DE2735074A1

DE2735074A1 - Vorrichtung zum rotations-reibschweissen

Info

Publication number: DE2735074A1
Application number: DE19772735074
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing Grad Gruenauer; Joerg Illner
Original assignee: Industrie Werke Karlsruhe Ausburg AG
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2735074C2

Description

Vorrichtung zum Rotations-Reibschweißen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbiiiden zweier im wesentlichen rotationssymmetrischer Werkteile unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Länge mittels Rotations-Reibschweißen, bei welchem die untereinander zu verbindenden Teile mit gegenseitig sich unter definiertem Anpreßdruck berührenden Flächen relativ zueinander rotieren.
Insbesondere aus Gründen, einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen, besteht das Bedürfnis, beispielsweise die Kolben von Hydraulikpumpen oder dgl. hohl auszubilden. Zum Hindurchleiten vom Schmieröl ist im Hohlraum zudem ein zum Kolben konzentrischer Steg notwendig, dessen Inneres zu diesem Zweck wit einer Bohrung versehen ist.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem der Grundkörper eines Hydraulikkolbens mittels sog.
Kern-Tieflochbohren bearbeitet wird. Durch Aufschweißen eines Deckels mittels Reibschweißen wird diesem Verfahren zufolge sowohl die Außenwand als auch der konzentrische Steg gleichzeitig geschweißt. Da aber der konzentrische Steg auf seiner gesamten Länge nicht unterstützt ist -beim Rotations-Reibschweißen spricht man in diesem Zusarninenhang von freier Ausspannlänge" -, ist es erforderlich, eine Scheibe in das Innere des Grundkörpers einzupressen. Diese hat die Aufgabe, ein nicht auszuschließendes Verlaufen oder sogar Ausknicken des Steges während des beim Schweißvorgang auftretenden Axial-Anpreßdruckes zu verhindern.
Es liegt auf der Hand, daß das Anordnen der Steg-Stützscheibe nicht nur das Vorhandensein, sondern auch ein entsprechendes Befestigen einer solchen Scheibe im Innern des Hydraulikkolben-Grundkörpers voraussetzt. Sowohl das Herstellen als auch das Befestigen erfordern nicht unerheblichen Aufwand.
Angesichts dieser der bekanntgewordenen Lösung anha-ftenden Mängel hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem nicht nur die Stützscheibe und der Deckel entbehrlich werden, sondern auch das nur mit relativ hohem Aufwand zu bewerkstelligende Kern-Tieflochbohren durch ein Bohren ohne konzentrischen Reststeg ersetzbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe nach dem Willen der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß die Werkteile vor dem Reibschweißen im Bereich ihrer Berührungs- und Stoßstelle einer formenden, in Sonderheit spannabhebenden, zueinander etwa korrespondierenden bzw. sich gegenseitig ergänzenden und während des Reib- und Stauchvorganges ein radiales Ausbrechen oder Ausknicken des im Durchmesser dünneren und ggf. liingeren Werkteiles ausschließenden Behandlung unterworfen sind.
Dieser Erfindungsgedanke läßt sich auf unterschiedliche Weise realisieren: Nach einem bevorzugten Ausgestaltungsmerkmal ist das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Verkteil an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil im wesentlichen kegelförmig ausgebildet.
Eie Variante zu dieser Lösung besteht darin, daß das im nurchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist. In einer weiteren Variante sieht die Erfindung vor, das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil im wesentlichen zapfenförmig -zylindrisch auszubilden, während die dazu korrespondierende Berühungs- bzw. Stoßstelle des Grundkörpers mit einem Innenkonus versehen ist.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Realisierung der vorgeschlagenen Erfindung ist natürlich auch die korrespondierende Ausbildung des im Durchmesser dickeren und ggf.
kürzeren Werkstückes, also des Grundkörpers, an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil.
Hierzu ist erfindungsgemäß eine Zentrierung, eine Ansenkung oder aber ein Innenkonus vorgesehen, an welche sich in Axialrichtung eine zentrische Bohrung anschließt.
Mit der vorgesehenen Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher: Durch die korrespondierende Ausbildung des Mittelsteges und des Kolben-Grundkörpers läßt sich auf die dem Verlaufen oder Ausknicken bei der bekannten Lösung entgegenwirkende Scheibe völlig verzichten. hierdurch wird nicht nur in beträchtlichem Umfang Material eingespart, sondern auch entsprechender Aufwand beim Einpassen der Scheibe in den Grundkörper. Auch das Bearbeiten des Grundkörpers mittels des bisher üblichen und insoweit auch notwendigen Kern-Tieflochbohrverfahrens wird durch Anwendung eines mit geringerem Aufwand ausführbaren Bohrverfahrens entbehrlich.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht bei der vorgeschlagenen Erfindung vor allem aber auch darin, daß relativ große Ausspannlängen erreicht werden. Damit lassen sich aber zugleich auch relativ schlanke Rundkörper mit einem Verhältnis von Durchmesser zur freien Ausspannlänge von etwa 1 : 10 verschweißen.
