DE2909267C3 - Reibschweißmaschine mit erweitertem Arbeitsbereich - Google Patents
Reibschweißmaschine mit erweitertem ArbeitsbereichInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibschweißmaschine zum Verschweißen zweier fest eingespannter
Werkstücke, deren eines in Drehung versetzt ist und die über einen Arbeitszylinder miteinander in Kontakt
gebracht werden.
Reibschweißen ist eine wirtschaftliche und qualitativ
hochwertige Verbindungsmethode f:"r Werkstücke, bei
denen wenigstens eine Seite des Schweißquerschnittes drehsymmetrisch ist. Kostensenkungen ergeben sich
nicht nur durcn das Verfahren und die damit verbundenen Arbeitsfolgen. Oftmals werden vorbereitende
Operationen überflüssig, oder das Werkstück kann einfacher gestaltet werden.
Materialzugaben, die bei konventionellen Schweißverfahren nur dazu dienten, um die Ungenauigkeiten
der Schweißung mittels Nacharbeit ausgleichen zu können, entfallen. So werden nicht nur — oft
hochwertige — Werkstoffe eingespart, sondern vor allem teure mechanische Bearbeitungszeiten. Das
Reibschweißverfahren ermöglicht darüber hinaus die Anwendung von hochmechanisierten Ladeeinrichtungen,
da hierbei keine Schweißspritzer auftreten.
Während konventionelle Schweißverfahren Verbindüngen
im Schmelzbereich der Metalle herstellen, wird beim Reibschweißen unterhalb des Schmelzpunktes
gearbeitet. Während des Reibvorgangs werden durch das große Drehmoment und die schnell entstehende
Wärme die Oxidschichten aufgebrochen, die Vcrunreinigungen zerkleinert und in den Schweißwulst verdrängt.
Das führt zu einer vollkommenen Berührung zwischen den Werkstücken innerhalb der teigig
gewordenen Zone, die nun metallisch rein und von der Atmosphäre abgeschlossen ist, Beim anschließenden
Stauchen verbinden sich die Werkstücke in einem dichten Schmiedegefüge.
Die Technik des Reibschweißens beruht also auf rein mechanischen Vorgängen: Reiben — Stauchen.
Somit sind auch die Parameter wie Reib/eil. Reibkraft. Stauchzeit und Stauchkraft mechanische
Größen. Einmal ermittelt, sind die Parameter sehr exakt
reproduzierbar, so daß die Voraussetzungen für eine konstant gute SchweiBqualität mit großer Sicherheit
gegeben sind.
Reibschweißmaschinen unterliegen im allgemeinen hohen Belastungen, und zwar durch Drehzahl und
Masse der rotierenden Teile und durch die Aufnahme großer Stauchkräfte. Die erforderliche robuste und
starre Bauweise der Reibschweißmaschinen gewährleistet jedoch Genauigkeiten, wie sie mit konventionellen
Schweißverfahren nicht erzielt werden können.
ίο Reibschweißmaschinen sind an sich für die Anwendung
bei der industriellen Großserienfertigung konzipiert, was im allgemeinen gleichbleibende Arbeitsbedingungen
und Maschinenaggregate bedingt. Für Sonderanwendungen, oder auch für Versuchs- bzw. Laborbetriebszwecke
ist es manchmal wünschenswert, einen größeren Einstellbereich der Vorschubkräfte des
Arbeitszylinders zur Verfügung zu haben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bereits bekannt, eine Mehrzahl von Zylindern hintereinander anzuordnen.
Diese Konzeption der Tandemzylinder hat jedoch den Nachteil großen Piatzbedarfs.
