DE2252837C2 - Reibungsschweißmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungsschweißmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

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

Man hat schon vorgeschlagen (DE-OS 22 06 390), die zum Schweißen erforderliche Reibungswärme dadurch zu erzeugen, daß ein Werkstück gegenüber dem anderen translatorisch bewegt wird, während die beiden Werkstücke gcgeneinandergcdrückt werden, und zwar in der F.bcnc der ancinanderliegenden Werkstückflächen entweder entlang einer linearen Bahn hin und her oder eine geschlossene, beispielsweise kreisförmige Bahn wiederholt durchlaufend. Bei diesen Reibungsschweißmaschinen ist zum Ausgleich der Massenkräfte, welche entstehen, wenn der eine Werkstückträger sich oszillierend bewegt, mindestens ein Gegengewicht derart mit diesem Os/.illator-Wcrkstückträger gekoppelt, daß es sich im Betrieb entgegengesetzt zu dem Oszillator-Wcrkstückträger bewegt, welcher normalerweise direkt angetrieben wird. Jedoch kann auch das Gegengewicht angetrieben werden, so daß der Oszillator-Werkslückträger der Bewegung des Gegengewichtes folgt. Es können zwei gleiche Gegengewichte beiderseits des Oszillator-Werkstückträgers derart angeordnet sein, daß dann, wenn der Oszillator-Werkstückträger und die Gegengewichte sich in Mittelstellung befinden und die Achsen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke aufeinander ausgerichtet sind, die Schwerpunkte des Oszillator-Werkstückträgers und der Gegengewichte zusammenfallen.

Mit Hilfe dieser Rcibungssehweißmaschinen können Werkstücke unterschiedlicher Materialarten miteinander verschweißt werden. Die Werkstücke können beispielsweise aus thermoplastischem Material oder aus Metall bestehen, und zwar auch aus unterschiedlichen thcrmoplasiischen Materialien bzw. unterschiedlichen

Metallen. Beim Verschweißen von Metallwerkstücken oszilliert der Oszillator-Werkstückträger mit einer Frequenz zwischen 3000 und 5000 Schwingungen 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

Der Oszillalor-Werkstückträger bewegt sich also schnell mit einer verhältnismäßig geringen Oszillationsamplitude unter einer verhältnismäßig großen axialen Belastung. Die von der axialen Belastung an den reibenden Flächen der Werkstücke herrührenden, axialen Reaktionskräfte müssen vom Oszillalor-Werkstückträger auf einen nicht oszillierenden Teil der Reibungsschweißmaschine übertragen werden, nämlich den Maschinenrahmen, was über Lager, beispielsweise hydrostatische Lager, geschieht. Diese haben sich zur Übertragung dieser Reaktionskräfte als ungeeignet :rwiesen, insbesondere wegen der verhältnismäßig großen Störanfälligkeit. Auch sind sie relativ aufwendig und teuer.

Das bzw. die geschilderten Gegengewichte gleichen zwar die Massenkräfte aus, welche sonst auf den stationären Teil der Reibungsschweißmaschine bzw. den Maschinenrahmen übertragen werden wurden, so daß kaum eine oder keine Gefahr besteht, daß die Reibungsschweißmaschine sich im Betrieb als Ganzes verschiebt, jedoch bleibt die Gefahr einer Vergrößerung der Oszillationsamplitude bestehen. Dem wirken radiale Reaktionskräfte entgegen, welche auf den Oszillator-Werkstückträger durch dessen Antrieb übertragen werden, der mit keilförmigen Antriebsgliedern am Oszillalor-Werkstückträger und am Maschinenrahmen angreift, welche eine Hin- und Herbewegung erfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reibungsschweißmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher der Oszillator-Werkstückträger auf einfache Weise zuverlässig zur Übertragung der aus der gegenseitigen Belastung der beiden Werkstückträger resultierenden Reaktionskräfte abgestützt und/oder vor Vergrößerung der Oszillalionsamplitude geschützt ist.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die restlichen Patentansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Reibungsschweißmaschine.

