Reaktionskräfte müssen vom Oszillator auf einen nicht oszillierenden Teil der Vorrichtung übertragen werden, im vorliegenden Fall als Rahmen bezeichnet. Bestehende Lager, wie beispielsweise hydrostatische Lager, haben sich zur übertragung dieser Reaktionskräfte als ungeeignet erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beheben. Dies ist mit einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, wobei der Oszillator zur übertragung der Belastungsreaktionskräfte auf den Rahmen an diesem abgestützt ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Oszillator mit dem Rahmen durch wenigstens ein flexibles Element in Verbindung steht, welches mit den beiden Enden am Oszillator bzw. Rahmen befestigt ist.

Das bzw. jedes Element kann im Betrieb auf Zug oder Druck beansprucht sein. Sind mehrere Elemente vorgesehen, dann können einige auf Zug und einige auf Druck beansprucht sein. 1st das bzw. ein Element auf Druck beansprucht, dann muß es ausreichend steif sein, um ein Ausknicken im Betrieb zu verhindern. Die im Einzelfall zu wählenden Abmessungen des bzw. jedes Elements lassen sich unter Zugrundelegung der für das Biegen eines beidendig eingespannten, mit einer in Längsrichtung wirkenden Knickkraft beaufschlagten Stabes entwickelten Gleichungen berechnen.

Venn im vorliegenden Zusammenhang angegeben wird, daß ein Ende des bzw. jedes Elementes mit einem Bauteil der Vorrichtung verbunden oder daran befestigt ist, dann bedeutet dies, daß das Ende dieses Elements gegenüber dem Bauteil nicht beweglich ist. Das Ende des Elementes kann einstückig mit dem Bauteil ausgebildet oder damit unbeweglich verbun-

30981 8/0875

den sein.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen, vorstehend gekennzeichneten Vorrichtung bewegt sich der Werkstückträger des Oszillators ganz geringfügig auf den Rahmen oder einen anderen Teil der Vorrichtung, woran der Werkstückträger durch das oder die Elemente angelenkt ist, zu oder davon weg, wenn das oder die Elemente sich biegen. Diese Axialbewegung des Werkstückträgers kann dadurch einfach vernachlässigbar klein gemacht werden, daß die Länge des bzw. jedes Elements sehr viel größer als die größte Auslenkung des Werkstückträgers während der Wärmeerzeugung durch Reibung gehalten wird· Ist beispielsweise das bzw. jedes Element 508 mm lang, und macht die maximale Auslen-r kung 6,35 ™a aus, dann ergibt sich eine axiale Bewegung über insgesamt etwa 0,08 mm. Bewegt sich der Werkstückträger des Oszillators entlang einer Kreisbahn, dann tritt diese Axialbewegung während der Kreisbewegung nicht ein, sondern lediglich dann, wenn die beiden,Werkstücke nach der Wärmeerzeugung durch Reibung axial aufeinander ausgerichtet werden, bevor das Verschweißen geschieht.

Ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß der Werkstückträger am Oszillator entlang einer geraden Bahn oszilliert, dann kann das bzw. jedes Element so ausgestaltet sein, daß es sich in Bewegungsrichtung verhältnismäßig leicht biegt, jedoch Verbiegungen in jeder anderen Richtung einen verhältnismäßig großen Widerstand entgegensetzt. Beispielsweise kann das bzw. jedes Element blattförmig ausgebildet sein. Ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Werkstückträger des Oszillators sich nicht entlang einer geradlinigen Bahn bewegt, dann ist das bzw. jedes Element jedoch vorzugsweise so ausgestaltet,

309818/0875

daß sein Biegewiderstand unabhängig von der Bewegungsrichtung des Werkstückträgers ist. Dazu weist das bzw. jedes Element vorzugsweise einen Kreisquerschnitt auf, kann jedoch auch mit einer anderen Gestalt versehen sein. Beispielsweise kann das bzw. jedes Element zwei gleiche, blattförmige Stücke aufweisen, welche jeweils an einem Ende miteinander befestigt sind, und zwar mit senkrecht zueinander ausgerichteten Hauptebenen.

Die Druck- und Zugfestigkeit derart verwendeter Elemente ist proportional der gesamten Querschnittsfläche des oder der Elemente. Für jede von dem oder den Elementen zu übertragende, maximale Reaktionskraft kann die geeignete Querschnittsfläche so bestimmt werden. Werden mehrere Elemente mit Kreisquerschnitt verwendet, dann vermindert sich für eine gegebene Gesamtquerschnittsfläche die Steifheit der kombinierten Elemente mit deren Anzahl. Dies bedeutet, daß eine einzelne Stange mit Kreisquerschnitt verhältnismäßig steif ist, während eine große Anzahl dünner Stangen mit Kreisquerschnitt bei derselben Gesamtquerschnittsfläche eine kombinierte Steifheit aufweist, die sehr viel geringer als diejenige der Einzelstange ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können also flexible Elemente unterschiedlichster Art verwendet, werden. Beispielsweise können wenige, verhältnismäßig dicke Stangen oder Streben mit Kreisquerschnitt benutzt werden, oder aber ein Satz paralleler, dünner Drähte, oder sogar ein Drahtseil. Die letztgenannten Elemente können natürlich nur dort eingesetzt werden, wo sie auf Zug beansprucht sind, da sie auf Grund ihrer verhältnismäßig geringen Stärke bei Druckbeansprucliung knicken würden.

