DE2900205A1 - Reibungs-schweissmaschine - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer mechanischen Vorrichtung, die das Reibungsverschweißen gewisser Arten vop Bauteilen miteinander erlaubt, beispielsweise das Reibungsverschweißen eines Bodens mit eirujm Zylinder und insbesondere eines Kraftfahrzeugrades, das aus einer Scheibe und einer Felge besteht.

Es sind bereits Reibungsschweißma3>chinen bekannt, die sich im wesentlichen auf den Zusammenbau zweier Drehteile beziehen, von denen wenigstens einet in Rotation versetzt und das andere ruhig gehalten ist. Die beiden Drehteile sind in geeigneten Spannbacken fest eingespannt, von denen eine in Umdrehung versetzt ι und die andere ruhig gehalten wird. Zu Beginn werden die beiden zu verbindenden Bauteile unter leichtem Druck in Kontakt gebracht.

Die sich ergebende Reibung erzeugt in der Ebene der Verbindung einen Temperaturanstieg. N. ch einer vorbestimmten Zeitspanne wird die Drehung angehalten und man preßt sehr kräftig ein Bauteil gegen das andere und erzeugt somit eine Art Schmieden, das ein recht gates Verschweißen ergibt.

Die bekannten Reibungsschweißmaschiiien ermöglichen i.icht den Zusammenbau von Vorrichtungen, bei denen ein Bauteil in Form einer Scheibe auf einen Ring aufgeschweißt werften soll, um etwa einen wasserdichten Vorratsbehälter oder auch ein aus einer Scheibe und einer Felge bestehendes R:d herzustellen, weil die Spannbacken, mit denen diese Maschinen ausgerüstet waren, grundsätzlich es nicht

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ermöglichten, Bauteile der genannten Art festzuspannen und an Ort und Stelle zu halten, und zwar insbesondere solche genannten Bauteile, welchen die erforderliche Festigkeit zur übertragμng eines zum Schweißen erforderlichen Reibungsmomentes fehlt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aine Reibungsschweißvorrichtung für Vorrichtungen der genannten Art zu schaffen. Erfindunge/gemäß sind dazu neuartige Einspannelemente vorgesehen, die es ermöglichen, die Bauteile ohne Deformation in solcher Weise an der vorgesehenen Stelle zu halten, daß zwischen den beiden Bauteilen hinreichend} starke Reibung auftreten und eine genügende Einspannkraft ausgeübt werden kann.

Diese Einspannvorrichtung ermöglicht u.a. die Herstellung in großer Serie sowie das Zuführen und Ausstoßen der Bauteile in schnellerer Taktfolge.

Die Erfindung schafft demzufolge eine Reibungsschweißvorrichtung, die insbesondere die.automatische Herstellung von Kraftfahrzeugrädern sowie anderer Vorrichtungen erlaubt, welche aus einem Hohlkörper und einem an diesem zu befestigenden Boden, etc. bestehen.

Erfindungsgemäß werden die Funktionen zur Ausführung des Verfahrens getrennt. Dazu sind Einrichtungen zur Zuführung der vorher zusammengeführten Felge und Scheibe zur Schweißstation vorgesehen. Dann wird die Anordnung so vertikal angehoben, daß die Scheibe zwischen einen oberen Halter und einen angehobenen unteren Halter angeordnet und eingespannt ist.

Der obere Halter ist in einem eine vertikale Achse aufweisenden Bock befestigt und die Achsen

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des oberen Halters, dessen Ende auf einem Gegenback abgestützt 4-st_f ist mit einem Mitnehmermechanismus versehen» welcher den oberen Halter in Umdrehung versetzen kann.

Der untere falter, der die Scheibe gegen den oberen Harter hält, ipt ebenfalls auf einem Bock befestigt/ der eine, freie Drehung des unteren Halters ermöglicht, wenn et durch d^e Drehung der Scheibe mitgenommen wird.

Die vom unteren Halter in die Höhe von vier Spannbacken mitgenommene Felge wird fest eingespannt, und die Anordnung ist so getroffen, daß im Augenblick des Einspannens die Felge leicht vom Lager angehoben wird, welches sie angehoben hat. . ■

Eine Führungseinrichtung ermöglicht mittels Hebevorrichtungen, den Tisch anzuheben und Reibungsdruck der Felge gegen die Scheibe auszuüben und am Ende das Schmieden auszuführen.