Das bzw. jedes flexible Element zur übertragung der besagten Reaktionskräfte kann im Betrieb auf Zug oder Druck beansprucht sein. Sind mehrere flexible Elemente vorgesehen, dann können einige auf Zug und einige auf Druck beansprucht sein. Ist das bzw. ein flexibles Element auf Druck beansprucht, dann muß es ausro^;chend steif sein, um ein Ausknicken im Betrieb zu verhindern. Die dafür im Einzelfall zu wählenden Abmessungen des bzw. jedes flexiblen Elements lassen sich unter Zugrundelegung der für das Biegen eines beidemlig eingespannten, mit einer in Längsrichtung wirkenden Knickkraft beaufschlagten Stabes entwickelten Gleichungen berechnen.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Reibungsschweißmaschine bewegt sich der Oszillalor-Werkstückträger ganz geringfügig auf die Stelle bzw. Stellen, woran er durch <las bzw. die flexiblen Elemente angclcnkt ist, zu bzw. davon weg, wenn das bzw. die flexiblen Elemente sich bi'-gen. Diese Axialbewegung des Oszillator-Werkstücktrtgers kann dadurch einfach vernachlässigbar klein gedacht werden, daß die Länge des bzw. jedes flexiblen elements sehr viel größer als die größte Auslenkung des Oszillator-Werkstückträgers während des Oszillierens gehalten wird. Ist beispielsweise das bzw. jedes flexible Element 508 mm lang, und macht die maximale Oszillationsamplitude 6,35 mm aus, dann ergibt sich eine axiale Bewegung über insgesamt etwa 0,08 mm. Bewegt sich der Oszillator-Werkstück'räger entlang einer Kreisbahn, dann tritt diese Axialbewegung während des Oszillierens nicht ein, sondern lediglich dann, wenn die beiden Werkstücke nach der Wär-

lu meerzcugung durch Reibung axial aufeinander ausgerichtet werden, bevor das Verschweißen geschieht.

1st die erfindungsgemäße Reibungsschweißmaschine so ausgebildet, daß der Oszillator-Werkstückträger entlang einer geraden Bahn oszilliert, dann kann das bzw.

I¹S jedes flexible Element so ausgestaltet sein, daß es sich in Bewegungsrichtung des Oszillators-Werkstückträgers verhältnismäßig leicht biegt, jedoch Verbiegungen in jeder anderen Richtung einen verhältnismäßig großen Widerstand entgegensetzt. Beispielsweise kann das bzw. jedes flexible Element dazu blattförmig ausgebildet sein. Ist die Reibungsschweißmaschine so ausgebildet, daß der Oszillator-Werkstückträger sich nicht entlang einer geradlinigen Bahn bewegt, dann ist das bzw. jedes flexible Element jedoch vorzugsweise so ausgestaltet, daß sein Biegewiderstand unabhängig von der Bewegungsrichtung des Oszillator-Werkstückträgers ist. Dazu weist das bzw. jedes flexible Element vorzugsweise einen Kreisquevschnitt auf. Statt dessen kann das bzw. jedes flexible Element jedoch auch beispielsweise

jo aus zwei gleichen, blattförmigen Stücken bestehen, welche jeweils an einem Ende aneinander befestigt sind, und zwar mit senkrecht zueinander ausgerichteten Hauptebenen.
Die Druck- bzw. Zugfestigkeit des bzw. der flexiblen

r, Elemente ist proportional der Querschnittsfläche des flexiblen Element., bzw. der gesamten Querschnittsfläche der flexiblen Elemente, so daß für jede von dem oder den flexiblen Elementen zu übertragende, maximale Reaktionskraft die geeignete Querschnittsfläche leicht bestimmt werden kann. Werden mehrere flexible Elemente mit Kreisquerschnitt verwendet, dann vermindert sich für eine gegebene Gesamtquerschnittsfläche die Steifheit der kombinierten flexiblen Elemente mit deren Anzahl, was bedeutet, daß eine einzelne Strebe oder Stange mit Kreisquerschnitt verhältnismäßig steif ist, während eine große Anzahl dünner Streben oder Stangen mit Kreisquerschnitt bei derselben Gesamtquerschnittsflächc eine kombinierte Steifheit aufweist, die sehr viel geringer als diejenige der Einzelstrebe bzw. -stange ist.

Bei der erfindungsgemäßen Reibungsschweißmaschine können flexible Elemente unterschiedlichster Art verwendet werden. Beispielsweise können wenige, verhältnismäßig dicke Streben oder Stangen mit Kreisquerschnitt benutzt werden, oder aber ein Satz paralleler, dünner Drähte, oder sogar ein Drahtseil. Die letztgenannten flexiblen Elemente können natürlich nur dort eingesetzt werden, wo sie auf Zug beansprucht sind, da sie auf Grund ihrer verhältnismäßig geringen Stärke bei

w) Druckbeanspruchung knicken würden.

Die Gesamlqucrschnittsfläche des bzw. der flexiblen Elemente wird in der Regel so gewählt, daß unzulässige Beanspruchungen vermieden sind. Insbesondere ist in der Regel dafür zu sorgen, daß im Betrieb keine BeIa-

h^r) stung bis in die Nähe der Elastizitätsgrenze auftritt. Vorteilhafterweise besteht das bzw. jedes flexible Element aus einem Material oder Materialien mit niedriger Hysterese, so daß die Gefahr ausgeschlossen ist, daß näm-

lieh im Betrieb der Reibungsschweißmaschine in dem bzw. den flexiblen Elementen Wärme erzeugt wird.