Die Gesamtquerschnittsfläche des oder der Elemente wird in der Regel so gewählt, daß unzulässige Beanspruchun-

309818/0875

gen vermieden sind. Insbesondere ist in der Regel dafür zu sorgen, daß im Betrieb keine Belastung bis in die Nähe der Elastizitätsgrenze auftritt. Vorteilhafterweise besteht das bzw. jedes Element aus einem Material oder Materialien mit niedriger Hysterese, so daß die Gefahr ausgeschlossen ist, daß nämlich im Betrieb der Vorrichtung in dem bzw. den Elementen Wärme erzeugt wird.

In weiterer Vervollkommnung der Erfindung sind wenigstens zwei parallele, im Abstand voneinander angeordnete, jeweils mit den beiden Enden am Werkstückträger des Oszillators bzw. am Rahmen befestigte flexible Elemente vorgesehen, welche beide auf einer Seite der Werkstückanlagestelle, d. h. derjenigen Stelle, an welcher die beiden zu verschweißenden Werkstücke aneinanderliegen, in unterschiedlichem Abstand davon angeordnet sind« Vorteilhafterweise sind dabei die beiden flexiblen Elemente gleich lang und erstrecken sich in derselben Richtung vom Werkstückträger weg, so daß im Betrieb eines auf Druck und eines auf Zug beansprucht ist und der Werkstückträger beim Oszillieren nicht kippt.

Der erwähnte Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann deren Unterbau sein, d. h. dasjenige Teil, welches auf einem Fundament steht und die beweglichen Teile der Vorrichtung trägt. Dabei besteht die Gefahr, daß die beim Gegeneinanderdrücken der jeweils miteinander zu verschweißenden Werkstücke entstehenden Reaktionskräfte den Unterbau verformen. Dieser Nachteil ist bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit zur Aufnahme der Belastungsreaktionskräfte gegeneinander abgestützten Werkstückträgern erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Werkstückträger unabhängig vom Rahmen miteinander verbun-

309818/0875

den sind, wobei der Werkstückträger des Oszillators am Rahmen durch wenigstens ein flexibles Element gehalten ist, welches mit den beiden Enden am Rahmen bzw. Oszillator befestigt ist.

Ba die Reaktionskräfte zu derjenigen Kraft, mit welcher die miteinander zu verschweißenden Werkstücke bei der Wärmeerzeugung durch Reibung gegeneinandergedrückt werden, nicht durch den Rahmen bzw. Unterbau übertragen oder weitergeleitet werden, resultieren keine auf den Rahmen bzw. Unterbau einwirkenden Kräfte, welcher somit vollkommen unbeeinflußt bleibt. Jedoch müssen die anderen Vorrichtungsteile am Rahmen gehalten werden. Dies geschieht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch ein oder mehrere flexible Elemente. Das bzw. jedes Element überträgt normalerweise keinerlei bedeutsame Axialkräfte.

Bei Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art besteht eine weitere Schwierigkeit in dem Ausgleich der Radialkräfte, welche entstehen, wenn der Oszillator sich oszillierend bewegt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Gegengewicht derart mit dem Werkstückträger des Oszillators zu koppeln, daß es sich im Betrieb entgegengesetzt zu diesem Werkstückträger bewegt, wobei der Werkstückträger und das Gegengewicht Bestandteile des Oszillators sind. Normalerweise wird der Werkstückträger des Oszillators direkt angetrieben, jedoch kann auch das Gegengewicht angetrieben werden, so daß der Werkstückträger der Bewegung des Gegengewichtes folgt. In jedem Fall ist die Anordnung vorzugsweise insofern symmetrisch, als die Nasse des Werkstückträgers der Nasse des Gegengewichts gleich ist, wobei die Auslenkungen des Werkstückträgers und des Gegengewichts gleich, jedoch entgegengerichtet sind.

30981 8/0875

Bei einer "bevorzugten Ausführungsform ist das Gegengewicht zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden gleichen Hälften beiderseits vom Werkstückträger des Oszillators, jeweils in axialer Richtung, d. h. der Hichtung der Axialkräfte,im Abstand davon, angeordnet sind. Die Gegengewich'thälften sind senkrecht zur Axialrichtung beweglich geführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn der Werkstückträger des Oszillators und das gesamte Gegengewicht sich in Mittelstellung befinden und die Achsen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke aufeinander ausgerichtet sind, die Schwerpunkte des Werkstückträgers und des Gegengewichts zusammenfallen.

Zwischen dem Werkstückträger und jeder der beiden Gegengewichtshälften ist ein stationärer Teil der Vorrichtung angeordnet. Der Werkstückträger und die Gegengewichtshälften sind durch mindestens ein Verbindungsglied aneinander angeschlossen. Jedes Verbindungsglied weist an jedem Ende eine konvexe, kugelige Lagerfläche auf, welche in ein komplementäres, konkaves Lager eingreift, das im Werkstückträger oder in der geweiligen Gegengewichthälfte axial verschieblich ist. Ein mittlerer Abschnitt des bzw. jedes Verbindungsgliedes ist im jeweiligen stationären Teil der Vorrichtung in j'eder Richtung verschwenkbar, d. h. kardanisch gelagert. Liegt der Schwenkmittelpunkt in der Mitte zwischen den Mitten der beiden konvexen Lagerflächen, dann ist die Bewegung j'eder Gegengewichtshälfte derjenigen des Werkstückträgers vom Oszillator gleich, j'edoch entgegengerichtet.