Eine weitere bekannte Konzeption besteht darin, den Arbeitskolben jeweils gleichzeitig mit Arbeits- und
Gegendruck zu beaufschlagen. Diese indirekte Einstellung des wirksamen Arbeitsdruckes ist jedoch umständlich
und empfindlich.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Reibschweißmaschine der eingangs
genannten Art anzugeben, die ohne oder allenfalls mit nur geringem zusätzlichen Platzbedarf eine einfache
und sichere Erweiterung des Arbeitsbereichs zuläßt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von der
Druckseite des Arbeitskolbens des Arbeitszylinders aus betrachtet in diesen ein Zusatzzylinder eingesetzt ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der ein Ausführungsbeispiel gemäß den Unteransprüchen darstellenden
Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Zylinderanordnung als Teilaggregat einer Reibschweißmaschine;
Fig. 2 zeigt anhand eines ersten Zeitdiagramms den — dem Stand der Technik entsprechenden —
Anwendungsfall, daß alleine der Arbeitszylinder zur Wirkung kommt;
Fig. 3 zeigt an Hand eines zweiten Diagramms den
Anwendungsfall, daß Arbeits- und Zusatzzylinder gemeinsam zur Wirkung kommen.
in Fig. 1 ist ein stationär angeordneter Arbeitszylinder 1 mit einem Arbeitskolben 2 dargestellt. Dieser
Arbeitskolben wird durch Beaufschlagung seiner KoI-
w benfläche mit Druckmittel beim Einlaß a oder b
wahlweise nach links oder rechts (Pfeil x) bewegt. Auf G:und der Dimensionierung dieses Arbeitszylinders 1
ergibt sich ein maximaler Arbeitsdruck durch den zur Verfügung stehenden maximalen Druck des Druckmittels
und durch die Kolbenfläche. Die untere Grenze des zur Verfügung stehenden Arbeitsdrucks bestimmt sich
aus dem am Druckregelventil sicher einstellbaren minimalen Druckmitteldruck und ebenfalls der Kolbenfläche.
Eine Erweiterung des Arbeitsdruckbereichs und damit des Arbeitsbereichs schlechthin wird erfindungsgemäß
dadurch realisiert, daß die bei der obigen Betrachtung konstant gebliebene Kolbenfläche verändert
wird.
f>5 Diese Änderung wird dadurch realisiert, daß von der
Druckseite des Arbeitszylinders her betrachtet in diesen axial ein Zusatzzylinder 3 eingesetzt, vorzugsweise
eingeschraubt wird. Über Einlaßöffnungen cbzw. f/wird
der Arbeitskolben 4 des Zusatzzylinders 3 in Richtung ν
hin- und herbewegt
Mit dieser Konfiguration werden nun additiv die vom Arbeitszylinder f und vom Zusatzzylinder 3 jeweils
einzeln erreichbaren Druckwerte nutzbar. Dazu ist ein sogenanntes Druckstück 5 vorgesehen, das über einen
Support 6 geführt den für das Reibschweißen erforderlichen Reib- und Stauchdruck auf ein Werkstück
überträgt. Das erwähnte Druckstück 5 ist dabei auf den Arbeitskolben 4des Zusatzzylinders 3 aufgeschraubt.
Die Dimensionierung des Zusatzzylinders 3 ist so gewählt, daß der eigene Arbeitsbereich unmittelbar an
den unteren Grenzwert des Arbeitsbereichs des (Haupt-) Arbeitszylinders 1 anschließt. Ggf. ist es auch
empfehlenswert, daß eine geringfügige Überlappung erreicht wird.
Aus Gründen der Zugänglichkeit für die Einlaßöffnungen c und d ist der Zusatzzylinder 3 mit einem
flanschartigen Ansatz versehen, der über den Außendurchmesser des Arbeitskolbens 2 des Arbeitszylinders
1 hinausreicht und als Widerlager für das Druckstück 5
dient
Solange der Arbeitsbereich alleine vom (Haupt-) Arbeitszylinder 1 bestrichen werden kann, wird der
Zusatzzylinder am flanschartigen Ansatz mit dem Druckstück 5 verschraubt Für Druckkräfte aus dem
Arbeitsbereich des Zusatzzylinders 3 wird diese Schraubverbindung gelöst und der Arbeitszylinder !
wirkt nunmehr als Hubzylinder.