Das bzw. jedes flexible Element sollte an seinen beiden Enden mit dem jeweils zugehörigen Bauteil unbeweglich verbunden oder daran befestigt sein. An minde- ι stens einem Ende kann es auch einstückig mit dem zugehörigen Bauteil ausgebildet sein.

Wenn die beim Gegeneinanderdrücken der jeweils miteinander zu verschweißenden Werkstücke entstehenden Reaktionskräfte auf den Maschinenrahmen übertragen werden, dann besteht die Gefahr, daß sie den Maschinenrahmen verformen. Diese Gefahr läßt sich dadurch ausschließen, daß man den Oszillator-Werkstückträger und den anderen Werkstückträger zur Aufnahme der Reaktionskräfte gegeneinander abstützt π und unabhängig vom Maschinenrahmen miteinander verbindet, vorzugsweise durch mindestens ein flexibles Element, wie geschildert, wobei der Oszillator-Werkstückträger am Maschinenrahmen durch wenigstens ein flexibles Element gehallen wird. Da die Reaktionskräfte zu derjenigen Kraft, mit welcher die miteinander zu verschweißenden Werkstücke bei der Wärmeerzeugung durch Reibung gegeneinandergcdrückt werden, nicht auf den Maschinenrahmen übertragen oder weitergeleitet werden, bleibt er vollkommen unbeeinflußt. Jedoch müssen der Oszillator-Werkstückträger und der andere Werkstückträger am Maschinenrahmen gehalten werden. Dieses geschieht durch ein oder mehrere flexible Elemente, welches bzw. weiche normalerweise keinerlei bedeutsame Axialkräfte überträgt bzw. übertragen.

Erfindungsgemäß können die geschilderten flexiblen Elemente dazu dienen. Oszillationsamplitudenvergrößerungen entgegen zu wirken. Zu diesem Zweck braucht nämlich nur wenigstens ein flexibles und elasti- y, sches Element vorgesehen zu werden, welches mit den beiden Enden am Oszillator-Werkstückträgcr bzw. einem Bauteil befestigt ist, demgegenüber der Oszillator-Werkstückträger translatorisch beweglich ist. und welches den bei der Transiationsbcwcgung entstehenden Massen- bzw. Trägheitskräften mindesten steilweisc entgegenwirkt und unter elastischer Verbiegung Kräfte ausübt, welche die Amplitude der Translationsbewegung zu vermindern suchen. Das bzw. jedes flexible und elastische Element sollte eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche aufweisen, um eine beträchtliche Steifheit zu gewährleisten.

Es kann geschehen, daß ein bestimmtes, am Oszillator-Werkstückträger angebrachtes Werkstück sich vom Gewicht der vorherigen Werkstücke unterscheidet w oder daß die Oszillationsgeschwindigkeit geringfügig variiert oder daß irgendeine andere Änderung eintritt, welche die Größe der radialen Reaktionskräfte verändert Um dem Rechnung zu tragen, ist das bzw. jedes diese Kräfte übertragende flexible und elastische EIement 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.

Wenn der Oszillator-Werkstückträger mit einem oder mehreren Gegengewichten derart verbunden ist daß das bzw. die Gegengewichte eine zur oszillierenden Bewegung des Oszillator-Werkstückträgers entgegengesetzte, jedoch gleiche Bewegung ausführt bzw. ausführen, dann ist vorzugsweise das bzw. jedes flexible und elastische Element zwischen dem Oszillator-Werk

stück träger und dem bzw. den Gegengewichten angeordnet. Das bzw. die flexiblen und elastischen Elemente liefern dann eine Kraft, welche stets bestrebt ist, die Oszillationsamplitude auf Null zu vermindern. Dabei überträgt das flexible und elastische Element bzw. übertragen die flexiblen und elastischen Elemente normalerweise keine bedeutenden Axialkräfte. Jedoch ist eine Ausgestaltung mit flexiblen und elastischen Elementen möglich, welche sowohl zur Übertragung axialer Reaklionskräfte als auch zur Übertragung radialer Kräfte dienen, welche vom Oszillieren des Oszillator-Werksiückirägers herrühren. Beispielsweise kann der Oszillator-Werkstückträger durch einen Satz flexibler und elastischer Elemente mit dem bzw. einem der Gegengewichte und dieses durch einen weiteren Satz flexibler und elastischer Elemente mit einem stationären Bauteil der Reibungsschwcißmaschine verbunden werden. Beide Elemcntcnsät/.c übertragen dann Axialkräfle auf das stationäre Bauteil und wirken radialen Kräften entgegen.