Zweck des Gegengewichts ist es, die Haupttranslationskräfte auszugleichen, d. h. zu kompensieren, welche sonst auf den stationären Teil der Vorrichtung übertragen

309818/0875

werden würden. Im Betrieb ist daher nur eine geringe oder keine Gefahr gegeben, daß die Vorrichtung sich als Ganzes verschiebt. Jedoch bleibt die Gefahr einer Vergrößerung der Oszillationsamplitude bestehen, welcher Gefahr bisher radiale Reaktionskräfte entgegenwirken, welche auf den Werkstückträger des Oszillators durch den Oszillationsantrieb des letzteren übertragen werden.

Bei einer bereits vorgeschlagenen Vorrichtung werden die radialen Reaktionskräfte vom stationären Veil der Vorrichtung auf den Oszillator über keilförmige Antriebeglieder übertragen, so daß der durch den Antrieb für die Hin- und Herbewegung der Antriebsglieder übertragene Kraftanteil stark vermindert ist (BT-OS Nr. 2 206 390).

Erfindungsgemäß können die geschilderten flexiblen Elemente dazu dienen, Oszillationsamplitudenvergrößerungen entgegen zu wirken. Die entsprechende Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist dabei gekennzeichnet durch wenigstens ein flexibles und elastisches Element, welches mit den beiden Enden am Oszillator bzw. einem Bauteil befestigt ist, demgegenüber der Oszillator translatorisch beweglich ist, und welches den bei der Translationsbewegung entstehenden Trägheitskräften mindestens teilweise entgegenwirkt und unter elastispher Verbiegung die Amplitude der Translationsbewegung zu vermindern suchende Kräfte ausübt.

Es kann lediglich ein Element oder es können mehrere Elemente vorgesehen sein, deren einzelne Querschnittsflächen verhältnismäßig groß sind, um eine beträchtliche Steifheit zu gewährleisten.

309 818/0875

- ΛΛ -

Es kann geschehen, daß ein "bestimmtes, auf dem Werkstückträger des Oszillators angebrachtes Werkstück sich vom Gewicht der vorherigen Werkstücke unterscheidet, oder daß die Oszillationsgeschwindigkeit geringfügig variiert, oder daß irgendeine andere Änderung eintritt, welche die Größe der radialen Reaktionskräfte verändert. Um dies zu ermöglichen, ist das "bzw. jedes diese Kräfte übertragende Element vorzugsweise so ausgebildet, daß seine Steifheit einstellbar ist. Beispielsweise kann ein solches Element aus einer Stange und einem Rohr bestehen, welche gegenseitig teleskopierbar sind, wobei Organe vorgesehen sind, mit denen.die Eingriffslänge der Stange in das Rohr eingestellt werden kann.

Besteht der Oszillator aus dem zugeordneten Werkstückträger, Gegengewichten und einer solchen Verbindung, zwischen Werkstückträger und Gegengewichten, welche eine zur oszillierenden Bewegung des Werkstückträgers gespiegelte Bewegung der Gegengewichte bewirkt, dann ist vorzugsweise das bzw. jedes flexible, elastische Element zwischen Werkstückträger und Gegengewichten angeordnet. Das bzw. die Elemente liefern dann eine Kraft, welche stets bestrebt ist, die Oszillationsamplitude auf UuIl zu vermindern.

Stattdessen.kann jedoch auch der Werkstückträger des Oszillators an ein nicht oszillierendes Bauteil der Vorrichtung durch ein solches Element oder einen derartigen Elementensatz angeschlossen sein. Diese Anordnung ist jedoch normalerweise unnötig, macht den Aufbau verwickelter und bewirkt ein resultierendes, örtliches Biegemoment, welches auf den nicht oszillierenden Bauteil einwirkt.

509818/0875

Das Element bzw. die Elemente übertragen normalerweise keine bedeutenden Axialkräfte· Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann Jedoch so getroffen sein, daß Elemente vorhanden sind, welche sowohl zur Übertragung axialer Reaktionskräfte als auch zur übertragung radialer Kräfte dienen, welche vom Oszillieren des Oszillators herrühren. Bei einer solchen Vorrichtung mit einem Oszillator-Werkstückträger und einem mehrteiligen Gegengewicht ist der Werkstückträger durch einen Satz von Elementen mit einem der Gegengewichtsteile verbunden, und dieses einen Bestandteil des Oszillators bildende Gegengewichtsteil durch einen weiteren Satz von Elementen mit einem stationären Bauteil der Vorrichtung verbunden. Die Axialkräfte werden dann auf das stationäre Bauteil durch beide Elementensätze übertragen, und beide Elementensätze wirken den radialen Kräften entgegen.

