DE2553572A1 - Verfahren und vorrichtung zum reibschweissen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum reibschweissen

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Description

2 ?. NQv/. m
DR.-.NG. ULRICH KNOBLAUCH FRANKFURT/MAIN lf DEN PATENTANWALT kuhhornshofweg 10 K:Z
POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 TELEFON 56 10 78 λ Γ Γ -1 Γ ΤΛ
DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 2300308 TELEGRAMM: KNOPAT £ 0 D 4 Q IA
The Welding Institute, Abington Hall, Abington,Cambridge,England.
Verfahren und Vorrichtung zum Reibschweißen
Die Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren und eine Reibschweißvorrichtung zum Verbinden eines ersten Teils mit einem kreisförmigen Loch und eines zweiten Teils mit einem kreisförmigen Umfang.
Beim herkömmlichen Reibschweißen zum Verbinden zweier Rohre oder Stangen werden die Endflächen der zu verbindenden Rohre oder Stangen aneinandergelegt und relativ zueinander unter Ausübung eines Axialdrucks zur Erzeugung von Reibungswärme gedreht. Während der Drehung wird das die Endflächen bildende Material aus dem Schweißbereich herausgedrückt, so daß es einen Wulst oder eine Aufstauchung bildet, und wenn die Relativdrehung angehalten und der Druck aufrechterhalten oder erhöht wird, ergibt sich eine hochwertige Schweißverbindung. Das aufgestauchte Material bildet einen ringsumlaufenden Wulst auf der Außenseite - und im Falle von Rohren auf der Innenseiteder Verbindungsstelle. Die aus dem Verbindungsbereich erfolgende Verschiebung odsrj Verdrängung des Metalls, das ursprünglich an den Enden der Werkstücke frei lag, bevor sie verbunden wurden, ist einer der Faktoren, der zu der hochwertigen Schweißverbindung führt.
Häufig sollen ein erstes Teil mit einem kreisförmigen Loch und ein zweites Teil mit einem kreisförmigen Umfang verbunden werden, und zwar so, daß sich das zweite Teil koaxial im kreisförmigen Loch des ersten Teils befindet. Ein Beispiel dafür ist die Verbindung der inneren Oberfläche eines Rings
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mit der inneren Oberfläche eines Rohres, um einen Bund auf dem Rohr zu bilden.
Es" wurde festgestellt, daß es möglich ist, solche Teile durch Reibschweißen zu verbinden, wobei ein Eindringen des einen der Teile in das andere Teil und ein Zusammendrücken (oder Dehnen) des einen der Teile in einem Maße erforderlich ist, daB normalerweise nicht für möglich gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß das zweite Teil koaxial mit seinem Umfang in dem Loch des ersten Teils angeordnet wird und beide Teile um die gemeinsame Achse von Loch und Umfang relativ zueinander gedreht werden, und daß bei dieser Drehung die Umfangswand zumindest des einen der Teile, die dem anderen der Teile abgekehrt ist, einem Druck ausgesetzt wird, der eine größere Komponente senkrecht zu dieser Achse aufweist, weitgehend gleichförmig um die Umfangswand herum verteilt und so gerichtet ist, daß die Teile in reibende Berührung gebracht werden, wobei die relative Drehung solange fortgesetzt wird, bis eine solche Reibungswärme erzeugt und eine derartige Eindringung erzielt ist, daß die äußere Oberfläche des zweiten Teils und die innere Oberfläche des ersten Teils verschweißen. Der Druck kann nach dem Ende der Drehung fortgesetzt oder sogar erhöht werden, um die Verbindung zu verfestigen.
