DE3145428A1 - Reibungsschweissanlage - Google Patents

Reibungsschweissanlage

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Description

3U5428
Reibungsschweißanlage
Die Erfindung betrifft eine Reibungsschweißanlage zum Verbinden thermoplastischer Werkstoffe durch Reibungsschweißen, insbesondere eine Anlage zum Reibungsschweißen einer Verstärkungsplatte auf die Innenfläche von sich gegenüberliegenden Schenkeln eines U-förmigen Werkstücks.
Einrichtung zum Reibungsschweißen sind bekannt. In der US-Patentschrift 3 920 504 wird beispielsweise ein Gerät beschrieben, bei welchem eine hin- und hergehende Translationsbewegung zum Verschweißen zweier thermoplastischer Werkstücke auf einer gemeinsamen Zwischenfläche beschrieben wird. Ein weiteres Reibungsschweißgerät ist in der US-Patentschrift 3 840 168 gezeigt. Diese Patente werden hierin als Bezugsschriften zitiert.
Früher war es üblich, eine Deckplatte an den Kanten von aufrechtstehenden Schenkeln eines U-förmigen Werkstücks, zu befestigen, um den U-förmigen Kanal zu schließen. Erfindungsgemäß soll eine Verstärkungs- oder Versteifungsplatte zwischen den sich gegenüberstehenden Innenflächen der aufrechtstehenden Schenkel verschweißt werden, um damit den Kanal zu versteifen und zu verstärken. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ergab es sich, daß Schenkel, die bis zum 20° geneigt sind, mit einer Verstärkungsplatte verschweißt werden können.
Bei einem bevorzugten Anwendungsbeispiel ist der U-förmige Kanal die Stoßstange oder der Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, und die Platte eine Verstärkungsplatte zur Verstärkung der Stoßstange, wobei die Aufschlag- oder Aufprallstärke erhöht wird.
Aus dem früheren Stande der Technik wird ein erstes zu verschweißendes Werkstück in einer Spannvorrichtung
angeordnet und stationär gehalten. Ein zweites mit dem stationären Werkstück zu verbindendes Werkstück wird in innige Berührung mit der Verbindungsfläche des stationären Werkstücks gedrückt. Die beiden Werkstücke müssen dann einer gegenseitigen linearen hin- und hergehenden Bewegung in der Ebene der aneinanderliegenden Flächen unterworfen werden. Um Reibungswärme zu erzeugen, werden die Teile mit einer Kraft zusammengedrückt, die in Richtung der Spiegelnormalen zur Ebene der aneinanderliegenden Flächen wirkt. Dieses beschriebene Verfahren ist bekannt und wird beispielsweise zum Verschweißen einer Abdeckung auf einem U-förmigen Kanal verwendet.
Auch erfindungsgemäß werden die Werkstücke in innige Berührung gebracht, und die Teile einer gegenseitigen linearen hin- und hergehenden Bewegung unterworfen. Erfindungsgemäß wird jedoch die Kraft, welche die Werkstücke in innige Berührung miteinander drückt, in Richtung der Spiegelnormalen "zur Bewegungsrichtung, jedoch in der Ebene der zusammengefügten Flächen aufgebracht. Auf diese Weise wird eine Verstärkungsplatte im U-förmigen Kanal im Gegensatz zur Platte als Deckel oder Abdeckung auf dem Kanal verschweißt.