Die Verwendung eines oder mehrerer verhältnismäßig steifer Elemente zur Übertragung der Radialkräfte, welche vom Oszillieren des Oszillators herrühren, bringt einen weiteren beträchtlichen Vorteil mit sich. Pur jede Oszillationsgeschwindigkeit und jede Oszillatormasse können die radialen Reaktionskräfte im wesentlichen vollständig absorbiert werden, und zwar für jede Oszillationsamplitude. Bei einer solchen Anordnung, daß die radialen Reaktionskräfte während der Wärmeerzeugung durch Reibung vollkommen absorbiert werden, erscheinen die radialen Reaktionskräfte während der Oszillationsamplitudenverminderung zur Ausrichtung der Werkstücke vor dem Aufbringen der Schweißkraft also nicht wieder. Wirkt das Element oder wirken die Elemente den radialen Reaktionskräften lediglich teilweise entgegen, dann bleibt desgleichen der Kraftanteil, dem die Elemente entgegenwirken, unabhängig von der Oszillationsamplitude konstant.

=509818/0875

Bei derjenigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Werkstückträger zur Aufnahme der Belastungsreaktionskräfte gegeneinander abgestützt und unabhängig vom Rahmen miteinander verbunden sind, ferner der Werkstückträger des Oszillators am Rahmen durch wenigstens ein flexibles Element gehalten ist, welches mit den beiden Enden am Rahmen bzw. Oszillator befestigt ist, muß dieses flexible Element bzw. müssen diese flexiblen Elemente keine Kräfte ausüben, welche das Bestreben haben, die Amplitude der Oszillationsbewegungen zu vermindern·

Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt entlang der Linie 1-1 in Pig. 2 durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei Teile der besseren Deutlichkeit wegen weggelassen sindj

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 in größerem Maßstab, wobei ebenfalls Teile der besseren Deutlichkeit wegen weggelassen sind}

Pig. 3 eine vereinfachte Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Pig. 1 und 2j

Pig. 4- eine Seitenansicht eines der flexiblen Elemente der Vorrichtung gemäß Pig. 1 bis 3 in vergrößertem Maßstab, teilweise längsgeschnittenj und

309818/0875

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Ende eines anderen Elementes in größerem Maßstab zur Verdeutlichung der Befestigung desselben.

Die Vorrichtung weist gemäß Fig. 1 bis 3 einen aus Stahlplatten in Kastenbauweise hergestellten Unterbau oder Bahnen I auf. Dieser wiederum weist einen untersten, flachen, geschlossenen Kasten 1 mit rechteckigem Umriß und darüber einen Kasten 2 in der Nähe eines Endes auf. Auf den beiden Stirnseiten des Kastens 2 ragen zwei parallele Platten 3 nach oben, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in diesen ist jeweils eine Strebe 4 mit einem Ende verankert. Sie beiden Streben 4 erstrecken sich parallel zueinander horizontal zum anderen Ende der Vorrichtung hin, wo sie jeweils mit dem anderen Ende an einem Verkstückträger II befestigt sind, und zwar an dessen Kopfplatte 5· Die Streben 4 und ihre Verankerung sind in Verbindung mit Fig. 4 im einzelnen beschrieben.

Die Kopfplatte 5 trägt einen Spannkopf 6, der ein Werkstück 7 hält, welches mit einem zweiten Werkstück 8 verschweißt werden soll. Letzteres ist in einem Spannkopf 9 eingespannt, der auf einem Schlitten 10 vorgesehen ist. Dieser ist auf einem Kasten 11 des Eahmens I ausschließlich in horizontaler Längsrichtung verschieblich geführt, welcher Kasten 11 auf dem untersten Kasten 1 vorgesehen ist. Schlitten 10 und Spannkopf 9 bilden einen Werkstückträger IV.

Von einer Kante der Kopfplatte 5 erstreckt sich eine Hauptplatte 12 nach unten, deren Mittelebene koplanar zu den aneinander liegenden Stirnflächen der Werkstücke 7 und 8 verläuft. Zwischen der Kopfplatte 5 und der Hauptplatte 12 ist eine Verstrebung 13 vorgesehen. Am unteren Ende der

109818/0875

Hauptplatte 12 ist eine der Kopfplatte 5 ähnliche Fußplatte 14- befestigt ^ ferner ist zwischen !Fußplatte 14 und Hauptplatte 12 eine der Verstrebung 15 ähnliche Verstrebung 15 angeordnet. An der Fußplatte 14 ist ein dem Spannkopf 6 ähnlicher Spannkopf 16 vorgesehen, in dem ein Rohling 17 angebracht ist, welcher dem Werkstück 7 hinsichtlich Gestalt und Gewicht ähnelt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Schwerpunkt des aus Kopfplatte 5_S Hauptplatte 12, Fußplatte 14, Verstrebungen 13 und 15 "und Spannköpfen 6 sowie 16 bestehenden Werkstückträgers II bei eingespanntem Werkstück 7 und Rohling 17 in der Mitte der Hauptplatte 12 liegt.

Den Streben 4 entsprechende flexible Streben 18 sind parallel zu den Streben 4 verlaufend innerhalb des Kastens 1 angeordnet und einerseits mit der Fußplatte 14, andererseits mit Platten 19 verbunden, welcne am Kasten 1 befestigt sind und sich von dessen Oberseite nach unten erstrecken. Die Streben 4 und 18 sind gleich lang, jedoch sind die Streben 18 gegenüber den Streben 4 in Fig. 1 nach links versetzt.