Die Angabe, daß der Druck um die Umfangswand eines der Teile herum "weitgehend gleichförmig verteilt" sein soll, soll neben der Ausübung des Drucks in einer kontinuierlichen Weise rings über die gesamte Umfangswand, z.B.mittels eines konischen Spannfutters (Klemmring, Spannaange o.dgl.), die Ausübung eines Drucks über eine Anzahl einzelner belastender Betätigungsglieder umfassen, die rings um die Umfangswand auseinanderliegend angeordnet sind. Diese Betätigungsglieder sollten nicht weiter auseinanderliegen, als es dem Vierfachen der radialen Dicke des belasteten Teils entspricht,
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mit der Maßgabe, daß bei Rohren mit kleinem Durchmesser mindestens fünf und vorzugsweise mindestens zehn Belastungspunkte vorgesehen sein müssen.
In einigen Fällen kann der Innendurchmesser des äußeren Teils kleiner als der Außendurchmesser des inneren Teils oder der inneren Teile sein, z„B. wenn die inneren Teile zwei Rohre mit abgeschrägten Enden sind, so daß sie zusammen eine Nut oder Rille bilden, wenn sie mit den Enden aneinander-liegend angeordnet sind, und das äußere Teil die Form eines Rings hat, der zwischen den abgeschrägten Oberflächen angeordnet wird, bevor die Rohre zusammengedrückt werden. Die obige Angabe, daß sich der kreisförmige Umfang des zweiten Teils innerhalb des kreisförmigen Loches des ersten Teils befindet, soll auch den Fall umfassen, daß sich das innere Teil im äußeren Teil in einer zur gemeinsamen Achse .dieser Teile senkrechten Ebene befinden.
Die US-Patentschrift 3 134 278 schlägt ( in Zusammenhang mit den Fig.17 und 18) vor, einen Ring mit einer zylindrischen Oberfläche mit der Außenseite eines zylindrischen Körpers durch Reibschweißen zu verbinden. Nach diesem Vorschlag erfolgtdas Aufpressen des Rings auf den zylindrischen Körper mit Hilfe einer Klemme in Form eines weiteren Rings mit einem einzigen Spalt, an den sich die Ringenden nach außen erstrecken, so daß. sie auseinanderliegende parallele Klauen bilden, auf die ein Druck ausgeübt werden kann. Der mit dem zylindrischen Körper zu verbindende Ring ist in seinem Umfang mit einem Spalt versehen. Dieser Ringspalt erleichtert die gegenseitige Berührung der inneren Ringoberfläche und der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers und gestattet eine Umf ausdehnung des Rings, wenn er während der Reibungserwärmung vorhanden ist. Nach diesem Verfahren konnten jedoch,wie eingehende Versuche zeigten, keine zufrieden stellenden Schweißverbindungen hergestellt werden. Die ungleichmäßige Druckverteilug, die sich photographisch nachweisen ließ, hat eine unzureichende Eindringung des Rings in den zylindrischen Körper zur Folge, so daß nur diskontinnier-
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liehe und leicht zerstörbare Schweißstellen gebildet werden. Mithin wird das seit den Anfängen der Reibschweißung bestehende Problem, die innere oder äußere Oberfläche beispielsweise eines Rings mit einem zylindrischen Teil oder zylindrischen Teilen zu verbinden, durch dieses frühere Verfahren nicht gelöst.
