DE2332581C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung fluchtender rohrförmiger Körper - Google Patents

Description

die zu verschweißenden Rohrteile nach der mechanischen Bearbeitung der Schweißflächen durch Messerköpfe bzw. Schleifscheiben oder ähnliche Werkzeuge noch zu bewegen. Ein solche* Verfahren läßt sich demzufolge aus prinzipiellen Gründen nicht bei der Anwendung des Elektronenstrahlschweißens durchführen, da ein Schweißspalt, der durch ein mechanisches Werkzeug, wie z.B. einen Messerkopf oder eine Schleifscheibe vorbereitet wird, viel zu breit ist um eine Elektronenstrahlschweißung durchführen zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den obengenannten Druckschriften also weder einzeln noch in ihrer Zusammenschau entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) beide Rohrhälften werden auf eine als Zentrierdorn wirkende Aufnahmeschwelle aufgeschoben und dort miteinander fluchtend gehalten,

b) die zu verschweißenden Stirnflächen werden in dieser Lage spanabhebend bearbeitet,

c) die Rohrhälften werden in ihrer auf der Aufnahmewelle zentrierten Lage koaxial gegeneinander verschoben, bis die jeweiligen Schweißflächen aneinanderstoßen,

d) die Aufnahmewelle wird zusammen mit den Rohrhälften in eine Vakuumkammer gebracht, wo die Elektronenstrahlschweißung stattfindet!

Der Hauptvorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Bearbeitung der Schweißfuge und das Verschweißen in ein und derselben Aufspannung erfolgt, ohne daß die Achskörperhälften aus der Spannvorrichtung genommen werden müssen. Dadurch wird höchste Genauigkeit der Schweißfuge erzielt und gleichzeitig erhebliche Zeit eingespart. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich insbesondere aus der Verwendung einer Aufnahmewelle als Zentrierdorn für die Rohrhälften und besteht darin, daß eine relativ leichte und vor allern platzsparende Bearbeitungs- und Schweißvorrichtung geschaffen wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die spanabhebende Bearbeitung eine Drehbearbeitung sein. Obwohl für das geschilderte Verfahren auch eine Fräsbearbeitung möglich ist, bietet die Drehbearbeitung besondere Vorteile, weil durch die als Zentralwelle ausgebildete Haltevorrichtung des rohrförmigen Körpers, sowoh' was die Platzverhältnisse anlangt als auch was entstehende Unwuchten betrifft, günstige Voraussetzungen für eine Drehbewegung des Werkstücks mitsamt der Vorrichtung geschaffen sind. Ein weiterer Vorteil einer Drehbearbeitung besteht darin, daß sie im Vergleich etwa zu einer Fräsbearbeitung der Schweißflächen erheblieh schneller abläuft.

Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Aufnahmewelle besteht, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Enden des rohrförmigen Achskörpers entspricht und auf der im Mittelabschnitt zur zentrischen Aufspannung der Rohrhälften im Bereich ihrer Schweißflächen gegen Drehung gesicherte, in Axialrichtung gegeneinander gleitend verschiebbare Spannelemente angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ermößlicht. in einfacher Weise die beiden Rohrhälften

in der gleichen Aufspannung an ihrer Schweißfläche spanabhebend zu bearbeiten und danach zu verschweißen, indem jeweils eine Rohrhälfte an ihrem äußeren Ende unmittelbar auf der Aufnahmewelle zentrisch und axial verschieblich gelagert ist, während sie an ihrem anderen Ende, d.h. im Bereich der Schweißfläche auf einem Spannelement festgelegt ist, das die Rohrhälfte an diesem Ende gegenüber der Aufnahmewelle zentriert und das seinerseits axial verschieblich ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung eines Achskörpers für eine Fahrzeugachse besteht darin, daß die Spannelemente sich jochartig durch die Achsmittelöffnungen nach außen erstrecken, wo jeweils ein konzentrisch um eine Achsrohrhälfte angeordneter Haltering mit einem Spannelement fest verbunden ist. Durch diese Ausbildung der Aufnahmevorrichtung ist es möglich, die Außenkontur im Bereich der Achsmittelpartie, d.h. also im Bereich der Schweißfuge genau fluchtend einzustellen und in dieser Lage zu verschweißen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung der Aufnahmevorrichtung liegt darin, daß bei einer Bearbeitung der Schweißflächen auf einer Drehbank die konzentrischen Halteringe Abstützungen für Lünetten bilden. Schließlich wird durch die Halteringe gleichzeitig der Transport der auf die Aufnahmewelle aufgeschobenen Achsrohrhälften zur Werkzeugmaschine und von dort zur Schweißstation erleichtert, der vorteilhaft mit einem Hängeförderer erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung sind an den Halteringen radial spannbare Formbacken zur Festlegung der Achsrohrhälften angeordnet.