Durch die oberen Streben 4 und die unteren Streben 18 ist die Hauptplatte 12 bzw. der Werkstückträger II am Rahmen I gehalten. Da die Streben 4 und 18 flexibel sind, kann der Werkstückträger II mit der Hauptplatte 12 in einer zu den Achsen der Streben 4 und 18 im wesentlichen senkrechten Ebene oszillieren. Dabei biegen sich die Streben 4 und 18 elastisch.

Der Aufbau jeder Strebe 4 bzw. 18 geht aus Fig. 4 hervor. Sie weist zwei gleiche, zylindrische Stangen 20 und 21 auf, welche jeweils an einem Ende über einen konischen Abschnitt in einen Abschnitt 22 geringeren Durchmessers übergehen, der in, einem Flansch 23 endet. Die Stangen

■1098 18/087

20 und 21 sind an den Enden mit den Flanschen 23 miteinander verbunden, und zwar durch Schrauben 24, welche die beiden Flansche 23 durchsetzen und sie miteinander verspannen. Die Stange 20 weist auf der Stirnfläche dee Flansches 23 einen Zentrierzapfen 25 auf, welcher in einer entsprechenden stirnseitigen Bohrung des Flansches 23 der Stange 21 aufgenommen ist.

An dem anderen Ende ist jede Stange 20 bzw· 21 mit einem radial nach außen gerichteten Hingflansch 26 versehen, der durch Schrauben 27 mit dem zugehörigen benachbarten Bauteil 28 der Vorrichtung verspannt ist· Die Bohrung 29 im Bauteil 28, durch welche sich die jeweilige Strebe 4 bzw· 18 erstreckt, weist einen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des darin befindlichen Abschnitte der Strebe 4 bzw. 18 auf. Damit ist ein ungehindertes Verbiegen der Strebe 4 bzw. 18 im Betrieb gewährleistet· Auch sind die Außendurchmesser der Flansche 23 kleiner als der Innendurchmesser der Bohrungen 29, so daß die Stangen 20 und 21 durch die Bohrungen 29 bei der Herstellung durchgeführt werden können, um dann durch die Schrauben 24 miteinander verbunden zu werden.

Bas Werkstück 8 wird gegen das Werkstück 7 mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit 30 mit Kolbenstange 31 gedruckt, welche mit Zapfen 52 am Zylinder in einem hohlen Schlitten 33 schwenkbar gelagert ist. Der Schlitten 33 ist auf dem Kasten 2 des Rahmens 1 ausschließlich axial, d. h. in Längsrichtung verschieblich geführt und durch vier Streben 35 mit der Kopfplatte 5 verbunden, welche Streben 35 in derselben Ebene wie die Streben 4 liegen und parallel dazu verlaufen. Der Aufbau der Streben 35 ist gleich demjenigen der Streben 4 und sie sind auch gleich

30981 8/0875

lang, weisen jedoch einen beträchtlich größeren Durchmesser auf· Zwischen den Platten 19 des Bahmens I ist ein weiterer Schlitten 36 angeordnet, und zwar ausschließlich parallel zum Schlitten 33 beweglich geführt. Der Schlitten 36 ist durch den Streben 35 genau gleiche Streben 37 mit der Fußplatte 14 verbunden· .

Die Kolbenstange 31 ist über einen Gelenkzapfen 38 ' mit einem Paar zueinander paralleler, im Abstand voneinander angeordneter, dreieckiger Platten 39 verschwenkbar verbunden, und zwar an einer Ecke des Plattenpaares 39· An der unteren Ecke ist das Plattenpaar 39 durch einen Gelenkzapfen 40 mit einem Arm 41 des Schlittens 36 verschwenkbar verbunden. Schließlich ist das Plattenpaar 39 an der obersten Ecke durch einen Gelenkzapfen 42 mit einem Ende einer kurzen Lasche 43 verschwenkbar verbunden, welche mit dem anderen Ende über einen Gelenkzapfen 44 zwischen zwei Zungen 45 des Schlittens 10 angelenkt ist.

Wird die Kolben/Zylinder-Einheit 30 betätigt_s so daß die Kolbenstange 31 ausfährt, dann werden die Schlitten 10 und 33 auseinander gedrückt. Das Werkstück 8 liegt am Werkstück 7 an und drückt letzteres in 3?ig«, 1 nach rechts© Diese Belastung wird von den Streben 35 aufgenommen^ welche die Kopfplatte 5 mit cLem Schlitten 33 verbinden. Die durch die von der Kolben/Zylinder-Einheit 30 ausgeübte Kraft zum Zusammenpressen der Werkstücke 8 und 7 hervorgerufenen Reaktionskräfte werden also hauptsächlich von den Streben 35 aufgenommen.