Vielmehr wurde diesseits festgestellt, daß es unnötig und tatsächlich nicht ratsam ist, einen Längsspalt in einem äußeren Teil zu lassen, das mit einem inneren Teil verbunden werden soll, und dass sich beispielsweise eine Durchmesserverringerung von 12,5 mm bei einem durchgehenden Ring mit einem Anfangsdurchmesser von 50 mm leicht erzielen läßt. Darüber hinaus ist die Kraft, die zur Erzielung der anfänglichen Zusammendrückung (Kompression) oder Dehnung (Expansion) erforderlieh ist, um die Teile in reibende Berührung zu bringen, nicht so hoch, daß sie die anschließende Zusammendrückung oder Dehnung während der Reibungserwärmung unkontrollierbar macht . Wesentlich ist Jedoch, daß der Druck anschließend gleichförmig rings um das zusammenzudrückende oder das zu dehnende Bauteil verteilt wird. Ohne eine im wesentlichen gleichförmige radiale Belastung wird dieses Teil ungleichmäßig verformt, so daß sich keine gleichmäßige Erwärmung und Eindringung bezw. Durchdringung ergibt, um eine Umfangsreibschweißung zu bewirken.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher mit Vorteil zur Verbindung von Rohren oder Stangen verwendet werden. Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, dies durch Reibschweißung zu bewirken, doch soll nach den früheren Vorschlägen entweder das eine Rohr relativ zum anderen gedreht werden oder ein drittes rohrförmiges Werkstück zwischen den beiden Rohren angeordnet, mindestens das eine der beiden Rohre, um die beiden Grenzflächenpaare in Berührung zu bringen, axial verschoben und das mittlere Werkstück relativ zu den Rohrenden gedreht werden.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen des Verfahrens und der Vorrichtung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Verbinden zweier Rohre,
Fig. 2 eine nach dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren hergestellte Schweißung,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig.l,
Fig. 4 die Klemmbackenanordnung der Vorrichtung nach Fig.3,
Fig. 5 eine der Klemmbacken nach den Fig. 3 und 4 in einer derart abgewandelten Form, daß sie zur Beseitigung einee Materialüberlaufs oder Grats oder Wulstes , wie er beim Preßschweißen entsteht, geeignet sind,
Fig. 6 eine Schweißung durch Expandieren eines Schweißrings gegen ein Rohr,
Fig. 7 ein anderes Schweißverfahren, bei dem ein inneres Teil gegen die innere Wand eines äußeren Teils expandiert wird,
Fig. 8 die Anwendung des Dehnungsverfahrens zum Verbinden von Rohren ,
Fig. 9 ein weiteres Verfahren zum Verbinden zweier axial ausgerichteter Rohre durch einen äußeren Ring und
Fig.10 die Anwendung der Erfindung zum Einschweißen eines Rings in den Eingang des Verbrennungsraums in der Stirnseite eines Kolbens eines Diesel-Motors.
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Fig. 1 stellt die Anfangslage eines Rings 1 und zweier Rohre 2 und 3 dar, auf die der Ring geschweißt werden soll, um die Rohre zu verbinden. Die Grenz- oder Berührungsflächen des Rings 1 und der Rohre 2 und 3 sind zunächst abgeschrägt, wie es dargestellt ist. Auf den Ring 1 wird im wesentlichen ringsum in Richtung der Pfeile eine Kraft ausgeübt, um den Ring zusammenzudrücken.
Fig. 2 stellt die zwischen dem Ring und den Rohren ausgebildete Verbindung dar, wobei durch die gestrichelte! Linien der ungefähre Verlauf der Grenzen der durch die Erwärmung beeinflussten Zone angedeutet ist.
Fig. 3 stellt den Schweißkopf einer Maschine bezw. Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Schweißverbindung dar. Dabei werden die zu verbindenden Rohre 2 und 3 jeweils in ein Spannfutter 4 bezw. 5 (auch Spannzange oder Klemmvorrichtung genannt) gehalten. Die Spannfutter 4 und 5 befinden sich jeweils in einem Gehäuse 6 bezw. 7 und üben auf die Rohre eine so hohe Klemmkraft aus, die ausreicht, die Rohre gegen die beim Schweißen auftretenden Kräfte festzuhalten. Der Ring 1 wird in Klemmbackenendeinsätzen 8 von 12 Klemmbacken 9 gehalten.
Jede Klemmbacke 9 ist .in einer Führungseinrichtung 10 angeordnet, die eine radiale Verschiebung der Klemmbacken in Bezug auf die gemeinsame Achse von Ring und Rohren gestattet. Die Verschiebung der Klemmbacken in Richtung auf diese Achse wird durch einen ringförmigen Kolben 11 bewirkt, der parallel zur Rohrachse verschiebbar ist und eine schräge oder konische innere Oberfläche aufweist, die mit einer schrägen äußeren Oberfläche von Betätigungsgliedern 12 an den Klemmbacken 9 zusammenwirkt. Man sieht, daß die Verschiebung des ringförmigen Kolbens 11 nach rechts in der Zeichnung eine R dialverschiebung der Klemmbacken nach innen und dadurch eine Zusammendrückung des Rings 1 bewirkt. Ein Ölverteiler 13 liefert das öl zur Verschiebung des ringförmigen Kolbens.