Die Verwendung eines oder mehrerer verhältnismäßig steifer flexibler und elastischer Elemente zur Übertragung der Raclialkräfle, welche vom Oszillieren des Os/.illator-Wcrkstückträgers herrühren, bringt einen weiteren beträchtlichen Vorteil mit sich. Für jede Oszillationsgeschwindigkeit und jede oszillierende Masse können die radialen Reaktionskräfte während der Wärmeerzeugung durch Reibung im wesentlichen vollständig absorbiert werden, und zwar für jede Oszillationsamplitudc, so daß sie während der Oszillationsamplitudenverminderung zur gegenseitigen Ausrichtung der Werkstücke vor dem Aufbringen der Schweißkraft nicht wieder erscheinen. Wirkt das flexible und elastische Element bzw. wirken die flexiblen und elastischen Elemente den radialen Rcaklionskräflen lediglich teilweise entgegen, dann bleibt der Kraftanleil, dem sie entgegenwirken, unabhängig von derOszillationsamplitudc konstant.

Bei derjenigen Ausführungsform der erfindungsgcrnäßcn Reibungsschweißmaschine, bei welcher der Oszillator-Werkstückträger und der andere Werkslückträger zur Aufnahme der aus dem Gegeneinanderdrücken der beiden miteinander zu verschweißenden Wcrkstükke resultierenden Rcaktionskräfte gegeneinander abgestützt und unabhängig vom Maschinenrahmen miteinander verbunden sind und der Oszillator-Werkstückträger am Maschinenrahmen durch wenigstens ein flexibles Element gehalten ist, muß dieses flexible Element bzw. müssen diese flexiblen Elemente keine Kräfte ausüben, welche das Bestreben haben, die Amplitude der Os/.illationsbewegungcn zu vermindern.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der Reibungsschweißmaschine nach der Erfindung an Hand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigt schema tisch

Fig. 1 den Längsschnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 2;

F i g. 2 den Querschnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 in größerem Maßstab:

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Reibungsschweißmaschinc gemäß F i g. 1 und 2 in anderem Maßstab;

Fi g. 4 eine Seitenansicht eines flexiblen Elements der Reibungsschweißmaschine gemäß F i g. 1 bis 3 in größerem Maßstab, teilweise längsgeschnitten; und

F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein Ende eines anderen flexiblen Elementes der Reibungsschweißmaschine gemäß F i g. 1 bis 3 in größerem Maßstab zur Verdeutlichung der Befestigung desselben.

Die Reibungsschweißmaschinc gemäß Fig. 1 bis 3 weist einen Maschinenrahmen Leinen Oszillator-Werkstückträger II, einen Oszillator III und einen zweiten Werkstückträger IV auf.

Der Maschinenrahmen I ist aus Stahlplattcn in kastenbauweise hergestellt und weist einen unteren, flachen, geschlossenen Kasten 1 mit rechteckigem Umriß und darüber einen Kasten 2 in der Niihe eines Endes der Reibungsschweißmaschinc auf. Auf den beiden Stirnseiten des oberen Kastens 2 ragen zwei parallele Platten 3 nach oben, wie aus Fi g. 2 ersichtlich. An diesen ist jeweils ein flexibles Element bzw. eine flexible Strebe 4 mit einem Ende verankert. Die beiden Streben 4 erstrekken sich parallel zueinander horizontal zum anderen Ende der Reibungsschweißmaschine hin, wo sie jeweils mit dem anderen Ende am Oszillator-Werkstückträger II befestigt sind, und zwar an einer Kopfplatte 5 desselben.

Die Kopfplatte 5 trägt einen ersten Spannkopf 6, der ein erstes Werkstück 7 hält, welches mit einem zweiten Werkstück 8 verschweißt werden soll. Letzteres ist in einem zweiten Spannkopf 9 eingespannt, der auf einem ersten Schlitten 10 vorgesehen ist. Dieser ist auf einem weiteren, auf dem unteren Kanten 1 vorgesehenen Kasten 11 des Maschinenrahmens I in horizontaler Längsrichtung verschieblich geführt. Der erste Schlitten 10 und der zweite Spannkopf 9 bilden den zweiten Werkstückträger IV.

Von einer Kante der Kopfplatte 5 erstreckt sich eine Hauptplatte 12 nach unten, deren Mittelebcne koplanar zu den aneinanderliegenden Stirnflächen der Werkstükke 7 und 8 verläuft. Zwischen der Kopfplatte 5 und der Hauptplatte 12 ist eine Verstrebung 13 vorgesehen. Am unteren Ende der Hauptplatte 12 ist eine der Kopfplatte 5 ähnliche Fußplatte 14 befestigt, wobei auch zwischen der Fußplatte 14 und der Hauptplatte 12 eine der Verstrebung 13 ähnliche Verstrebung 15 angeordnet ist. An der Fußplatte 14 ist ein dem ersten Spannkopf 6 ähnlicher dritter Spannkopf 16 vorgesehen, in dem ein Rohling 17 eingespannt ist, welcher dem ersten Werkstück 7 hinsichtlich Gestalt und Gewicht ähnelt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Schwerpunkt des aus Kopfplatte 5, Hauplplatte 12, Fußplatte 14, Verstrebungen 13 und 15 und Spannköpfen 6 sowie 16 bestehenden Oszillator-Werkstückträgers Il bei eingespanntem ersten Werkstück 7 und Rohling 17 in der Mitte der Hauptplatte 12 liegt.