Von Bedeutung ist auch, daß die Spannköpfe 6 und 9 auf flachen Bauteilen angeordnet sind, so daß keine darüberragenden Vorsprünge vorliegen. Demzufolge liegt die vom Werk-

309 818/0875

stück 8 auf das Werkstück 7 ausgeübte Kraft mit ihrer Wirkungslinie oberhalb des Niveaus der von den Streben 35 aufgenommenen Reaktionskräfte. Auf die Hauptplatte 12 bzw· den Werkstückträger Il wirkt also ein Drehmoment ein, und zwar im Uhrzeigersinn in Fig. 1. Wie erwähnt, ist der Werkstückträger II mit der Fußplatte 14 über die Streben 37 mit dem Schlitten 36 verbunden, welcher mit dem Arm 41 an das Plattenpaar 39 angelenkt ist. Bas auf den Werkstückträger II einwirkende Drehmoment hat also zur Folge, daß der Gelenkzapfen 40 in Fig. 1 nach links gedruckt wird· Dem wirkt diejenige Kraft entgegen, welche das Plattenpaar 39 auf den Gelenkzapfen 40 ausübt. Auf diese Weise ist die Hauptplatte bzw. der Werkstückträger II im Gleichgewicht gehalter.

Die Schlitten 33 und 36 übertragen keine bedeutenden Reaktionskräfte auf den Rahmen I, so daß bei einer Betätigung der Kolben/Zylinder-Einheit 30 keine Gefahr einer Bahmenverwindung besteht. Die gesamte von der Kolben/Zylinder-Einheit 30 beeinflußte, am Rahmen I in Längsrichtung beweglich gelagerte Anordnung ist in Längsrichtung lediglich durch die Streben 4 und 18 gehalten, welche auf den Rahmen I keine Kräfte in Längsrichtung ausüben.

Wie erwähnt, liegt der Schwerpunkt des Werkstückträgers II bei eingespanntem Werkstück 7 und Rohling 17 in der Mitte der Hauptplatte 12. Der Werkstückträger II ist mit vier Gegengewichten 46 versehen, welche jeweils ein Viertel des Gewichtes vom Werkstückträger II einschließlich Werkstück 7 und Rohling 17 aufweisen. Jedes Gegengewicht 46 ist mit einem Ende einer zugehörigen Achse 47 über ein Pendellager verbunden. Das andere Ende jeder Achse 47 ist ebenfalls durch ein Pendellager mit der Hauptplatte 12 verbunden. Eines der beiden Lager jeder Achse 47 ist dieser gegenüber

309818/0875

axial beweglich. Jede Achse 47 ist in der Mitte in einer von zwei senkrechten Platten 48 des Rahmens I in jeder Richtung beweglich, d. h. kardanisch gelagert.

Weiterhin ist jedes Gegengewicht 46 mit der Hauptplatte 12 durch vier flexible und elastische Streben 49 verbunden, welche sich ungehindert, d. h. mit ausreichendem Spiel durch entsprechend große öffnungen in den Platten 48 erstrecken. Wie aus.Fig. 5 ersichtlich, weist jede Strebe 49 einen Endflansch 50 mit achsparallelen Innengewinden auf, in welche Schrauben 51 eingeschraubt sind, mit welchen die Strebe 49 am zugehörigen Gegengewicht 46 befestigt ist. Am anderen Ende ist jede Strebe 49 auf gleiche Weise mit der Hauptplatte 12 verbunden.

Die Anordnung ist so getroffen, daß bei zueinander koaxial liegenden Werkstücken 7 und. 8 der gemeinsame Schwerpunkt der Gegengewichte 46 mit dem Schwerpunkt des Werkstückträgers II und der daran befestigten Teile zusammenfällt. Die Streben 49 verlaufen dabei gerade und sind nicht belastet.

Wird der Werkstückträger II in Oszillationsbewegungen versetzt, dann'bewegen sich die Gegengewichte 46 entgegengesetzt und biegen sich die Streben 49 elastisch, um eine kombinierte Rückführkraft auszuüben, welche das Bestreben hat, die Teile in die ursprüngliche Stellung zurückzuführen· Wird der Werkstückträger II entlang einer Kreisbahn mit einer gleichbleibenden, vorbestimmten Geschwindigkeit translatorisch bewegt, darm haben der Werkstückträger II und die Gegengewichte 46 das Bestreben, sich nach außen zu bewegen und den Durchmesser der Kreisbahn zu vergrößern. Die Streben 49 sind so ausgelegt, daß die von ihnen ausgeübte Rückführkraft zusammen mit den sehr viel geringeren Rück-

509818/0875

führkräften, welche die Streben 4, 18, 35 und 37 ausüben, dieses Bestreben genau kompensiert. Vie erläutert, gleichen die Bückführkräfte die nach außen gerichteten Kräfte immer aus, unabhängig vom Durchmesser der Kreisbahn.

Der Werkstückträger II besteht aus der Hauptplatte 12, der Kopfplatte 5» der Fußplatte 14, den Verstrebungen 13 und 15 und den Spannkopf en 6 sowie 16. Zusammen mit den Gegengewichten 46 bildet der Werkstückträger II den Oszillator III. Die Streben 35 und 37 stellen ßeaktionskraftaufnahme- bzw. -übertragungselemente dar. Die Schlitten 33 und 36 sowie die daran angelenkten Bauteile können als Rahmen angesehen werden, welcher auf dem Unterbau oder Rahmen I angeordnet ist.

Der Oszillator II kann auf beliebige Art und Weise angetrieben werden, beispielsweise gemäß dem Vorschlag nach der DT-OS Nr. 2 056 773 oder der DT-OS Hr. 2 206 390.