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Die Einrichtung mit den Klemmbacken, den Klemmbackenführungen, dem ringförmigen Kolben 11 und den Betätigungsgliedern 12 wird in Lagern 14 mit Hilfe eines äußeren Körpers 15 gedreht, der Synchronisier - öandzähne (oder Steuerbandzähne) und Seitenführungen 16 für das Band aufweist. Die Lager sitzen in Lagerplatten 17.
Zur Abstützung der Rohre bei der radialen Zusammendrückung des Rings ist ein Dehnungseinsatz 18 (Dehnungseinschub oder Dehnungsstopfen) auf einem Dorn 19 (Kegel) angeordnet, der an einer Zugstange 20 angebracht ist.
Nachdem die Rohre und der Ring in die richtige Lage gebracht wordenfeind und der Einsatz 18 gedehnt worden ist, indem so lange an der Zugstange gezogen wird, bis die Rohre richtig abgestützt5werden,wird der Ring gedreht und der ringförmige Kolben 11 nach rechts gedrückt, um den Ring 1 radial zusammenzudrücken. Wenn der Ring 1 die Rohre berührt, wird eine Reibungserwärmung bewirkt, und die Zusammendrückung wird solange fortgesetzt, bis eine für eine Reibschweißung hinreichende Eindringung erzielt ist. Dann wird die Drehung angehalten, jedoch die radiale Kompressionskraft aufrecht erhalten oder in einigen Fällen bis auf einen Verformungs- oder Schmiededruck erhöht, um die Schweißung zu vervollständigen.
Die Anordnung der Klemmbacken rings um die Achse ist in Fig.4 dargestellt. Gewünsentenfalls kann jede Klemmbacke 9 mit Zacken oder Zähnen 21 (siehe Fig.5) versehen sein, die nach Abschluß der Schweißung zur Beseitigung eines Grats beuw. Materialüberschusses oder Wulstes von der Außenseite der Schweißnaht dienen können, indem die Klemmbacken relativ zu der verschweißten Anordnung gedreht werden.
Gewünschtenfalls können die Rohre während der Verformung radial belastet bezw. unter Druck gesetzt werden.
Die Erfindung ist zwar anhand der Verbindung von Rohren durch
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radiales Reibschweißen erläutert worden, ist jedoch auch in. zahlreichen anderen Fällen anwendbar. So kann der Ring 1 beispielsweise auf die äußere Oberfläche eines einzigen Rohres oder einer einzigen Stange geschweißt werden, um auf dem Rohr oder der Stange einen Bund auszubilden. In einem anderen Beispiel wird der Ring gegen die Innenseite eines Rohres gedehnt, wie es in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, um den Ring 23 in das Rohr 24 einzuschweißen. Ein Ring 25 stützt das Rohr 24 ab und wirkt der Schweißkraft entgegen. Gewünschtenfalls kann die Kontur der inneren Oberfläche des Rings 25 zur Formung der Außenwand der geschweißten Anordnung gewählt sein. Die Dehnung kann wieder mit Hilfe eines konischen oder abgeschrägten Kolbens und radial verschiebbaren Klemmbacken, die einen Teil eines Dehnungsspannfutters bilden, bewirkt werden.