Bei einer bisher als Shoh-Gerät bekannten Anlage dient eine biegsame Vorrichtung dazu, Kräfte aufzubringen, welche die Werkstücke fest zusammendrücken. Eine biegsame, kräfteaufbringende Vorrichtung wie ein durch ein Strömungsmittel aufgeblasener Schlauch wird gegenüber den
^O Außenfläuhen der aufrechtstehenden Schenkel eines U-förmigen Kanals angeordnet. Wenn die Verstärkungsplatte innerhalb des Kanals in einer Zwischenhöhe längs der Schenkel angeordnet wird, wird die biegsame kräfteaufbringende Vorrichtung aufgeblasen. Dadurch werden die Schenkel zusammengedrückt und gelangen in innige Berührung mit zwei Seitenkanten der Verstärkungsplatte. Wenn die kräfteaufbringende Vorrichtung voll aufgeblasen
ist und die Innenfläche der Schenkel sich in inniger Berührung mit der Verstärkungsplatte befinden, bleibt der Ü-Kanal stationär, während die Platte einer linearen hin- und hergehenden Bewegung parallel zur Längsachse des ü-Kanals unterworfen wird« Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Spitzen-Spitzenverschiebung in der Größenordnung von 1 mm bis 3 mm bei einer festen Frequenz im Bereich zwischen 100 und 240 Hz. Nach einer Schweißzeit, die genügend lang ist, damit sich die auf-
IQ einanderliegenden Flächen unter dem Einfluß der Reibung erweichen, wird die Platte in ihre Ursprungsstelle zurückgefahren, wobei die Teile durch die kräfteaufbringende Vorrichtung in inniger Berührung gehalten werden. Nach einer genügenden Zeitspanne, in welcher die aufeinanderliegenden Flächen aushärten, wird die kräfteaufbringende Vorrichtung entleert, worauf das verschweißte Werkstück aus dem Reibungsschweißapparat ausgespannt wird.
Die Erfindung weist die Vorteile auf, daß thermoplasti-■ sehe Werkstücke ohne Lösemittel verschweißt werden können, wobei der Schweißgrad im U-förmigen Werkstück bleibt und, der Verbindung von Werkstücken in einer Weise, in welcher die Stärke eines U-förmigen Kanals durch Verschweißen einer Verstärkungsplatte mit den Innenflächen der aufrechtstehenden Schenkel erheblich erhöht wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Gerät zum Reibverschweißen einer Verstärkungsplatte mit einem
U-förmigen Kanal zu schaffen. Erfindungsgemäß ist ein Reibungsschweißgerät vorgesehen, bei welchem die Werkstücke in Richtung der Spiegelnormalen zur Achsenbewegung zusammengedrückt werden, jedoch hauptsächlich in der Ebene der zusammengefügten Flächen der Werkstücke. Erfindungsgemäß ist eine Schweißanlage vorgesehen, welche eine elastische, kräfteaufbringende Einrichtung
verwendet, um die zu verschweißenden Werkstücke in innige Berührung zu bringen.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Markmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines verschlossenen U-Kanals, der gemäß dem
früheren Stand der Technik verschweißt ist,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines verstärkten ü-förmigen Kanals, der erfindungsgemaß verschweißt ist,
Figur 3 einen Aufriß, teilweise im Schnitt des Schweißgerätes mit der zu verschweißenden Verstärkungsplatte, die an den Innenflächen eines .U-förmigen Kanals anliegt.
Figur 4 eine Ansicht.wie Figur 3, jedoch mit aufgeblasener elastischer kräfteaufbringender Einrichtung, wobei Schweißdruck zwischen der Verstärkungsplatte und den inneren
Schenkelflächen eines U-förmigen Kanals ausgeübt wird,
Figur 5 einen Grundriß zur Darstellung der Ein- ^O richtung, welche Kräfte zwischen der
Verstärkungsplatte und den Schenkeln des ü-förmigen Kanals aufbringt,
Figur 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Figur 5.