In Fig.2 ist ein spezielles Vorschubprogramm für
den Arbeitszylinder 1 dargestellt, und zwar bei arretiertem Zusatzzylinder. Zum Zeitpunkt ίο wird der
Arbeitskolben mit Druckmittel beaufschlagt und in Richtung Werkstück bewegt. Zur Zeit ii beginnt der
Reibvorgang zwischen den zu verschweißenden Werkstücken. Nach Ablauf einer material- und werkstückspezifischen
Reibzeit wird zu einem Zeitpunkt t2 der
Stauchvorgang eingeleitet, der zum Zeitpunkt f3 beendet
ist. Durch Beaufschlagung des Arbeitszylinders 1 von der entgegengesetzten Seite (b in Fig. 1) her wird
dieser in die Ursprungsposition zurückgeschoben. Zum Zeitpunkt k befindet sich der Arbeitszylinder I wieder
in Ruhe (Ausgangs-)stellung; der Zusatzzyiinder 3 war während der gesamten Zeitspanne in Ruhe.
In F i g. 3 ist ein Vorschubprogramm für den Arbeitsund
den Zusatzzylinder dargestellt Zu einem Zeitpunkt ίο wird der Arbeitszylinder mit Druckmittel beaufschlagt
und bewegt. Der Arbeitszylinder macht dabei eine reine Leerhubbewegung und wird anschließend — zu einem
Zeitpunkt f, — hinsichtlich der Druckmittelbeaufschlagung eingesperrt. Zum gleichen Zeitpunkt wird
nunmehr der ZusatzzyPnder mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch die zu verschweißenden Werkstücke
gegeneinander reiben. Zu einem Zeitpunkt h wird über den Zusatzzylinder 3 der Stauchvorgang eingeleitet und
somit der Schweißvorgang an sir1·, zum Abschluß gebracht. Zum Zeitpunkt is ist der Schweißprozeß
beendet und beide Zylinder, der Arbeits- und der Zusatzzylinder werden in ihre Ausgangsposition zurückbewegt.
Zum Zeitpunkt U ist die Ausgangsstellung wieder e-reicht.
An Hand dieses in F i g. 3 dargestellten Beispiels läßt sich leicht die Erweiterung des Arbeitsbereichs der
erfindungsgemäßen Reibschweißmaschine ersehen. Im Bereich zwischen ii unf ti überlagerte si;h die Reib- und
Stauchphase des Zusatzzylinders der Vorschubphase des Arbeitszylinders. Durch den Einsatz des Zusatzzylinders
ergibt sich somit eine wesentliche Vergrößerung des Arbeitsbereichs einer Reibschweißmaschine, wobei
darauf hingewiesen werden soll, daß das erfindungsgemäße Konzept auch nachgerüstet werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Reibschweißmaschine zum Verschweißen zweier fest eingespannter Werkstücke, deren eines
in Drehung versetzt ist und die über einen Arbeitszylinder miteinander in Kontakt gebracht
werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erweiterung des Arbeitsbereichs des Arbeitszylinders
(1) von der Druckseite aus betrachtet in dessen Arbeitskolben (2) ein Zusatzzylinder (3) eingesetzt
ist.
2. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzzylinder (3) in
den Arbeitskolben (2) des Arbeitszylinders (1) eingeschraubt ist und daß der Arbeitskolben (4) des
Zusatzzylinders (3) mit einem Druckstück (5) für die "Kontaktierung der Werkstücke verbunden ist.
3. Reibschweißmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeiten im
Arbeitsbereich des Arbeitszylinders (4) der Zusatzzylinder (3) mit dem Druckmittel (5) fest verbunden
ist.
Priority Applications (6)
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KUKA SCHWEISSANLAGEN + ROBOTER GMBH, 8900 AUGSBURG |
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