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

Durch die oberen Streben 4 und die unteren Streben 18 ist die Hauptplalte 12 bzw. der Oszillator-Werkstückträger 11 am Maschinenrahmen 1 gehalten. Da die Streben 4 und 18 flexibel sind, kann der Oszillator-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 oberen und unteren Strebe 4 bzw. IiS geht aus F i g. 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 20 und 21 sind an den Flanschen 23 miteinander verbunden, und zwar durch ■■> Schrauben 24, welche die beiden Flansche 23 durchsetzen und sie miteinander verspannen. Die eine Stange 20 weist auf der Stirnfläche des zugehörigen Flansches 23 einen Zentrierzapfen 25 auf, welcher in einer entsprechenden stirnseitigen Bohrung des Flansches 23 der anderen Stange 21 aufgenommen ist.

An dem anderen Ende ist jede Stange 20 bzw. 21 mit einem radial nach außen gerichteten Ringflansch 26 versehen, der durch Schrauben 27 mit dem zugehörigen benachbarten Bauteil 28 der Reibungsschweißmaschine 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 Abschnitts 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.

Das zweite Werkstück 8 wird gegen das erste Werkstück 7 mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit 30 mit Kolbenstange 31 gedrückt, welche mit Zapfen 32 am Zylinder in einem zweiten, hohlen Schlitten 33 schwenkbar gelagert ist. Der zweite Schlitten 33 ist auf dem oberen Kasten 2 des Maschinenrahmens 1 axial, d. h. in Längsrichtung verschieblich geführt und durch vier flexible Elemente bzw. Streben 35 mit der Kopfplatte 5 verbunden. Diese Streben 35 liegen in derselben Ebene wie die oberen Streben 4 und verlaufen parallel dazu. Der Aufbau der dem zweiten Schlitten 33 zugeordneten Streben 35 ist gleich demjenigen der oberen Streben 4 und sie sind auch gleich lang, weisen jedoch einen beträchtlich größeren Durchmesser auf. Zwischen den Platten 19 des Maschinenrahmens I ist ein dritter Schlitten 36 angeordnet, und zwar parallel zum zweiten Schlitten 33 beweglich geführt. Der dritte Schlitten 36 ist durch den Streben 35 des zweiten Schlittens 33 genau gleiche flexible Elemente bzw. Streben 37 mit der Fußplatte 14 verbunden.

Die Kolbenstange 31 ist über einen Gelenkzapfen 38 mit einem Paar zueinander paraller, im Abstand voneinander angeordneter, dreieckiger Platten 39 schwenkbar verbunden, und zwar an einer Ecke des Plattenpaares so 39. An der unteren Ecke ist das Plattenpaar 39 durch einen Gelenkzapfen 40 mit einem Arm 41 des dritten Schlittens 36 schwenkbar verbunden. Schließlich ist das Plattenpaar 39 an der oberen Ecke durch einen Gelenkzapfen 42 mit einem Ende einer kurzen Lasche 43 schwenkbar verbunden, weiche mit dem anderen Ende Ober einen Gelenkzapfen 44 zwischen zwei Zungen 45 des ersten Schlittens 10 angelenkt ist.

Wird die Kolben/Zylinder-Einheit 30 betätigt, so daß die Kolbenstange 31 ausfährt, dann werden der erste hü Schlitten 10 und der zweite Schlitten 33 auseinandergedrückt. Das zweite Werkstück 8 liegt am ersten Werkstück 7 an und drückt letzteres in F i g. 1 nach rechts. Diese Belastung wird von den Streben 25 des zweiten Schlittens 33 aufgenommen. Die durch die von der KoI-fas ben/Zylinder-Einheit 30 ausgeübte Kraft zum Zusammenpressen der Werkstücke 8 und 7 hervorgerufenen Reaktionskräfte werden also hauptsächlich von den Streben 35 des zweiten Schlittens 33 aufgenommen.

Von Bedeutung ist auch, daß der erste Spannkopf 6 und der zweite Spannkopf 9 auf flachen Bauteilen angeordnet sind, so daß keine darüberragenden Vorsprünge vorliegen. Demzufolge liegt die vom zweiten Werkstück 8 auf das erste Werkstück 7 ausgeübte Kraft mit ihrer Wirkungslinie oberhalb des Niveaus der von den Streben 35 des zweiten Schlittens 33 aufgenommenen Reaktionskräfte. Auf die Hauptplatte 12 bzw. den Oszillator-Werkstückträger Il wirkt also ein Drehmoment ein, und zwar im Uhrzeigersinn in Fig. 1. Wie erwähnt, ist der Oszillator· Werkstückträger II mit der Fußplatte 14 über die Streben 37 mit dem dritten Schlitten 36 verbunden, welcher mit dem Arm 41 an das Plattenpaar 39 angelenkt ist. Das auf den Oszillator-Werkstückträger Il einwirkende Drehmoment hat also zur Folge, daß der untere Gelenkzapfen 40 in F i g. 1 nach links gedrückt wird. Dem wirkt diejenige Kraft entgegen, welche das Plattenpaar 39 auf den unteren Gelenkzapfen 40 ausübt. Auf diese Weise ist die Hauptplalte 12 bzw. der Oszillator-Werkstückträger II im Gleichgewicht gehalten.