Figur 1 zeigt ein früheres Verfahren zum Verschweißen einer thermoplastischen Verstärkungsplatte 10 mit einem thermoplastischen U-förmigen Kanal (12), der aus einer Unter- oder Grundplatte 14 und zwei senkrecht stehenden Schenkeln 16 besteht. Die rechteckige Verstärkungsplatte 10 wird mit dem U-Stück längs der freistehenden Oberflächen 18 der senkrecht stehenden Schenkel 16 verbunden. Normalerweise werden die Platte 10 und die Schenkel 16 in innigem Kontakt miteinander in Richtung des Pfeiles 20 gedrückt, wobei die Platte 20 und das U-förmige Stück 12 einer gegenseitigen linearen hin- und hergehenden Bewegung in Richtung des Pfeils 22 unterworfen werden, d.h. in einer Ebene, die senkrecht zur Richtung der Kraft steht, welche die Platte und den Kanal oder das Stück zusammendrücken. Eine geeignete Einrichtung, um die Platte 10 mit dem Kanal 12 in der vorbezeichneten Art zu verbinden, ist in der oben erwähnten US-Patentschriftgezeigt . Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel und unter Verwendung der offenbarten Einrichtung wird dort das U-förmige Stück 12 stationär gehalten, während die Platte 10 einer linearen hin- und hergehenden Bewegung in der durch den Pfeil 22 angezeigten Richtung unterworfen wird, um eine Verschweißung zwischen der Unterseite der Platte 10 und den nach oben gekehrten
Oberflächen 18 der Schenkel 16 zu bewirken. Obwohl diese frühere Anordnung einen gewissen Grad von Abstützung des U-förmigen Kanals bietet, ist es zweckmäßiger, die Platte 10 innerhalb des U-förmigen Kanals vertieft anzuordnen und eine Verbindung vorzusehen, wie sie in Figur
2 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Längskanten der Verstärkungsplatte 10 mit der Innenfläche der aufrechtstehenden Schenkel 16 verschweißt. Um diese Schweißung durchzuführen, ist eine kräfteaufbringende Vorrichtung erforderlich, welche die aufrechtstehenden Schenkel 16 gegen die Längskanten der Platte 10 in Richtung der Pfeile 21 drückt, damit eine
Schweißung ermöglicht werden kann. Wie bereits erwähnt, wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel das U-förmige Stück stationär gehalten, während die Platte 10 einer hin- und hergehenden Linearbewegung in Richtung des Pfeiles 23 unterworfen wird, bis eine Aufweichung des thermoplastischen Stoffes an der Übergangsflache zwischen den Kanten der Platte 10 und der Innenfläche der Schenkel 16 auftritt, worauf die Bewegung angehalten wird, damit der thermoplastische Stoffe aushärten und eine Schweißverbindung bilden kann. Natürlich kann auch die Platte 10 stationär gehalten werden und der U-förmige Kanal einer hin- und hergehenden Bewegung unterworfen werden.
Figur 3 zeigt bestimmte wichtige Teile eines Reibungsschweißgerätes, z.B. eine Grundplatte 30, welche eine Spannvorrichtung 32 trägt, in der der U-förmige Kanal eingespannt ist. Die Verstärkungsplatte 10 ist an ihrem Platz angeordnet, und soll mit den Innenflächen der aufrechtstehenden Schenkel 16 verschweißt werden. Um eine verbesserte Schweißung zu erzielen, können die
Seitenkanten der Verstärkungsplatte 10 in aufgeweitete oder verbreiterte Kanten 11 auslaufen. Die Verstärkungsplatte 10 wird durch eine Spannplatte 34 mit einem oder mehreren Vorsprüngen 36 gehalten, die durch entsprechende öffnungen in die Spannplatte 10 eindringen, um diese zu fluchten und einen Antrieb für die hin- und hergehende Bewegung der Platte 10 in Richtung des Pfeils 23 der Figur 2 zu bieten. Außerdem kann eine Unterdruckvorrichtung eingesetzt werden, um die Platte 10 gegen die on
w Unterseite der Spannplatte 34 zu drücken. Die Vorrichtung zum Absenken oder Einbringen der Spannplatte 34 mit der an ihr befestigten Verstärkungsplatte 10 in den Kanal 12 und zum Bewegen der Spannplatte 34 gegenüber der stationären Spannplatte 32 ist dargestellt und wird im
Detail in der vorerwähnten Patentschrift 3 920 504 beschrieben .