Es findet daher hier eine ordentliche Trennung konkurrierender Funktionen bei der Durchführung des Verfahrens statt, die eine genaue Steuerung jeder der Funktionen und eine große Präzision in der Ausrichtung von Scheibe und Felge ermöglicht.

Die Erfindung wird bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen an einem nichtbeschränkenden Beispiel nachstehend erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die Ansicht eines Schnittes durch die mit den

Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Maschine;

Fig. 2 eine Teilansicht von links der Maschine aus Fig. 1;

Fig. 3 die Ansicht eines Schnittes A-A durch die Maschine gemäß Fig. 1;

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Fig. 4 ein Funktionsdiagramm zu dem Betriebsablauf;
und

Fig. 5a und 5b Beispiele von erfindungsgemäß zusammengesetzten Bauteilen.

Die Maschine weist im wesentlichen einen Rahmen mit vier Ständern auf, welcher wie folgt aufgebaut ist:

Im unteren Teil ruht ein mechanisch zusairanengeschweißtes rechtwinkliges Fundament 2 mit vier Füßen 3 auf dem Boden. An den Ecken des Fundaments sind vier Pfosten 4 befestigt, die ihrerseits eine ebenfalls mechanisch zusammengeschweißte Bühne 5 tragen. Diese spezielle Ausführungsform des Gerüstes ist nur als Beispiel hier angegeben; ein Gerüst etwa in der Form eines gegebenenfalls verstärkten C kann die gleichen Zwecke erfüllen.

Jedenfalls definiert das Gerüst eine vertikale Achse 6, längs der geschweißt wird. Symmetrisch zur Achse 6 trägt das Gerüst zwei in Fig. 2 und 3 erkennbare Ständer 7, die den weiter unten beschriebenen Backenschlitten 8 führen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wäre es möglich, zwei gegenüberliegende Pfosten 4 zusammenzulegen und als Führung für den Backenschlitten zu gestalten.

Es werden jetzt nacheinander die Ausrüstungen des Fundaments 2 unter der Bühne 5 und des Backenschlittens 8 erläutert. Die Ausrüstung des Fundaments umfaßt im wesentlichen einen Aufzug 9, der mit einer Drehspindel 10 und einer übergabevorrichtung 11 ausgerüstet ist. Der Aufzug 9 wird von einem Kolben mit vertikaler Achse gebildet, die in der Vertikalachse 6 der Maschine liegt. Er kann eine vertikale Auf- und Abwärtsbewegung unter der Wirkung eines Druckmediums ausführen. Der Aufzug 9 umfaßt eine Laufbüchse 13, ein bewegliches Teil 12 sowie eine innere Rücklaufkammer 14, die mit einer zentralen Kolbenstange 15 zusammenwirken. Die Rotationsachse der Drehspindel liegt ebenfalls in der

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Achse 6 der Maschine. Ihr drehbar auf Lagern 16 gelagertes Teil trägt ein unteres Werkzeug 17 und ist in einer Stellung mittels einer in Fig. 2 erkennbaren Winde 18 verriegelbar.

Die Ausrüstung des Fundaments 2 weist in gleicher Weise eine übergabevorrichtung 11 auf, die die zum Schweißen vorgesehene Anordnung, im vorliegenden Fall eine Scheibe 20 und eine bezüglich der Scheibe 20 vor-angeordnete Felge umfaßt, von einer Position 21, wo sie manuell oder automatisch beschickt wird, bis zu einer "Greifstation" genannten Position fördern kann, welche durch die Achse 6 der Maschine definiert ist.

Die übergabevorrichtung umfaßt zwei kollineare horizontale Schienen 22 und 23 (Fig.2),auf denen mittels freilaufenden Rollen 24 ein aus zwei Stangen 11' und Querstreben 25 gebildeter Wagen läuft. Dieser Wagen ist mit zwei erhöhten Auflagern 26,27 ausgerüstet, die um einen gleichen Abstand eines "Transfer-Schritts" auseinanderliegen, d.h. um einen Abstand von der Beschickungsposition 21 bis zur Greifposition.

