DE2735074C2

DE2735074C2 - Werkstück, bestehend aus zwei im Rotations-Reibschweißverfahren verbundenen Werkteilen

Info

Publication number: DE2735074C2
Application number: DE19772735074
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 8900 Augsburg Grünauer; Jörg Illner
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE2735074A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkstück, bestehend aus zwei im Rotations-Reibschweißverfahren miteinander zu verbindenden Werkteilen unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Länge.

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 mit einer Bohrung versehen ist.

Es ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, 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-Rcibschweißen spricht man in diesem Zusammenhang 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-Anprcßdruckes zu verhindern.

Es liegt auf der I land, daß das Anordnen der SicB-Slüizscheibe nicht mir das Vorhandensein, sondern auch ein entsprechendes Befestigen einer solchen Scheibe im Inneren des Hydraulikkolben-Grundkörpers voraussetzt. Sowohl das Herstellen als auch das Befestigen erfordern nicht unerheblichen Aufwand.
'< Angesichts dieser der bekanntgewordenen Lösung anhaftenden Mangel hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Weg zu linden, bei dem nicht nur die Stützscheibe und der Deckel entbehrlich werden, sondern auch das nur mit relativ hohem ίο Aufwand zu bewerkstelligende Kern-Tieflochbohren durch ein Bohren ohne konzentrischen Reststeg ersetzbar ist.

Es konnte mit der Erfindung überraschenderweise gefunden werden, daß eine besondere, an sich für den Verwendungszweck nicht erforderliche Gestaltung der Werkstücke dafür ursächlich ist, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Werkteile im Bereich ihrer Berührungs- oder Stoßstelle mit koaxial zur Rotationsebene angeordneten Führungen versehen sind, an denen die Werkteile beim Reibschweißen gegen radiales Ausbrechen oder Ausknicken gegenseitig abgestützt sind.

Dieser Erfindungsgedanke läßt sich auf unterschiedli- ^i ehe Weise realisieren: Nach einem bevorzugten Ausgestaltungsmerkmal ist das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkteil an seiner Berührungs- oder Stoßsiclle mit dem anderen Werkteil im wesentlichen kegelförmig ausgebildet.

je Eine Variante zu dieser Lösung besteht darin, daß das im Durchmesser 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 ij 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 Berührungs- 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 Ί5 Grundkörpcrs, 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 μ bisher üblichen und insoweit auch notwendigen Kern-Ticflochbohrverfahrens wird durch Anwenden eines mit geringerem Aufwand ausführbaren Bohrverfahrens cnibehrlich.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besieht bei der

¹^' vorgeschlagenen Erfindung vor allein ;iber auch darin.

daß relativ große Ausspannlängen erreicht werden.

Damit lassen sich aber zugleich auch relativ schlanke Rundkörner mit einem Verhältnis von Durchmesser zur

freien Ausspamlänge von etwa 1 : 10 verschweißen. . Demgegenüber galten bisher Ausspannverhaltnisse von etwa I : 1 ...2 :1 als äußerste vertretbare Grenze.

Es ist zwar durch die DD-PS 132415 bekannt, gegeneinander abgesetzte Werkstückteile im Reibschweißverfahren zu verbinden. Hierbei itandelt es sich um vorwiegend flanschartige Bauteile mit gewölbten Begrenzungsflächen, wobei ein scheibenförmiges, ursprünglich ebenes Bauteil mit einem stumpf angesetzten Bolzen verschweißt werden soll. Die beim Rotafions-Reibschweißen entstehende Wärme wird zum Verfor- "· men der Scheibe in eine Art Gesenk zur Erzeugung der gewölbten Flächen ausgenutzt. Durch diese Lehre wird jedoch keine Anregung zur Lösung der gestellten Aufgabe der Erfindung vermittelt

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem ^ir> Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Kolben, beispielsweise für Hydraulikpumpen, in der Phase der Befestigung des Mittelsteges mittels Rotations-Reibschweißens, -°

Fig. la einen weiteren Vertikalschnit! durch einen Kolbennach Fig. 1,

Fi g. 2 die korrespondierende Ausbildung der Mittelsiegspitze zur Zentralbohrung des Kolbens nach Fig. 1,

Fig.3 eine andere, jedoch bevorzugte Ausgestai- -"■ tungsweise der Mittelstegspitze zu der ihr korrespondierenden Zentralbohrung des Kolbens nach Fig. I,

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 ^!l t 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 to des Grundkörpers I ⁴" eine weitere, im Durchmesser kleinere Bohrung lean.

t-,: λ

.
In einem lediglich schematisch dargestellten Spannfutter 2 ist der mit einer Spitze 3a versehene Mitielstcg 3 eingespannt In einer ebenfalls scheoiatisch dargestellten Spannvorrichtung 5 ist zudem auch der Grundkörper 1 eingespannt. Entweder der im Spannfutter 2 eingespannte Mittelsteg 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 Einwirkung einer vom Spannfutter 2 aufgebrachten Axialkraft ρ gegen die vom Grundkörper I aufgebrachte axiale Gegenkraft p\ wird die Spitze 3a sowie die ihr benachbarte Umgebung der Bohrung Ic 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 übergehl und sich unier Mitwirkung der Axialkraft ρ dabei bleibend verbindet. Der an der Verbindungsstelle entstehende Schweißwulst ist in Fig. 1 und 1 a mit 4 bezeichnet

In Fig. 2 liegt vor Beginn des Reib-Schweißvorganges lediglich eine ringförmige Schweißkante Xd der Bohrung Ic an der im wesentlichen kegelförmig ausgebildeten Spitze 3a des Miuelsteges 3 an. Die in F i g. 3 dargestellte Lösung beruht ebenfalls auf dem Prinzip nach Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Bohrung lean ihrer Berührungsstelle mit der Spitze 3a eine flächenhafte, etwa kegelförmig ausgebildete Ansenkung oder dgl. 1 e aufweist. In F i g. 4 dient die als Zapfen oder dgl. ausgebildete Spitze Za zum Führen und Zentrieren des Mittelsteges 3 in der Bohrung lcdes Grundkörpers I, während in Umkehrung des Prinzips nach Fig. 2 die ringförmige Kante 36 an der ringförmigen Kegelfläche !/"anliegt. In Fig. 5 wird die Führung des Steges ausschließlich durch den Innenkonus !/"bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkstück, bestehend aus zwei im Rotations-Reibschweißverfahren miteinander zu verbindenden Werkteilen unterschiedlichen Durchmessers und/ oder unterschiedlicher Länge, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkteile (1, 3) im Bereich ihrer Berührungs- oder Stoßstelle mit koaxial zur Rotationsebene angeordneten Führungen (Ic 3a bzw. if, 3b) versehen sind, an denen die Werkteile (1,3) beim Reibschweißen gegen radiales Ausbrechen oder Ausknicken gegenseitig abgestützt sind.

2. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmessei dünnere und ggf. längere Werkteil (3) an seiner Berührungs- oder Stoßstelle mit dem anderen Werkteil (1) im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist.

3. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser dünnere und ggf. längere Werkieil (3) an seiner Berührungs- oder Stoßfläche mit dem anderen Werkteil (1) im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

4. Werkstück 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. Werkstück nach Anspruch 1, 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 (If, Xf) versehen ist, an welche sich in Axialrichtung eine zentrische Bohrung (Ic) anschließt.