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Um die nötigen Eingriffs- oder Schweißkräfte zwischen den senkrecht stehenden Schenkeln und den verbreiterten Kanten 11 aufzubringen, sind zwei Platten 38 und 40 vorgesehen, die mit Schrauben 42 an der Grundplatte 30 befestigt sind. Außerdem sind auf jeder Seite der Spannplatte 32 mehrere drehbar gelagerte Finger 44 angeordnet, deren Unterende an Stangen 46,48 befestigt ist und deren Oberende frei beweglich ist und in und außerhalb Eingriff mit der Außenfläche der Schenkel 16 an einer Stelle geschwenkt werden kann, wo die Schweißung vorgenommen werden soll. Die Stangen 46 und 48 sind an beiden Enden an einem Block oder Klotz 47 befestigt, der seinerseits auf der Grundplatte 30 verschraubt ist. Für die richtige Kontaktgabe weisen die Finger 44 eine entsprechende Eingriffsfläche 45 auf, die so geformt ist, daß sie sich an die Außenfläche der Schenkel 16 in dem Abschnitt anpassen, an dem die Kraft aufgebracht werden soll. Beispielsweise können die Finger aus Metall sein und die Flächen 45 eine Kunststoffauflage aufweisen, damit das Werkstück nicht verkratzt oder beschädigt wird.
Die einzelnen Finger 44 werden vom Werkstück durch eine Spiralfeder 50 weggedrückt, die in entsprechenden Ausnehmungen in den einzelnen Fingern 44 und in der Spannplatte 32 angeordnet ist. Zwei biegsame, druckaufbringende Vorrichtungen, wie aufblasbare biegsame Schläuche 52 und 54 sorgen für den Eingriffsdruck zwischen der Platte 10 und dem Kanal 12 längs der verbreiterten Kanten 11 und der Schenkel 16, wobei ein Schlauch hinter jeder
Reihe der sich gegenüberstehenden Finger 44 angeordnet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jeder Schlauch einem Wasserschlauch gleich und durch ein Strömungsmittel vorzugsweise Druckluft aufblasbar.
In Figur 4 sind die Schläuche 52 und 54 unter Druck oder aufgeblasen dargestellt und bewirken, daß die Druckfin-
ger 44 gegen die Kraft der Fedqrn 50 bewegt werden und eine Eingriffskraft aufbringen, die zwischen den verbreiterten Kanten 11 der Platte 10 und den Innenflächen der Schenkel 16 des Kanals 12 wirkt. Die Flächen 45 der Finger 44 drücken die oberen Schenkelabschnitte der einzelnen Schenkel 16 gegen die verbreiterte Kante 11 der Verstärkungsplatte 10. Wenn die Schläuche 52 und 54 aufgeblasen werden und dieser Eingriffsdruck zwischen den Schenkeln 16 und der Platte 10 wirkt, kann die bewegliehe Spannplatte 34 hin- und herbewegt werden, um Reibungswärme der Grenzfläche zwischen den Kanten 11, der Platte 10 und den Schenkeln 16 des U-förmigen Kanals 12 zu erzeugen.
Figur 5 zeigt einen Aufriß mit den waagrecht angeordneten Stangen 46 und 48, die drehbar eine Anordnung von sich gegenübergestellten Fingern 44 lagern, wobei sich eine Anordnung auf jeder Seite der Spannplatte 32 befindet. Die einzelne Anordnung von Fingern 44 wird in Betrieb gesetzt und erzeugt die Eingriffskraft mit Hilfe des jeweiligen aufblasbaren Schlauches 52 und 54. Jeder Schlauch (Figur 6) ist an eine aufblasbare unter Druck stehende Strömungsmittelquelle (nicht gezeigt)" über eine Armatur 60 angeschlossen, die mit einer biegsamen Verbindung 62 ausgestattet ist, die zu einem nicht gezeigten Ventil führt, pruckaufbau und Entlüftung der Druckschläuche 52 und 54 durch Ventile sind allgemein bekannt und bedürfen keiner Beschreibung.
Das andere Ende des Schlauches ist durch entsprechende
' Klammern 66 und Schrauben 68 abgeklemmt, die in der Seitenplatte 40 befestigt sind. Ebenso weist auch der Strömungsmitteleinlaß zwei Klemmen 70 und 72 mit den dazugehörigen Schrauben 74 auf. Der Vorteil des aufblasbaren Schlauches beruht auf der Tatsache, daß der an den Fingern 44 aufgebrachte Druck, der den statischen Druck steuert, der am Werkstück während des Schweißvorgangs aufgebracht wird, regelbar ist, um die Verschweißung zwischen dem Kanal und der Verstärkungsplatte
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zu optimieren. Außerdem wird durch die Biegsamkeit des Schlauches die Notwendigkeit für eine sehr genaue Maschinenbearbeitung und Montage der Finger vermieden. Kleinere Schwankungen der Dicke bei den Fingern wird automatisch durch die Biegsamkeit des aufblasbaren Schlauches kompensiert, der dazu dient, den Finger gegen die Außenfläche des Schenkels 16 zu drücken.