Ein Reduziermotor 28 arbeitet über ein Ritzel 29 auf eine am Wagen befestigte Leitspindel 30 und überträgt auf ihn eine hin- und hergehende Bewegung. Im Rahmen dieser Bewegung wird das zum Schweißen vorgesehene Rad von der Beschickungsstation 21 zur Greifstation und das verschweißte Rad zur Entnahmeposition 31 gefördert, wo eine Ausheberwippe 3 2 das Rad endgültig aus der Maschine herausgibt.

Die Bühne 5 ist im wesentlichen mit einem Hauptdom 33, seinem Antriebsmotor 34 und einer automatischen Indexvorrichtung 35 ausgerüstet. Der Hauptdom 33 weist eine Welle 36 auf, deren Achse in der Achse 6 der Maschine und damit in der Achse der Drehspindel 10 des Aufzugs 9 liegt. Eine Anordnung von Lagern 37 ermöglicht die Drehung und er-

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möglicht in gleicher Weise, der Schmiedekraft bei ihrem Auftreten zu widerstehen, wie noch weiter unten im Zusammenhang mit der Erläuterung des Betriebsverhaitens ausgeführt werden wird. Auf der Hauptwelle 36 arbeitet eine Kupplung 38 und eine Bremse 39, die entweder eine Verbindung der Hauptwelle mit einer vom kontinuierlich laufenden Motor 34 über Riemen 41 angetriebene Antriebsrolle verbindet oder an einem Bremskörper 42 bremst.

Die Hauptwelle 36 ist außerdem mit einem Gegendruck-Hydraulikzylinder 43 ausgerüstet, welcher eine von oben nach unten gerichtete 90% der von unten nach oben angewandten Schweißkraft entsprechende Kraft ausübt, damit für die Lager 37 sich eine im Verhältnis zur Schmiedekraft reduzierte resultierende Belastung ergibt und folglich ihre Lebensdauer verlängert wird.

Das unterste Ende der Hauptwelle weist in einer Ebene 44 einen oberen Werkzeugträger 45 auf, der mit einem Ritzel ausgerüstet ist, welches mit einem Zahnrad 37 zur Neueinstellung der vom Reduktionsmotor 35 mitgenommenen Ebene kämmt und die Rückführung der aus dem oberen Werkzeug 45, dem verschweißten Werkstück 19,20 und dem unteren Werkzeug bestehende Vorrichtung nach dem Schweißen in die Ausgangsstellung gestattet, damit das geschweißte Werkstück seine Anfangsorientierung bezüglich der übergabevorrichtung wieder erhält. Das obere Werkstück 45 ist an die Form der Scheibe 20 oder allgemeiner dem Boden des nicht dargestellten zu verschweißenden Behälters, je nach dem vorliegenden Fall angepaßt.

Das obere Gerüst weist schließlich zwei symmetrisch zur Achse 6 angeordnete Hydraulikwinden 48 auf, die parallel zu jener Achse arbeiten und deren Kolbenstangen an den beweglichen Backenschlitten 8 angehängt sind. Der Backenschlitten 8 wird von einem rechtwinkligen Rahmen 49 ge-

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bildet, der vertikal auf den Ständern 7 mittels der Hydraulikwinden 48 läuft.

Fig. 3 zeigt die relative Anordnung der Führungsstander 7 und der Hydraulikwinden 48 des Backenschlittens. Der Backenschlitten weist eine senkrecht zur Achse 6 ausgerichtete Oberfläche 50 und eine zentrale freie öffnung 51 auf. Auf der Oberfläche 50 ist ein Werkzeug 52 zum Einspannen der Felge oder allgemeiner des zum Verschweißen vorgesehenen Hohlkörpers befestigt und umfaßt konzentrisch auf die Richtung der Achse 6 zulaufende Backenträger 53, deren relative Anordnung zueinander Fig. 3 zeigt.

Die Backenträger 53 werden gleichzeitig durch die von einem Ring 54 getragenen Finger 54.. gesteuert, wobei der Ring 54 von der Spindel 55 angetrieben wird und die auf den Backen 53 schräg positionierten Finger in den schmalen vorgesehenen öffnungen verschiebt. Jeder Backenträger 53 weist eine Backe 56 auf, deren Form an das zu haltende Werkstück angepaßt ist, welches im vorliegenden Fall die Felge 19 ist.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Schiene wird von einem nicht dargestellten, in einem eigenen Schrank untergebrachten automatischen Antriebseinrichtung sichergestellt, von dem auch die zentrale hydraulische Versorgung der Fluidmotore im Sinne der erforderlichen Antriebe gesteuert wird. Die einzelnen funktionellen Betriebsphasen sind im Diagramm der Fig. 4 wiedergegeben.