Demgegenüber galten bisher Ausspannverhältnisse von etwa 1:1 ... 2:1 als äußerste vertretbare Grenze.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Dabei zeigt Fig. 1 einen Vertikal schnitt durch einen Kolben, beispielsweise für Hydraulikpumpen, in der Phase der Be-festigung des Mittelsteges mittels Rotations-Reibschweißens, Fig. la einen#weiteren Vertikalschnitt durch einen Kolben nach Fig. 1 Fig. 2 die korrespondierende Ausbildung der Mittelstegspitze zur Zentralbohrung des Kolbens nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere, jedoch bevorzugte Ausgestaltungsweise der Mittelstegspitze zu der ihr korrespondierenden Zentralbohrung des Kolbens nach Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Ausgestaltungsweise der Mittelspitze nach der Art eines angeformten Zapfens in Korrespondenz mit der Zentralbohrung des Kolbens, und schließlich Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ausgestaltungsweise der Mittelstegspitze nach Art eines Zylinders und dazu korrespondierendem Innenkonus.
Der rotationssymmetrisch ausgebildete Grundkörper 1 eines Kolbens, beispielsweise für Hydraulikpumpen oder dgl., ist in Fig.1 mit einer achsparallelen und ebenfalls rotationssymmetrischen Bohrung la versehen. An diese Bohrung schließt sich in ebenfalls achsparalleler Richtung im verdickten Teil lb des Grundkörpers 1 eine weitere, im Durchmesser kleinere Bohrung 1 c an.
In einem lediglich schematisch dargestellten Spannfutter 2 ist der mit einer Spitze 3a versehene Mittelsteg 3 eingespannt. In einer ebenfalls schematisch dargestellten Spannvorrichtung 5 ist zudem auch der Grundkörper 1 eingespannt. Entwerder der im Spannfutter 2 eingespannte Mittel steg 3 bzw. der angeformte Deckel 6 oder aber der in der Spannvorrichtung 5 eingespannte Grundkörper 1, im Sonderfall auch beide Werkstücke, werden einer rotatorischen Bewegung bestimmter Drehzahl unterworfen. Die Rotation erzeugt eine Relativbewegung der sich während des Schweißvorganges berührenden Flächen beider Werkstücke.
Unter Einwirkens einer vom Spannfutter 2 aufgebrachten Axialkraft p gegen die vom Grundkörper 1 aufgebrachte axiale Gegenkraft p1 wird die Spitze 3a sowie die ihr benachbarte Umgebung der Bohrung lc infolge der entstehenden Reibung so weit und so lange erwärmt, bis der Werkstoff beider Teile durch die damit im Gefolge stehende Temperaturerhöhung in plastischen Zustand übergeht und sich unter Mitwirkung der Axialkraft p dabei bleibend verbindet. Der an der Verbindungs stelle entstehende Schweißwulst ist in Fig. 1 und la mit 4 bezeichnet.
In Fig. 2 liegt vor Beginn des Reib-Schweißvorganges lediglich eine ringförmige Schweißkante ld der Bohrung 1c an der im wesentlichen kegelförmig ausgebildeten Spitze 3a des Mitte.lsteges 3 an. Die in Fig. 3 dargestellte Lösung beruht ebenfalls auf dem Prinzip nach Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Bohrung 1c an ihrer Berührungsstelle mit der Spitze 3a eine flächenhafte, etwa kegelförmig ausgebildete Ansenkung oder dgl. le aufweist. In Fig. 4 dient die als Zapfen oder dgl. ausgebildete Spitze 3a zum Führen und Zentrieren des Mittelsteges 3 in der Bohrung 1c des Grundkörpers 1, während in Umkehrung des Prinzips nach Fig. 2 die ringförmige Kante 3b an der ringförmigen Kegelfläche 1f anliegt. In Fig. 5 wird die Führung des Steges ausschließlich durch den Innenkonus 1f bewirkt.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Verbinden zweier im wesentlichen rotationssymmetrischer Werkteile unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Länge mittels Rotations-Reibschweißen, bei welchem die untereinander zu verbindenden Teile mit gegenseitig sich unter definiertem Anpre!3druck berührenden Flächen relativ zueinander rotieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkteile (1,3) vor dem Reibschweißen im Bereich ihrer Berührungs- oder Stoßstelle einer formgebenden, in Sonderheit spanabhebenden, zueinander korrespondierenden bzw. sich gegenseitig ergänzenden und während des Reib-und Stauchvorganges ein radiales Ausbrechen oder Ausknikken des im Durchmesser dünneren und ggf. längeren Werkteiles (3) ausschließenden Behandlung unterworfen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil (3) an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil (1) in wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil (3) an seiner Berührungs- oder Stoßfläche mit dem anderen Werkteil (1) im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil (3) an seiner Berührungs- oder Stoßfläche mit dem anderen Werkteil (1) im wesentlichen zapfenförmig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser dickere und ggf. kürzere Werkstück (1) an seiner Berührungs- oder Stoßfläche mit dem anderen Werkteil (3) mit einer Zentrierung, kegelförmigen Ansenkung oder mit einem Innenkonus (le, 1f) versehen ist, an welche sich in Axialrichtung eine zentrische Bohrung (ic) anschließt.