Der zweite Schlitten 33 und der dritte Schlitten 36 übertragen keine bedeutenden Reaktionskräfte auf den Maschinenrahmen I, so daß bei einer Betätigung der Kolben/Zylinder-Einheit 30 keine Gefahr einer Rahmenverwindung besteht. Die gesamte von der Kolben/ Zylinder-Einheit 30 beeinflußte, am Maschinenrahmen I ^;n Längsrichtung beweglich gelagerte Anordnung ist in Längsrichtung lediglich durch die oberen und unleren Streben 4 bzw. 18 gehalten, welche auf den Maschinenrahmen I keine Kräfte in Längsrichtung ausüben.

Wie erwähnt, liegt der Schwerpunkt des Oszillator-Werkstückträgers Il bei eingespanntem ersten Werkstück 7 und Rohling 17 in der Mitte der Hauptplatte 12. DerOszillator-Werkstückträgcr II ist mit vier Gegengewichten 46 versehen, welche jeweils ein Viertel des Gewichtes vom Oszillator-Werkstückträger Il einschließlich erstem 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 Pendellager jeder Achse 47 ist dieser gegenüber axial beweglich. Jede Achse 47 ist in der Mitte in einer von zwei senkrechten Platten 48 des Maschinenrahmens I in jeder Richtung beweglich, d.h. kardanisch gelagert.

Weiterhin ist jedes Gegengewicht 46 mit der Hauptplatte 12 durch vier flexible und elastische Elemente bzw. Streben 49 verbunden, welche sich ungehindert, d. h. mit ausreichendem Spiel durch entsprechend große Öffnungen ir. den Platten 48 erstrecken. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, weist jeae Strebe 49 einen Endflansch 50 mit achsparallelen Gewindebohrungen 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 Oszillator-Werkstückträgers II und der daran befestigten Teile zusammenfällt Die Streben 49 der Gegengewichte 46 verlaufen dabei gerade und sind nicht belastet.

Wird der Oszillator-Werkstückt rager II in Oszillationsbewegungen versetzt, dann bewegen sich die Gegengewichte 46 entgegengesetzt und biegen sich deren Streben 49 elastisch, um eine kombinierte Rückführkraft auszuüben, welche das Bestreben hat, die Teile in die ursprüngliche Stellung zurückzuführen. Wird der Oszillator-Wcrkstückträgcr Il entlang einer Kreisbahn mit einer gleichbleibenden, vorbestimmten Geschwin-

^r) digkeit translalorisch bewegt, dann haben der Oszillator-Werkstückträger Il und die Gegengewichte 46 das Bestreben, sich nach außen zu bewegen und den Durchmesser der Kreisbahn zu vergrößern. Die Streben 49 der Gegengewichte 46 sind so ausgelegt, daß die von

in ihnen ausgeübte Rückführkrafi zusammen mit den sehr viel geringeren Rückführkräften, welche die anderen Streben 4,18,35 und 37 ausüben, diese Bestreben genau kompensiert. Wie erläutert, gleichen die Rückführkräfte die nach außen gerichteten Kräfte immer aus, unabhän-

!■; gig vom Durchmesser der Kreisbahn.

Der aus der Hauptplatte 12, der Kopfplatte 5, der F⁷uBplaltc 14, den Verstrebungen 13 und 15 und den Spannköpfen 6 sowie 16 bestehende Oszillator-Werkstückträger Il bildet zusammen mit den Gegengcwichten 46 den Oszillator III. Die Streben 35 und 37 des zweiten Schlittens 33 bzw. des dritten Schlittens 36 stellen Reaktionskraftaufnahme- bzw. -übertragungselemente dar. Der Oszillator 111 kann auf beliebige Art und Weise angetrieben werden, beispielsweise gemäß dem Vorschlag nach DE-OS 20 56 773 oder DE-OS 22 06 390.