Eine Abwandlung dieses Verfahrens ist in Fig. 7 dargestellt. Bei diesem soll ein Rohr 30 mit einem Block 31 verbunden werden, bei dem es sich beispielsweise um einen Wärmetauscherblock handeln kann^ Die Schweißung wird mittels einer rotierenden Stange 32, die einen abgeschrägten bezw. konischen oder kegelstumpf förmigen Kopf 33 aufweist, durchgeführt. Die Stange 32 wird gedreht und gleichzeitig nach links relativ zum Rohr 30 verschoben, das an einer Rückbewegung durch das Widerlager gehindert wird. Dabei wird das Ende des Rohrs 30 gegen die innere zylindrische Oberfläche des Blocks 31 gedehnt.In einigen Fällen kann eine gleichzeitige Verschweißung zwischen ringförmigen Oberflächen und Oberflächen in einer senkrechten Ebene zur Drehachse erforderlich sein. Wenn beispielsweise das Rohr 30 nach Fig. 7 mit einer Schulter in der Nähe der linken Seite des Blocks 31 versehen wäre, könnte durch gleichzeitige Ausübung eines Axialdrucks auf das Rohr 30 und eines entgegengesetzt gerichteten Axialzugs auf die Zugstange 33 die Schulter mit der Vorderseite des Blocks 31 gleichzeitig mit der Ausführung der Ringschweißung verschweißt werden.
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Gewünschtenfalls kann zum Verbinden von Rohren ein innerer Ring gegen die aneinanderstoßenden Enden der Rohre während der Drehung gedehnt werden, oder es können zwei zu verbindende Rohre 2 und 3, wie es in Fig. 8 schematisch dargestellt ist, gegen einen äußeren rotierenden Ring 1 gedehnt werden (wobei der Zwischenraum zwischen dem Ring und den Rohren in der Darstellung aus Gründen der Klarheit unverhältnismäßig groß dargestellt ist).
Nach Fig. 9 ist ein innerer Einsatz 35 (Einschub oder Stopfen) innerhalb zweier Rohre 2 und 3 angeordnet, die mittels eines äußeren rotierenden Rings 1 verschweißt werden sollen. Der Einsatz 35 ist mit einer Ringnut 36 versehen, die ein Eindringen des Rings 1 auf die Innenseite des verschweißten Rohrs ermöglicht, Die Nut 36 kann so geformt sein, daß ihr Rand als Scherkante wirkt, so daß , wenn der Einsatz nach der Herstellung der Schweißverbindung in axialer Richtung gezogen wird, ihr Rand Überschußmaterial auf der IiSienseite der Bohrung abschert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zum Verbinden schwerer Rohre geeignet, weil nunmehr die Rohre beim Verschweißen nicht mehr gedreht oder axial verschoben zu werden brauchen. Sie brauchen vielmehr lediglich statisch eingespannt zu werden. Die Schwierigkeiten bei der Werkzeughalterung sind geringer als bei herkömmlichen Reibschweißmaschinen, weil bei der Drehung eines leichten Rings kein hohes Trägheitsdrehmoment aufgebracht bezw. aufgenommen zu werden braucht. Wenn ein Dehnungseinsatz verwendet wird, können die Rohrenden gedehnt werden, um Bohrungsfehler auszugleichen, und ferner verringert oder verhindert ein innerer Einsatz einen inneren Grat (Wulst oder Materialüberlauf). Die Erfindung erleichtert das Reparieren und die Herstellung von Schweißverbindungen unter schwierigen Bedingungen, z.B. in großen Meerestiefen. Wenn ein Ring auf ein vorhandenes Rohr oder eine vorhandene Rohrverbindung geschweißt werden soll, kann der Ring in zwei Teilen auf dem Rohr oder der Rohrverbindung angeordnet werden, vorausgesetzt, daß diese beiden Teile das Rohr oder die Rohrverbindung kontinuierlich umgeben,d.h. ohne Spalt. Das Vorhanden-
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-losein eines Spalts beim Schweißen würde zu einer Oxydation der Schweißfläche führen und die Qualitätlder Schweißverbindung beeinträchtigen.
Ein weiterer Vorteil des Verbindens zweier Rohre durch Reibschweißen ohne Drehen des einen oder anderen Rohres besteht darin, daß sich die Drehwinkellage der Rohre beim Schweißen nicht ändert. Denn in einigen Fällen müssen die Rohre eine bestimmte Drehwinkellage relativ zu einander aufweisen.