Die Anordnung der zwei zu verschweißenden vorbereiteten Werkstücke wird an der Beschickungsposition 21 auf die Auflager 26 des Übergabewagens abgesetzt. Der Wagen wird durch den Motor 28 soweit versghoben, daß die beiden Werkstücke sich in der Greifposition befinden, d.h. in der Achse 6 der Maschine und unter dem Backenschlitten 8. Diese

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Betriebsphase entspricht dem Abschnitt 57 des Diagramms aus Fig. 4.

Der Aufzug 9 tritt jetzt in Aktion vermittels der die Werkstücke durch den unteren Werkzeugträger 17 bzw. das untere Werkzeug 17 angehoben werden, der zwischen den beiden Stangen 11 der Übergabevorrichtung und am Backenwagen 8 vorbeiläuft, wobei die Werkstücke in die Schweißhöhe gebracht werden. Das Anheben ist durch den Abschnitt 58 im Diagramm der Fig. 4 dargestellt.

Im weiteren Verlauf legt der Aufzug die Scheibe gegen das obere Werkzeug 45. Die von unten nach oben wirkende Kraft des Aufzugs liefert demzufolge die für die Mitnahme bzw. den Antrieb der Scheibe erforderliche Festlegbzw. Andrückfunktion gemäß der Erfindung.

Das untere Werkzeug ist so konstruiert, daß zu Beginn des Anhebens der Werkstücke die Scheibe 20 sich geringfügig von der Felge 19 trennt, die auf den seitlich vorstehenden Armen 67 des unteren Werkzeugs aufruht.

Nach dem Anheben findet die Betriebsphase 59, d.h. das Einspannen der Felge statt. Bei der Spannbewegung arbeiten die Backen zuerst mit ihren nach außen gebogenen geneigten Rändern, um die Felge von den Armen 67 anzuheben und eine freie Drehung des unteren Werkzeugträgers zu ermöglichen.

Nach dem Einspannen ist die Scheibe 20 demzufolge geringfügig von der Felge 19 entfernt und die Felge 19 weist Abstand auf von den Armen 67. In der nachfolgenden Betriebsphase 60 setzt die Drehung ein durch Entriegeln der unteren Ebene, Lösen der Bremse und Eingriff der Kupplung. Die sich drehende Welle nimmt die Spindel des unteren Werkzeugträgers mit. In der folgenden Betriebsphase

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läuft der Schlitten, gegen die Scheibe has zu dem Augenblick, in dem die Werkstücke miteinander in Kontakt kommen. Dies ist die Phase 62~ des Vorwärmens.

Erfindungsgemäß wird" die volXe Kraft nicht sofort von der Felge auf die Scheibe ausgeübt.

Aufgrund der Herstellungs-Töleranzen umgreift das Aufdrücken der Scheibe auf die Felge zu Beginn nur einen kleinen Bereich ihres Umfangs. Eine direkte Anwendung der Endkraft würde große Abrisse^hervorrufen, ohne daß damit eine-Aufheizung verbunden wäre. Daher wird die Kraft progressiv angewandt, damit die Kontaktzone sich aufheizen und sich über die gesamte Peripherie erstrecken kann.

Erfindungsgemäß wird das von dem Motor gelieferte Moment gemessen. Wenn dieses ein Maximum erreicht,

erhält man die Anzeige, daß die Gesamtheit des Umfangs in Kontakt steht und daß die Aufheizphase 63 beginnen kann. Eine elektrische Sonde ermöglicht die Feststellung dieses Augenblicks.

Jetzt wird auf dem Backenschlitten 8 mittels der Winden 48 ein bestimmter Druck und eine entsprechende Kraft bis zur gewünschten maximalen Aufheizung angewandt. Am Ende des Aufheizens schaltet sich ein Verzögerer ein und die Drehung wird durch Betätigen der Kupplung und danach der Reibung nach einem genauen Ablauf angehalten. Jetzt wird die Schmiedekraft während der Phase 64 während einer vorbestimmten und durch einen weiteren Verzögerer geregelten Zeitspanne ausgeübt. Am Ende des Schmiedens, lösen-sich die Backen des Schlittens, der zur Ruhelage 65 zurückkehren kann.