Alle oder einige der Gruppen von Streben 4 bzw. 18 bzw. 35 bzw. 37 können durch einen Satz flexibler Streben ersetzt werden, welcher als ein Bauteil aus einer

jo Stahlplatte mit Hilfe eines Fräsers mit speziellem Profil hergestellt wird, wobei mit dem Fräser auf jeder Plattenseite mehrere parallele Nuten ausgebildet werden, welche sich in Längsrichtung der Platte erstrecken und jeweils im Abstand von den Plaltenenden enden, so daß

r> sich die Nuten der beiden Plattenseiten treffen und durchgehende Schlitze bilden, zwischen denen Streben mit gleichbleibendem, kreisförmigem Querschnitt verbleiben. Die Streben enden also in den beiden ungeschützten Endabschnitten der Platte. Die Endabschnitte der Streben flachen sich kurz vor Erreichen der besagten Plaltenendabschnitte ab.

In jedem Fall ist eine solche Befestigung der flexiblen Elemente bzw. Streben an ihren Enden von Bedeutung, daß sie sich gegenüber dem jeweils benachbarten Baud's teil nicht verschieben können. Beispielsweise besteht bei Streben, welche als einfache zylindrische Stange ausgebildet sind, die mit ihren beiden Enden in Bohrungen der miteinander zu verbindenden Bauteilen eingesetzt wird, die Gefahr, daß im Betrieb die Mündungen der Bohrun-

^r>o gen ausgeweitet werden, was Reibkorrosion zur Folge hai. Diihui¹ Sollen die Streben jeweils an den beiden Enden mit Abschnitten größeren Querschnitts als in der Mitte ausgebildet und an den zugehörigen Bauteilen der Reibungsschweißmaschine befestigt werden. Werden die Streben im Betrieb gebogen, dann vermindern sich die von den Abschnitten größeren Querschnitts aus geübte Drücke, und ist die Gefahr von Reibkorrosion ebenfalls vermindert. Die Abschnitte größeren Querschnitts können in Bohrungen in den durch die Streben

M> zu verbindenden Bauteilen eingreifen und beispielsweise durch Schrauben oder Kleber befestigt sein, oder aber durch Halter, welche den Rand der Bohrungen übergreifen und die Abschnitte größeren Querschnitts an der Wurzel der Streben umfassen, oder durch

b? Klemmbacken, welche geeignete Wülste an den Seiten der Abschnitte größeren Querschnitts erfassen.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die zweiten und dritten Schlitten 33 bzw. 36 durch Bauteile

ersetzt, welche Bestandteil des Maschinenrahmens I sind. Das Plattenpaar 39 entfällt und die Kolbenstange 31 ist unmittelbar an die Zungen 45 des ersten Schlittens 10 angelcnkt. Die durch die von der Kolben/Zylindcr-Einhcit 30 ausgeübte Kraft hervorgerufenen Reaktionskräfte werden dann von den oberen Streben 4, 35 und den unteren Streben 18, 37 aufgenommen und auf den Maschinenrahmen I übertragen, welcher dann möglicherweise verstärkt werden muß, um merkliche Verformungen zu verhindern.

Die unleren Streben 18 und 37 werden dann auf Druck beansprucht, wie bei der dargestellten Ausführungsform. Sie könnten jedoch durch gleiche, sich auf der in Fig. 1 rechten Seite von der Fußplatte 14 weg erstreckende Streben ersetzt werden, welche Anord- r> nung jedoch weniger zufriedenstellend ist, weil bei Bewegung der Hauptplatte 12 aus der Mittelstellung heraus deren oberes Ende sich dann geringfügig in Fi g. 1 nach links bewegen würde, das untere Ende dagegen nach rechts. Bei der dargestellten Ausführungsforni verbleibt demgegenüber die Uauptplatte 12 bei ihrer Bewegung stets parallel zur Ausgangsstellung.

Bei den beispielsweise geschilderten Ausführungsformen weist jedes flexible Element bzw. jede flexible Strebe einen verhältnismäßig großen Querschnitt auf, jedoch kann auch ein verhältnismäßig kleiner Querschnitt und beispielsweise statt einer stangenförmigen Ausbildung eine Ausbildung als Draht gewählt werden. Die Steifheit und der Ausknickwiderstand einer Drahtanordnung sind jedoch im Vergleich zur Steifheit und zum jo 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 sie nicht dort verwendet werden, wo sie Rückführungskräfte ausüben sollen.

Jedoch können Drahtanordnungen als flexible Elemente bzw. Streben bei bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann die untere Gruppe von Streben durch eine Drahtanordnung bei einer solchen Ausführungsform ersetzt sein, bei welcher das untere Ende der Hauptplatte 12 Zug ausübt. Die Möglichkeit eines derartigen Ersatzes bezüglich der oberen Streben ist geringer.

Bei den Drahtanordnungen können beispielsweise 4·> zwei im Abstand voneinander angeordnete, rechteckige Metallplattcn vorgesehen sein, welche durch mehrere parallel zueinander verlaufende Einzeldrählc miteinander verbunden sind, wobei die beiden Enden jedes Drahtes in entsprechende Bohrungen der beiden Plat- üo ten eingreifen und dort befestigt sind, beispielsweise mit einem Kleber oder durch Löten. Dabei besteht jedoch 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 bo Stifte umschlingend, so daß die sich zwischen den Stangen erstreckenden Abschnitte des Drahtstücks die flexiblen Elemente bilden. Eine geringfügige Gefahr von Reibkorrosion besteht an denjenigen Stellen, an denen der Draht an den Stiften anliegt.