Nach Fig.10, die ein anderes Anwendungsbeispiel der Erfindung darstellt, ist ein Kolbenkörper 40 mit einem Verbrennungsraum versehen. Um eine höhere Verschleißfestigkeit am Eingang des Verbrennungsraums zu erzielen, ist ein Ring 42 aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit rings um den Eingang eingeschweißt. Der Kolben kann aus einer Aluminiumlegierung und der verschleißfeste Ring aus einer Kupferlegierung bestehen. Die Schweißverbindung kann durch Drehen und radiales Dehnen des Rings 42 bis zur Berührung der umgebenden Wand des Kolbens nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Durch geeignete Formung der ringförmigen Ausnehmung im Kolben und der äußeren Oberfläche des Rings 42 , der in diese Ausnehmung passen soll, kann dafür gesorgt werden, daß, wenn der Ring radial gedehnt und eingeschweißt wird, auch ein bestimmter Grad einer mechanischen Verriegelung erzielt wird, wobei der Innendurchv messer der Ausnehmung an der Stirnseite des Kolbens kleiner als der Außendurchmesser des radial gedehnten Kupferlegierungsrings ist. Dies ist ein Beispiel für das Verschweißen verschiedener Metalle ; denn es ist bekannt, daß sich durch Reibschweißen gute Schweißverbindungen zwischen zahlreichen Paaren verschiedener Metalle erzielen lassen. Ein anderes Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die Verwendung eines Aluminiumrings zum Verbinden von Stahlrohren.
Nach Fig. 10 können auch Kolbenringe 43 und 44 erfindungsgemäß eingeschweißt werden, indem ein radialer Druck von außen auf die Ringe ausgeübt wird. Auch Kolbenbolzen-Lagerringe 45 können durch
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eine interne radiale Schweißung eingeschweißt werden.
Gewünschtenfalls kann eine schräge oder konische Oberfläche eines Spannfutters bezw» einer Spannzange unmittelbar auf einen zussmmenzudrUckenden Ring einwirken,» In diesem Fall ist es günstig, denjenigen Ringrand abzuschrägen, der mit dem Spannfutter zusammenwirkt, jedoch auf der gegenüberliegenden Seite des Rings Eine ebene Oberfläche auszubilden, die den Druck einer Druckausübungsvorrichtung aufnimmt, um den Ring in das Spannfutter zu drücken. Günstig ist ein Spannfutterwinkel von 10°. Die innere Oberfläche des Rings sollte auf einen Innenwinkel von etwa 90° abgeschrägt sein, wie es in Fig.l dargestellt ist, wobei die entsprechenden Flächen der angrenzenden Rohre auf einen etwas größeren Winkel von beispielsweise 100° abgeschrägt sind.
Nach der Erfindung können die Werkstücke solange relativ zut einander gedreht werden, bis genügend Wärme erzeugt worden ist, und danach kann ihre Relativdrehung unterbrochen werden, oder es können andere Reibschweißverfahren angewandt werden, z.B. eine Trägheitsreibschweißung. Wenn hohe Relativgeschwindigkeiten erforderlich sind, können die Werkstücke gegensinnig gedreht werden.
Die Gegendruck- bezw. Widerlagerhülse nach dem beschriebenen Verfahren sollte aus einem hitzebeständigen hochfesten Material, z.B. Nimonic 80 A oder Nimocast PK 24, bestehen.
Das Verfahren kann selbsttätig auf an sich bei einem herkömmlichen Reibschweißverfahren bekannte Weise gesteuert werden,d.h. beispielsweise hinsichtlich des Betrags oder der Geschwindigkeit der Verschiebung und des Verformungsgrades.
Die Gleitgeschwindigkeit zwischen den beiden Oberflächen liegt vorzugsweise zwischen 1 2 und 5 m/sec, wenn es sich um Flußstahl-Werkstücke handelt. Während der Reibungserwärmung ist bei Flußstahl eine Radialverschiebung von 0,5 mm bis 2 mm im allgemeinen ausreichend, wobei jedoch das äußere Werkstück zunächst
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bis gegen das innere Werkstück zusammengedrückt ( oder das innere gegen das äußere gedehnt) werden muß. Die radiale ■Verschiebungsgeschwindigkeit bei der Reibungserwärmung liegt etwa zwischen 0,1 und 1 mm /see.