Im einzelnen wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren mit den zugehörigen Vorrichtungen an Hand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die teilweise Ansicht eines auf eine Aufnahmewelle aufgeschobenen Achskörpers, wobei die Achsrohrhälften sich in der Lage zur spanabhebenden Bearbeitung befinden,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1, wobei die beiden Achsrohrhälften in ihre Schweißlage zusammengeschoben wurden,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß IH-III aus Fig. 1,

Fig. 4 die einzelnen Stationen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens schematisch,

Fig. 5 eine Bearbeitungsvorrichtung mit eingespanntem Achskörper in waagerechter Position in einer Elektronenstrahlschweißanlage,

Fig. 6 eine Bearbeitungsvorrichtung mit eingespanntem Achskörper in senkrechter Position in einer Elektronenstrahlschweißanlage.

Eine Bearbeitungsvorrichtung mit eingespannten Achshalbrohren 1, 2, gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Aufnahmewelle 3, auf die die Achshalbrohre 1 und 2 aufgeschoben sind. Am äußeren Ende der Achshalbrohre 1,2 entspricht deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Aufnahmewelle 3, so daß an dieser Stelle eine Zentrierung der Achshalbrohre stattfindet. In ihrem Mittelbereich ist die Aufnahmewelle 3 mit einer erhabenen Kerbverzahnung 4 versehen. Auf dieser Kerbverzahnung sind zwei Spannelemente 5 axial verschieblich gelagert. Die Spannelemente 5 sind mit jochartigen Quertraversen 25 fest verbunden, die sich durch Achsmittelöffnungen der Achsrohrhälften nach außc η erstrecken, wo sie jeweils mit einem Haltering 6 ver-

schraubt sind. Die Halteringe 6 sind genau zentrisch zur Längsachse der Aufnahmewelle 3 angeordnet. Sie weisen an ihrem Außenumfang glatte Flächen auf, die als Abrollflächen für die Abstützung auf Lünetten 7 einer nicht gezeichneten Drehbank dienen.

Die Aufnahmewelle 3 ist zwischen Körnerspitzen in dieser Drehbank gelagert, wovon nur die rechte Körnerspitze 23 gezeichnet ist. Die Aufspannung der Achsrohrhälften 1, 2 im Bereich der Schweißflächen

21 und 22 - das ist der Mittelbereich der Aufnahmewelle 3 - erfolgt mittels der Spannelemente S und Halteringe 6 gemäß Fig. 3, indem auf den Halteringen 6 radial spannbare Formbacken 10 angeordnet sind, die mit Hilfe von Exzenterbolzen 11 betätigt werden. Ein Gewindering 9 steht mit Außengewinden beider Spannelemente 5 in Verbindung, so daß durch Drehung des Gewinderinges 9 die Achsrohrhälften 1,

2 axial gegeneinander verschoben werden können. In Fig. 1, wo sich die Bearbeitungsvorrichtung in einer Drehbank zur Bearbeitung der Schweißflächen 21 und ao

22 befindet, ist zwischen den Achsrohrhälften 1,2 ein Abstand eingestellt, so daß ein Drehstahl 8 die Schweißfläche 21 bearbeiten kann. In gleicher Weise erfolgt die Bearbeitung der Schweißfläche 22.

Zur Verschweißung der Achsrohrhälften 1, 2 werden diese mittels des Gewinderings 9 bis zum Anschlag der Schweißflächen 21 und 22 zusammengeschoben, was in Fig. 2 dargestellt ist. Der Transport der Bearbeitungsvorrichtung zusammen mit den Achsrohrhälften erfolgt gemäß Fig. 4 mit einem Hängeförderer 12, der die Bearbeitungsvorrichtung an den Halteringen 6 aufnimmt.

Die in Fig. 1 gezeigte Lage entspricht der Station b in Fig. 4, während die in Fig. 2 gezeigte Lage der Station c entspricht.

Bei α werden die Achsrohrhälften 1 und 2, nachdem sie wie in Fig. 1 beschrieben, gespannt und eingerichtet wurden, an den Halteringen 6 von einem Hängeförderer 12 aufgenommen und zur Drehstation b gebracht. Nach erfolgter Drehbearbeitung bei der Station b erfolgt der Transport mittels des Hängeförderers 12 in eine Vakuumkammer 13 einer Elektronenstrahlschweißanlage mit waagerechter Aufnahme der Bearbeitungsvorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine solche Elektronenstrahlschweißanlage schematisch im Schnitt.