Bei den geschilderten Ausführungsformen werden alle oder im wesentlichen alle Reaktionskräfte durch die flexiblen Elemente bzw. Streben 35,37 vom Oszillaior-Werkstückträger Il auf die zweiten und dritten Schlitten 33 bzw. 36 oder, falls diese fehlen, durch die flexiblen Elemente bzw. Streben 4,35 und 18,37 auf den Maschinenrahmen I übertragen. Stattdessen kann jedoch auch auf diese Weise lediglich ein Teil der Reaktionskräfte vom Oszillator III her übertragen werden, und der Rest mit Hilfe anderer Lagerungen, wie beispielsweise hydrostatischer Lager.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Reibungsschweißmaschine mit zwei Werkstückträgern, welche zum Gegeneinanderpressen der miteinander zu verschwaißenden Werkstücke an deren Schweißflächen gegenseitig belastbar sind, wobei ein Werkstückträger als Oszillator ausgebildet 1st, welcher bezüglich des Maschinenrahmens und des anderen Werkstückträgers in einer zur Werkstückträgerbelastungsrichtung senkrechten Ebene translatorisch entlang einer geraden Bahn hin- und herbeweglich oder entlang einer geschlossenen Bahn, insbesondere Kreisbahn, beweglich angeordnet und angetrieben ist, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (H) mit dem Maschinenrahmen (I) und/oder dem anderen Werkstückträger (IV) und/oder einem oder mehreren Gegengewichten (46) durch mindestens ein bzw. je ein flexibles Element (4; 18; 35; 37; 49) verbunden ist

2. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (II) durch mindestens ein flexibles Element (4; 18) mit dem Maschinenrahmen (I) verbun- 2^r> den ist, so daß die aus der gegenseitigen Belastung der Werkstückträger (Il und IV) resultierenden Reaktionskräfte auf den Maschinenrahmen (1) übertragen werden.

3. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 1. jo dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (II) durch mindestens ein flexibles Element (35; 37) mit dem anderen Werkstückträger (I V) derart verbunden ist, daß keine aus der gegenseitigen Belastung der Werkstückträger (Il und IV) re- sultierenden Reaktionskräfte auf den Maschinenrahmen (I) übertragen werden.

4. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (II) durch mindestens ein weiteres flcxi- bles Element (4; 18) mit dem Maschinenrahmen (I) verbunden und an demselben gehalten ist.

5. Reibungsschweißmaschine nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (II) durch mindestens zwei parallc- Ie flexible Elemente (4 und 18; 35 und 37) mit dem Maschinenrahmen (I) bzw. dem anderen Werkslückträger (IV) verbunden ist, welche auf derselben Seite der Werkstückstoßstelle in unterschiedlichen Abständen von derselben angeordnet sind.

6. Reibungsschweißmaschinc nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden flexiblen Elemente (4 und 18; 35 und 37) gleich lang sind und sich in derselben Richtung vom Oszillator-Werkstückträger (II) weg erstrecken, so daß bei gegensei- tiger Belastung der Werkstückträger (II und IV) ei nes auf Druck und eines auf Zug beansprucht ist und der Oszillator-Werkstückträger (I I) beim Oszillieren gegen Kippen gehalten ist.

7. Reibungsschweißmaschine nach einem der An- w> Sprüche 2 bis 6. gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des bzw. der flexiblen Elemente (4; 18; 35; 37), daß es bzw. sie beim Oszillieren des Oszillator-Werkstückträgers (I I) auf denselben unter elastischer Verbiegung eine Rückführkrafi ausübt bzw. h5 ausüben, welche einer Vergrößerung der Oszillationsamplitude entgegenwirkt.

8. Reibungsschweißmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Oszillatcr-Werkstückträger zum Ausgleich der beim Oszillieren auftretenden Massenkräfte mit mindestens einem Gegengewicht derart verbunden ist, daß der Oszillatorwerkstückträger und das bzw. die Gegengewichte gleiche, jedoch einander entgegengerichtete Bewegungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator-Werkstückträger (II) durch mindestens ein flexibles Element (49) derart mit dem bzw. jedem Gegengewicht (46) verbunden ist, daß das flexible Element (49) beim Oszillieren des Oszillator-Werkstückträgers (II) und des bzw. der Gegengewichte (46) auf den Oszillator-Werkstückträger (II) und das bzw. das zugehörige Gegengewicht (46) unter elastischer Verbiegung jeweils eine Rückführkraft ausübt, welche einer Vergrößerung der jeweiligen Oszillationsamplitude entgegenwirkt.