Es ist offensichtlich, daß ein biegsamer Schlauch 52 oder 54 nur eine von möglichen druckaufbringenden Vorrichtungen ist. Wenn beispielsweise der U-Kanal und die Verstärkungsplatte komplizierte Umrisse anstatt gerade parallele Kanten und Oberflächen aufweisen, können mehrere Abschnitte von Schlauch und Fingern in Abstand zum Werkstückumriß eingesetzt werden, um einen annähernd gleichen Druck längs der gesamten Schweißfläche aufzubringen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die einzelnen Finger 44 oder ..Fingergruppen durch einen strömungsmittelbetätigten Kolben mit Zylinder gesteuert werden, um den erforderliehen Druck aufzubringen. Weitere Anordnungen zur Erzeugung des Eingriff- oder Schweißdruckes liegen eindeutig nahe.
In einer anderen Abänderung entfallen die Finger, und die Schläuche sind gegenüber dem ü-förmigen Kanal angeordnet, und haben direkten Kontakt mit den Schenkeln.
Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Reibungsschweißanlage sind noch weitere möglich, "*■* ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

3U5428 PATENTANSPRÜCHE
1. Reibungsschweißanlage zum Verschweißen einer thermoplastischen Verstärkungsplatte mit einem thermoplastisehen U-förmigen Kanal, der eine Grundplatte und zwei aufrechtstehende Schenkel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage folgende Bausteine umfaßt:
einen ersten Träger (32), der den Kanal (12) . trägt,
einen zweiten Träger (34), der die Platte (10) im Kanal (12) so abstützt, daß die sich gegenüberstehenden Seitenkanten (11) der Platte (10) jeweils an einer Innenfläche der beiden Schenkel
(16) anliegen,
.. eine Vorrichtung (52,54) die einen Druck auf die
Außenfläche der einzelnen Schenkel (16) ausübt, damit sie in Berührung mit der Platte (10) längs
den beiden sich gegenüberstehenden Schenkeln (11) der Platte (10) gedrückt werden und
eine Vorrichtung (36), welche den zweiten Träger (34) in eine lineare hin- und hergehende Bewe
gung gegenüber dem ersten Träger (32) auf einer Achse versetzt, die parallel zur Längsachse der Platte (10) während eines Schweißvorgangs verläuft, damit der thermoplastische Werkstoff
w längs den aneinanderstoßenden Flächen (11,16)
schmelze, und der geschmolzene Werkstoff bei aufhörender Bewegung aushärtet, wodurch die Platte (10) mit dem Kanal (12) verschweißt wird.
-"";·" ζ "' '"' ''" 3U5428
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (52,54), welche eine Kraft aufbringt, eine biegsame druckaufbringende Vorrichtung umfaßt, die an die Außenfläche (45) der entsprechenden Schen-
§ kel (16) angepaßt ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame druckaufbringende Vorrichtung (52,54) mit einem Strömungsmittel aufgeblasen werden kann.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anordnung von nebeneinandergestellten Fingern (44) Kontakt (45) mit der Außenfläche der Schenkel (16) macht, wobei die biegsame Vorrichtung zum Aufbringen von Druck (52,54) die Finger (44) in Druckberührung mit der Außenfläche der Schenkel (16) drückt, wenn sie aufgeblasen ist.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger (34) eine Unterdruckvorrichtung aufweist,um die Platte (10) in Berührung mit ihm während eines Schweißganges zu halten.
6. Anlage nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger (34) mindestens einen Richtstift (36) aufweist, um 'die Platte (10) mit dem Kanal (12) fluchtend auszurichten.
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