An der Vakuumkammer 13 ist außen eine Elektronenstrahlschweißkanone 14 angebracht, deren Strahlrichtung (mit einem Pfeil angedeutet) waagerecht verläuft. Auf einer vertikal verlaufenden Führungsschiene 15 wird ein quer zur Strahlrichtung bewegbarer L-förmiger Aufnahmeschlitten 16 geführt. Dieser Aufnahmeschlitten 16 ist an seinem waagerechten Aufnahmearm 18 mit Lagerrollen 17 versehen, die der drehbaren Lagerung der Bearbeitungsvorrichtung mittels der Halteringe 6 dienen. Die Lagerrollen 17 sind angetrieben. In gleicher Weise ist für den L-förmigen Aufnahmeschlitten 16 ein Antrieb zur Vertikalbewegung desselben vorgesehen, wobei dieser mit der Antriebsvorrichtung der Lagerrollen 17 in der Weise synchronisiert ist, daß die Drehung des Achskörpers und die Querbewegung zur Elektronenstrahlkanone so erfolgt, daß der Elektronenstrahl jeweils senkrecht auf die Schweißfuge auftrifft.

In Fig. 6 ist eine Elektronenstrahlschweißanlagc gezeigt, bei der der Achskörper in vertikaler Anordnung geschweißt wird. In der Vakuumkammer 24 ist ein quer zur Elektronenstrahlrichtung verfahrbarer Schlitten 19 angeordnet, auf dem die Bearbeitungsvorrichtung zusammen mit den Achsrohrhälften auf einer am Boden eingesetzten Körnerspitze 20 gelagert ist.

In der Seitenwandung des Schlittens 19 sind horizontale Stützrollen zur Lagerung des unteren Halterings 6 vorgesehen. Mittels eines Antriebsmotors 27, der ein Ritzel 28 antreibt, das in einen am Haltering 6 befestigten Zahnring 26 eingreift, wird die Bearbeitungsvorrichtung mit den Achsrohrhälften um ihre eigene Achse gedreht. Der Antrieb des Schlittens 19 erfolgt mit der Schaltung des Motors 27 synchron, so daß jeweils ein senkrechtes Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge erfolgt.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß Patentschutz nur jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruchs, also einschließlich seiner Rückbeziehung begehrt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Bisher werden solche Werkstücke, insbesondere Patentansprüche: wenn es sich um große, schwere Achskörper handelt, so hergestellt, daß zwei Rohrhälften an ihren Stirnflä-

1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmi- chen mit einer vertikal zu ihrer Längsachse verlaufenden Acbskörpere für eine Fahrzeugtriebachse, die S den Schweißverbindung zusammengeschweißt werin ihrem Mittelbereich aufgeweitet ist und in die- den. Diese Verbindung kann bisher wirtschaftlich nur sem Bereich zwei gegenüberliegende Achsmittel- durch eine herkömmliche Sigma- oder aber durch eine öffnungen aufweist, durch Schweißen zweier rohr- Stumpfschmelzschweißung hergestellt werden. Bei förmiger Achskörperhälften in einer zur Rohr- der erstgenannten Schweißmethode ist aber eine Vorlängsachse senkrechten Ebene, gekennzeich- "> bereitung der Schweißpartie durch Abschrägung innet durch folgende Verfahrensschritte: nen und außen notwendig, die sehr kostspielig ist, weil

a) beide Rohrhälften werden auf eine als Zen- diese im Regelfall keine Kreisform aufweist. Bei der trierdorn wirkende Aufnahmewelle aufge- Stumpfschmelzschweißung, der sogenannten Abschoben und dort miteinander fluchtend ge- brennschweißuog, entsteht nach außen und nach inhalten, *5 nen ein sogenannter Bart, das ist ein Schweißwulst,

b) die zu verschweißenden Stirnflächen werden dessen Entfernung besonders innen kostenintensiven, in dieser Lage spanabhebend bearbeitet; großen Arbeitsaufwand mit sich bringt. Die Nachteile

c) die Rohrhälften werden in ihrer auf der Auf- der genannten Schweißverfahren sind mit der Eleknahmewellen zentrierten Lage koaxial ge- tronenstrahlschweißung vermeidbar. Diese konnte genemander verschoben, bis die jeweiligen *° aber für die o.a. Werkstücke nicht angewendet wer-Schweißflächen aneinanderstoßen; den, weil eine zufriedenstellende Verbindung nur bei