■Abwandlungen von der geschilderten und dargestellten Ausführungsform sind möglich. Beispielsweise können alle oder einige der Gruppen von Streben 4 bzw. 18 bzw. 35 bzw. 37 durch einen Satz flexibler Streben ersetzt werden, welcher als ein Bauteil aus einer Stahlplatte mit Hilfe eines Fräsers mit speziellem Profil hergestellt ist. Hit dem Fräser werden auf einer Plattenseite mehrere parallele Hüten ausgebildet, welche sich in Längsrichtung der Platte erstrecken und jeweils im Abstand von den Plattenenden enden. Gleiche Hüten werden auf der anderen Plattenseite ausgebildet, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß sich die Hüten auf beiden Plattenseiten treffen und durchgehende Schlitze bilden, zwischen denen Streben mit gleichbleibendem, kreis-

309818/0875

förmigem Querschnitt verbleiben. Die Streben enden also in den beiden ungeschlitzten Endab schnitt en der Platte· Die Endabschnitte der Streben flachen sich kurz vor Erreichen der besagten Plattenendabschnitte ab.

In jedem Pail ist eine solche Befestigung der Streben von Bedeutung, daß sie mit dem Ende gegenüber dem benachbarten Bauteil sich nicht verschieben können, mit welchem sie an diesem Bauteil befestigt sind. Ist beispielsweise eine Strebe als einfache zylindrische Stange ausgebildet, welche mit den beiden Enden in Bohrungen derjenigen Bauteile eingesetzt ist, mit welchen sie verbunden sein soll, dann besteht die ständige Gefahr, daß im Betrieb die Mündungen der Bohrungen ausgeweitet werden, was Eeibkorrosion zur Folge hat.

Vorzugsweise sind daher die Streben Jeweils an den beiden Enden mit Abschnitten größeren Querschnitts als in der Mitte ausgebildet und an den zugehörigen Bauteilen der Vorrichtung befestigt. Werden die Streben im Betrieb gebogen, dann vermindern sich die von den Abschnitten größeren Querschnitts ausgeübten Drücke, und ist die Gefahr von Reibkorrosion ebenfalls vermindert. Die Abschnitte größeren Querschnitts können in Bohrungen in den durch die Streben zu verbindenden Bauteilen eingreifen und beispielsweise durch Schrauben oder Kleber befestigt sein, oder aber durch Halter, welche den Band der Bohrungen übergreifen und die Abschnitte größeren Querschnitts an der Wurzel der Streben umfassen, oder durch Klemmbacken, welche geeigae.te Wülste an den Seiten der Abschnitte größeren Querschnitts erfassen»

Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die Schlitten 33 und 36 durch Bauteile ersetzt, welche Bestand-

309818/0875

teil des Unterbaus oder Eahmens I sind· Das Plattenpaar 39 entfällt und die Kolbenstange 31 ist unmittelbar an die Zungen 4-5 des Schlittens 10 angelenkt. Die durch die von der Kolben/Zylinder-Einheit 30 ausgeübte Kraft hervorgerufenen Reaktionskräfte werden dann von den Streben 4, 18, 35 und 37 aufgenommen und auf den Unterbau bzw. Rahmen I übertragen. Letzterer muß dann möglicherweise verstärkt werden, um merkliche Verformungen zu verhindern·

Die unteren Streben 18 und 37 werden dann auf Druck beansprucht, wie bei der dargestellten Ausführungsform. Sie könnten jedoch durch gleiche Streben ersetzt werden, welche sich jedoch auf der in Fig. 1 rechten Seite, von der Fußplatte 14 weg erstrecken. Diese Anordnung ist jedoch weniger zufriedenstellend, weil bei Bewegung der Hauptplatte 12 aus der Mittelstellung heraus deren oberes Ende sich geringfügig in Fig. 1 nach links bewegt, das untere Ende jedoch nach rechts. Bei der dargestellten Ausführungsform verbleibt demgegenüber die Hauptplatte 12 bei Bewegung parallel zur Ausgangsstellung.

Bei den beispielsweise geschilderten Ausführungsformen weist jede Strebe einen verhältnismäßig großen Querschnitt auf. Die Streben können jedoch auch jeweils einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt aufweisen und beispielsweise statt stangenförmig ausgebildet zu sein aus Drähten bestehen. Die Steifheit und der Ausknickwiderstand einer Drahtanordnung sind jedoch im Vergleich zur Steifheit und zum Ausknickwiderstand einer einzigen Stange desselben Gesamtquerschnitts verhältnismäßig gering. Kommen also Drähte zum Einsatz, dann müssen sie in der Regel auf Zug beansprucht werden und dürfen nicht dort verwendet werden, wo sie Rückführungskräfte ausüben sollen.

309818/0875

Jedoch können Drahtanordnungen als Streben bei bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die untere Gruppe von Streben durch eine Drahtanordnung bei einer solchen Ausführungsform ersetzt sein,"wobei das untere Ende der Hauptplatte 12 von auf Zug beanspruchten Elementen gehalten ist· Die Möglichkeit eines derartigen Ersatzes bezüglich der oberen Streben ist geringer.