Die Materialien und Schweißparameter eines Reibschweißvorgangs sind nachstehend angegeben.
In diesem Beispiel wurden zwei Stahlrohre mit Hilfe eines Rings verbunden. Die Rohre hatten einen nominalen Außendurchmesser von 33 mm und einen innendurchmesser von 25 mm. Der Ring hatte einen Bohrungsdurchmesser von 27,9 mm und einen Außendurchmesser von 49,7 mm . Die Rohrenden waren so abgeschrägt, daß sich ein Nutenwinkel von 100° ergab, und waren zunächst bis auf einen Abstand von 0,8 mm getrennt. Die Schweißdrehzahl betrug 975 Umdrehungen /min, und der endgültige Außendurchmesser des Schweißrings betrug 46 mm.
Ein kleiner Spalt von beispielsweise 0,8 mm kann zwischen den beiden Rohroberflächen gelassen werden, bevor das Schweißen beginnt; dies erleichtert das Eindringen des Rings durch die zu verschweißenden Rohre hindurch.
b ü ü. ö 2 3 / 0 Y-6-6

Claims (19)

Patentansprüche
1. Reibschweißverfahren zum Verbinden eines ersten Teils mit einem kreisförmigen Loch und eines zweiten Teils mit einem kreisförmigen Umfang, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil koaxial mit seinem Umfang in dem Loch des ersten Teils angeordnet wird und beide Teile um die gemeinsame Achse von Loch und Umfang relativ zueinander gedreht werden, und daß bei dieser Drehung die Umfangswand zumindest des einen der Teile, die dem anderen der Teile abgekehrt ist, einem Druck ausgesetzt wird, der eine größere Komponente senkrecht zu dieser Achse aufweist, weitgehend gleichförmig um die Umfangswand herum verteilt und so gerichtet ist, daß die Teile in reibende Berührung gebracht werden, wobei die relative Drehung solange fortgesetzt wird, bis eine solche Reibungswärme erzeugt und eine derartige Eindringung erzielt ist, daß die äußere Oberfläche des zweiten Teils und die innere Oberfläche des ersten Teils verschweißen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Ring und das zweite Teil eine Stange oder ein Rohr ist, die bezw. das durch den Ring hindurchgesteckt wird, und daß die Relativdrehung durch Drehen des Ringes um die gemeinsame Achse bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring während des Drehens einem Druck ausgesetzt wird, der radiaüjnach innen gerichtet ist und im wesentlichen auf den gesamten Umfang des Ringes ausgeübt wird.
4. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil ein Ring ist und die Relativdrehung durch Drehen des Ringes um die gemeinsame Achse bewirkt wird,,
609823/07
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring während des Drehens durch radial nach außen im wesentlichen ringsum auf ihn ausgeübten Druck gedehnt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring in seiner gedehnten Form einen Außendurchmesser hat,der größer als der Durchmesser einer Öffnung im ersten Teil ist, so daß eine mechanische Verriegelung des Rings erzielt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 zum Verbinden zweier Teile in Form von Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit ihren Enden einander zugekehrt und im wesentlichen in Stoßberührung stehend angeordnet werden, daß ein Ring um die Rohre herum oder in diesen angeordnet wird, so daß er die Berührungsflächen überbrückt, daß der Ring um die Rohrachsen gedreht wird und daß während der Drehung der Ring oder die Rohre an ihrer Verbindungsstelle einem Druck ausgesetzt werden, der senkrecht zur gemeinsamen Achse des Rings und der Rohre gerichtet ist und den Ring und die Rohre in reibende Berührung bringt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Drehantriebs des Rings zwischen den aneinanderstoßenden Flächen der Rohre ein Axialdruck ausgeübt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck rings über die gesamte Umfangswand des Rings mit Hilfe eines Spannfutters ausgeübt und die von dem Teil oder den Teilen, mit dem oder denen der Ring verbunden werden soll, abgekehrte Ringfläche auf der einen Seite zum Zusammenwirken mit der konischen Oberfläche des Spannfutters abgeschrägt ist und die andere Seite des Rings eine breite, senkrecht zur Drehachse stehende Oberfläche aufweist.