d) die Aufnahmewelle wird zusammen mit den einem sehr engen hochkonstanten Schweißspalt und Rohrhälften in eine Vakuumkammer ge- feinbearbeiteten Schweißflächen erreichbar ist. Die bracht, wo die Elektronenstrahlschweißung Feinbearbeitung der Rohrhälften an ihren Stirnflästattf indet. »5 chen und die genaue Positionierung in der Schweißan-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- lage zur Erzielung eines konstanten Schweißspaltes kennzeichnet, daß die spanabhebende Bearbei- ist so aufwendig, daß von der Anwendung des Elektung eine Drehbearbeitung ist. tronenstrahlschweißverfahrens bei obenbezeichneten

3. Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung Halbzeugen bisher jedenfalls dann abgesehen werden des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, da- 3° mußte, wenn eine Serienherstellung verlangt war.
durch gekennzeichnet, daß sie aus einer Auf nah- Aufgabe der vorliegenden Frfindung ist es, das wemewelle (3) besteht, deren Außendurchmesser gen seiner hohen Schweißgeschwindigkeit gerade für dem Innendurchmesser der Enden des rohrförmi- die Serienfertigung Vorteile bietende Elektronengen Achskörpers entspricht und auf der im Mittel- strahlschweißverfahren auf obenbezeichnete Halbabschnitt zur zentriscbea Aufspannung der Rohr- 35 zeuge anwendbar zu machen, wobei '.isbesondere nur hälften (1,2) im Bereich ihrer Schweißflächen (21, kurze Zeiten für die Vorbehandlung und Positionie-22) gegen Drehung gesicherte, in Axialrichtung rung der zu verschweißenden Rohrhälften aufgewengegeneinander gleitend verschiebbare Spannele- det werden dürfen.

mente (S) angeordnet sind. Im Stand der Technik sind zwar Verfahren zur Her-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- 40 stellung rohrförmiger Körper aus zwei Halbrohren kennzeichnet, daß die Spannelemente (5) über ei- mittels der Elektronenstrahlschweißung bekannt nen Gewindering (9) miteinander verbunden sind, (siehe z. B. Welding Journal, August 1965, Seiten 631 durch dessen Drehung sie axial gegeneinander bis 636 und US-PS 3483 352); es wird dort aber nicht verspannbar sind. offenbart, wie ein solches Verfahren durchgeführt

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, 45 werden soll, d. h. wie die beiden Halbrohre vorbereitet dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente und positioniert werden sollen, um eine Elektronen-(5) sich jochartig durch die Achsmittelöffnungen strahlschwcißung durchführen zu können. In der nach außen erstrecken, wo jeweils ein konzen- DT-AS 2224722 ist vorgeschlagen worden, zwei trisch um eine Achsrohrhälfte angeordneter Hai- schalenförmige, im Gesenk vorgeformte Blechkörper tering (6) mit einem Spannelement (5) fest ver- 50 miteinander zu einem rohrförmigen Körper zu verbunden ist. schweißen und dabei die Elektronenstrahlschweißung

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- anzuwenden. Durch die Zusammensetzung eines kennzeichnet, daß an den Halteringen (6) radial rohrförmigen Körpers aus zwei Halbschalen ergibt spannbare Formbacken (10) zur Festlegung der sich jedoch eine recht umständliche Handhabung der Achsrohrhälften (1, 2) angeordnet sind. 55 Halbzeuge, weil zumindest eines dieser Halbzeuge

nach der mechanischen Bearbeitung zur Verschweißung gestürzt werden muß. Auf Grund der Größe der

Achshalbschfilen und der zusätzlichen Spannvorrichtung ist für dieses Stürzen eine eigene Hebe- und 60 Wendevorrichtung erforderlich mit allen sich daraus

)ie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ergebenden Nachteilen im Hinblick auf die notwendii Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen gen Hilfsmittel und die benötigte Arbeitszeit,
lskörpers für eine Fahrzeugtriebachse, die in ihrem Schließlich ist es aus der DT-OS 1440 380 und der

telbereich aufgeweitet ist und in diesem Bereich US-PS 3628236 bekannt, Halbzeuge, die mit heri gegenüberliegende Achsmittelöffnungen auf- 65 kömmlicher Schweißung zu Rohren verbunden wer-5t, durch Schweißen zweier rohrförmiger Achs- den sollen, an ihrer Schweißfläche unmittelbar vor der perhälften in einer zur Rohrlängsachse senkrech- Schweißung mechanisch zu bearbeiten. Bei den dort Ebene. offenbarten Verfahren ist es allerdings nicht möglich,