Bei der Verwendung von Draht als Streben im erläuterten Sinn können beispielsweise zwei im Abstand voneinander angeordnete, rechteckige Metallplatten vorgesehen sein, welche durch mehrere parallel zueinander verlaufende Einzeldrähte miteinander verbunden sind, wobei die beiden Enden jedes Drahtes in entsprechende Bohrungen der beiden Platten eingreifen und dort befestigt sind, beispielsweise mit einem Kleber oder durch Löten. Dabei besteht jedoch noch die Gefahr von Reibkorrosion an den Mündungen der Bohrungen. Auch ist es möglich, zwei im Abstand voneinander angeordnete, zueinander parallel verlaufende Stangen vorzusehen, welche jeweils eine oder mehrere Reihen von Stiften mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Ein Drahtstück wird mit einem Ende an einer der Stangen befestigt und dann zickzackfÖrmig zwischen den beiden Stangen hin- und hergespannt, die Stifte umschlingend, so daß die sich zwischen den Stangen erstreckenden Abschnitte des Drahtstücks die besagten Elemente bilden. Eine geringfügige Gefahr von Reibkorrosion besteht an denjenigen Stellen, an denen der Draht an den Stiften anliegt.

Vorzugsweise werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle oder im wesentlichen alle Reaktionskräfte durch eine oder mehrere. Streben bzw. Elemente vom Werkstückträger

309818/0875

II auf die Schlitten 33 und 36 oder, falls diese fehlen, auf den Unterbau bzw. Rahmen I übertragen« Stattdessen kann jedoch auch auf diese Weise lediglich ein feil der Reaktionskräfte vom Oszillator III her übertragen werden, und der Rest mit Hilfe anderer Lagerungen, wie beispielsweise hydrostatischer Lager»

309818/0875

Claims (6)

1. Ansprüche

   1· Vorrichtung zum Reibungsverschweißen zweier Werkstücke miteinander, wobei zwei Werkstückträger vorgesehen sind, von denen einer Bestandteil eines gegenüber einem Rahmen und dem anderen Werkstückträger translatorisch beweglichen, angetriebenen Oszillators ist, und welche zum Gegeneinanderdrücken der Werkstücke senkrecht zur Oszillatorbewegungsebene axial gegeneinander belastbar sind, und wobei der Oszillator zur Übertragung der Belastungsreaktionskräfte auf den Rahmen an diesem abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (III) mit dem Rahmen (I) durch wenigstens ein flexibles Element (4j 18; 35ϊ 37) in Verbindung steht, welches mit den beiden Enden (26) am Oszillator bzw. Rahmen befestigt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei parallele, im Abstand voneinander angeordnete, jeweils mit den beiden Enden (26) am Werkstückträger (II) des Oszillators (III) bzw. am Rahmen (I) befestigte flexible Elemente (4 und 18j 35 und 37), welche beide auf einer Seite der Werkstückanlagestelle in unterschiedlichem Abstand davon angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden flexiblen Elemente^4 und 18| 35 und 37) gleich lang sind und sich in derselben Richtung vom Werkstückträger (II) weg erstrecken, so daß im Betrieb eines auf Druck und eines auf Zug beansprucht ist und der Werkstückträger (II) beim Oszillieren nicht kippt.

   309818/0875
4. 4. Vorrichtung zum Reibungsverschweißen zweier Werkstücke miteinander, wobei zwei Werkstückträger vorgesehen sind, yon denen einer Bestandteil eines gegenüber eines lahmen und dem anderen Werkstückträger translatorisch beweglichen, angetriebenen Oszillators ist, und welche zum Gegeneinanderdrücken der Werkstücke senkrecht zur Oezillatorbewegungsebene axial gegeneinander belastbar sind, und wobei die Werkstückträger zur Aufnahme der Belastungsreaktionskräfte gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückträger (II und IY) unabhängig vom Rahmen (I) miteinander verbunden sind, wobei der Werkstückträger (II) des Oszillators (III) am Rahmen durch wenigstens ein flexibles Element (4| 18) gehalten ist, welches mit den beiden Enden (26) am Rahmen bzw· Oszillator befestigt ist.
5. 5. Vorrichtung zum Reibungsverschweißen zweier Werkstücke miteinander, wobei zwei Werkstückträger vorgesehen sind, von denen einer Bestandteil eines gegenüber einem Rahmen und dem anderen Werkstückträger translatorisch beweglichen, angetriebenen Oszillators ist, und welche zum Gegeneinanderdrücken der Werkstücke senkrecht zur Oszillatorbewegungsebene axial gegeneinander belastbar sind, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens ein flexibles und elastisches Element (4; 18} 35; 37» 49), welches mit den beiden Enden (26) am Oszillator (III) bzw. einem Bauteil befestigt ist, demgegenüber der Oszillator translatorisch beweglich ist, und welches den bei der Translationsbewegung entstehenden Trägheitskräften mindestens teilweise entgegenwirkt und unter elastischer Verbiegung die Amplitude der Translationsbewegung zu vermindern suchende Kräfte ausübt.

   309818/0875
6. 6. Vorrichtung jnach Anspruch 5» wobei der Oszillator aus dem zugeordneten Werkstückträger, Gegengewichten und einer solchen Verbindung zwischen Werkstückträger und Gegengewichten besteht, welche eine zur oszillierenden Bewegung des Werkstückträgers gespiegelte Bewegung der Gegengewichte bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. Jedes flexible, elastische Element (49) zwischen Werkstückträger (II) und Gegengewichten (4-6) angeordnet ist.

   309818/0875