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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Rings, die in Berührung mit dem anderen Teil oder den anderen Teilen gedreht wird, an jeder Seite abgeschrägt ist, um die Fläche zu verringern, die zuerst das andere Teil oder die anderen Teile berührt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Teil anfänglich eine Nut zur Aufnahme der abgeschrägten Seiten des Rings aufweist oder die Enden der anderen Teile so geformt sind, daß sie zusammen eine Nut zur Aufnahme der abgeschrägten Ringseiten bilden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zu drehende Teil auf seiner dem Teil oder den Teilen, mit dem oder denen es verbunden werden soll, gegenüberliegenden Seite mit Nuten zur Aufnahme von Antriebskeilen (Federn) für den Drehantrieb dieses Teils versehen ist.
13. Reibschweißvorrichtung zum Verbinden eines ersten Teils mit einem kreisförmigen Loch und eines zweiten Teils mit einem kreisförmigen Umfang, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Halterung der beiden Teile derart, daß sich der kreisförmige Umfang des zweiten Teils koaxial innerhalb des kreisförmigen Loches des ersten Teils befindet, eine Einrichtung zum relativen Drehen der beiden Teile um ihre gemeinsame Achse und eine Einrichtung zum Ausüben eines Drucks auf das eine der Teile, der gleichförmig rings über im wesentlichen dessen gesamten Umfang verteilt ist und eine größere Komponente aufweist, die senkrecht zu dieser Achse und so gerichtet ist, daß die Teile in reibende Berührung gepreßt werden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein
,. Spannfutter zum Ausüben- eines radialen Druckes rings über im wesentlichen den gesamten Umfang des Teils, das zusammengedrüekt oder gedehnt werden soll.
b U υ b 2 3 / Ü 7 6 6
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Spannfutters, die am zu drehenden Teil angreift, mit Keilen ausgebildet ist, um den Drehantrieb eines mit den Keilen entsprechenden Nuten versehenen Teils zu erleichtern
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter eine Anordnung aus mehreren Spannbacken aufweist, die radial verschiebbar sind und deren radial innere Oberflächen das zu drehende Teil erfassen,,
17. Reibschweißvorrichtung zum Verbinden zweier Teile in Form von Rohren, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einspannen der beiden Rohre in im wesentlichen axial zueinander ausgerichteter Lage, eine Einrichtung zur Halterung eines zur Verbindung der beiden ersten Teile dienenden dritten Teils in Form eines Rings auf der Außen- oder Innenseite der Rohre, der ihre Berührungsflächen überbrückt, eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Ringhalterungseinrichtung und einer Einrichtung zum Ausüben eines rings über im wesentlichen den gesamten Umfang des Rings gleichförmig verteilten Drucks mit einer größeren Komponente in radialer Richtung zum radialen Zusammendrücken oder Dehnen des Rings, bis er die benachbarten Enden der beiden Rohre berührt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Dehnungseinsatz zur Anordnung innerhalb der Rohre über deren Berührungsflächen hinweg und eine Einrichtung zum Dehnen des Einsatzes, um die Rohre während des Schweißens zu halten,
19. Kolbenkörper, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsraum und einen aus verschleißfesterem Material als das Material des Kolbenkörpers hergestellten Ring, der in eine Ausnehmung am Eingang des Verbrennungsraums durch Dehnung des Rings
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255 i572
während einer Relativdrehung von Kolbenkörper und Ring eingeschweißt ist.
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ORIGINAL INSPECT tu
Leerseite
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