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Während des Schweißens ist. die Übergabevorrichtung wieder 2U ihrer Ausgangsstellung zurückgekehrt« Wenn ferner der Aufzug während der Phase 66 sich absenkte legt er ein. geschweißtes "Rad auf die Auflager 27 der übergabevorrichtung_f wodurch seine Ausgabe während einer dera nachfolgende.!! Zyklus vorgeschlateten Phase ermöglicht wird. " -

Wie oben ausgeführt wurde, ermöglicht die erfindungsgemäße Maschine die Anwendung des Reibungsschweißens auf spezielle Anordnungen. Beispiele derselben sind in Fig. 5 angegeben» Fig. 5a zeigt den Körper eines Dämpfers, dessen ÄbschluB-deckel abgeflacht ist und der mittels Reibungsschweißen gemäß der Erfindung mit dem K©rpus verbunden werden kann. Ein ähnlicher Behälterkörper mit dünner Wandung zeigt Fig.5b, dessen Deckel bogenförmig gewölbt ist und kein wirksames Einspannen mittels eines üblichen Domes ermöglicht.

Insgesamt wurde eine Schweißmaschine zum Verschweißen durch Reibung zweier Werkstücke beschrieben, welche eine erste drehfeste Vorrichtung zum Einsapnnen des ersten Werkstückes und eine zweite drehbare Vorrichtung zum Einspannen des zweiten Werkstückes umfaßt und sich dadurch kennzeichnet, daß die erste Einspannvorrichtung in axialer Richtung beweglich ist und daß die zweite Einspannvorrichtung sich aus einem Spindelmotor und einer axial beweglichen Spindel bestehtj. welche das zweite Werkstück der beiden einspannt und mit einer UnterStützungsvorrichtung zum koaxialen Lagern der beiden Werkstücke ausgerüstet ist.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims (9)

SCIAKY TNTERTECHNIQUE S.A. 119, Quai Jules-Guesde, Vitry sur Seine (VaI de Marne) Frankreich Reibungs-Schweißmaschine Patentansprüche

1. Schweißmaschine zum Reibungsverschweißen zweier Werkstücke, bestehend aus einer ersten drehfesten Einspanneinrichtung für das erste Werkstück und einer zweiten drehbaren Einspannvorrichtung für das zweite Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einspannvorrichtung (8) axial beweglich ist und daß die zweite Einspannvorrichtung (9,17,36) einen Spindelmotor (34,41,40,36) sowie eine das zweite Werkstück (19) einspannende Spindel (10) und eine Lagervorrichtung (17) zum koaxialen Lagern der beiden Werkstücke (19,20) aufweist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung aus einer zentralen Stütze (17) zum

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Unterstützen des zweiten Werkstückes (19) sowie seitliche Backen (56) zum Halten des ersten Werkstückes (2Q) aufweist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl die zentrale Vorrichtung (17) und die seitliche Backe' (56) die beiden Werkstücke (19,20) durch die Spindel (TQ) koaxial verschieben und in der Schweißstellung kein Kontakt zwischen den beiden Werkstücken besteht.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einspannvorrichtung das erste Werkstück (20) von der seitlichen Backe während des Schweißens des ersten Werkstückes anhebt.

5. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gegendruckzylinder (43) zur Erzeugung eines Gegendruckes durch die Spindel aufweist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine übergabevorrichtung (11) Schienen (22,23) zur Übergabe von zu schweißenden und geschweißten Werkstücken vorgesehen ist, wobei die Schienen seitlich beiderseits der Spindel (10) angeordnet sind.

7. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannvorrichtungen koaxial bezüglich einer vertikalen Achse (6) angeordnet sind.

8. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen aus zwei Teilen bestehenden Rahmen aufweist, von denen ein Teil den Hauptdom (33) und der andere die die zweite Einspannvorrichtung .bildende Drehspindel (10) trägt, wobei die erste Einspannvorrichtung

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auf einem axial auf Stützen (7) zwischen den beiden Teilen axial beweglichen Schlitten (8) angeordnet ist.

9. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß am Antriebsmotor (34) für dia erste Spannvorrichtung ein Detektor für das maximale Moment an·- geordnet ist und daß die den Druck der zweiten Einspannvorrichtung auf die erste bestimmende Spindel (48) vom. Detektor gesteuert ist.

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