DE3219252A1

DE3219252A1 - Verfahren und vorrichtung zum zusammenschweissen von metallteilen

Info

Publication number: DE3219252A1
Application number: DE19823219252
Authority: DE
Inventors: Howard Wales Harvey; Michael Kennington Oxford Hill; John Henry Porter Clarke Shillingford Oxford Megaw
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1982-12-09
Also published as: BR8202928A; JPS57199587A; DE3219252C2; US4514613A

Description

lA-56 OS? TELEGRAMM: PROTECTPATE NT

TELr x: 5 24 070

Lucas Industries

public limited company, 21. Mai 1982

Birmingham, England

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenschweißen

von Metallteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Metallteilen und eignet sich insbesondere für die Herstellung von Bremsbacken für Fahrzeugtrommelbremsen, die jeweils ein gekrümmtes Plattenband haben, dessen konvexe Oberfläche schließlich einen Bremsbelag aus Reibungsmaterial abstützt, während sich rechtwinklig zur konkaven Oberfläche mindestens ein Steg erstreckt.

Es ist bekannt, Bauteile beispielsweise durch elektrische oder Laserschweißverfahren zusammenzuschweißen. Eines der üblichsten elektrischen Schweißverfahren ist das Widerstands-Warzenschweißen. Hierbei werden die zusammenzuschweißenden Teile zwischen oberen und unteren Elektroden hindurch bewegt und entweder eine kontinuierliche Schweißnaht oder eine Vielzahl von Schweißpunkten zum Verbinden der Teile miteinander erzeugt. Ein solches Verfahren, für das beispielsweise auf GB-PS 1 462 12 0 hingewiesen sei, ist bisher für die Herstellung von Bremsbacken für Trommelbremsen verwendet worden_t wobei das Plattenband durch eine Reihe in Längsrichtung in Abständen voneinander liegender Schweißpunkte mit dem Steg verbunden wird.

Während des Schweißvorganges wird in den zu verbindenden Tei-

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len ziemlich viel Wärme erzeugt, wodurch die Teile verzerrt werden, Dies ist besonders nachteilig bei der Herstellung von Bremsbacken, weil es die Verformung des Plattenbandes nötig macht, das Plattenband zu prägen oder zu schlichten, um den Krümmungsgrad zu korrigieren, damit der übliche Bremsbelag aus Reibungsmaterial aufgenommen werden kann. Außerdem ist es wichtigj daß mindestens die Spitzen des Steges exakt bemessen sind, so daß üblicherweise wegen der Wärraeverzerrung die Stege im Rohzustand mit überschüssigem Material an den Spitzen ausgebildet werden und nach dem Schweißen nachbehandelt werden müssen, um die korrekten Abmessungen zu erhalten. Weitere Nachteile zeigen sich in schwankender Schweißqualität wegen eines unregelmäßigen Stromflusses, der durch Elektrodenabnutzung hervorgerufen wird, und in der Tatsache, daß das Gestell oder die sonstige zum Abstützen der Bauelemente während des Schweißvorganges benutzte Vorrichtung elektrisch leitfähig sein muß, damit die Schweißströme aufgebracht werden können. All diese Faktoren tragen dazu bei, daß das Produkt ziemlich teuer wird.

Auch die Verwendung von Laserstrahlen beim Zusammenschweißen von Metallteilen ist bekannte Ein derartiges Verfahren ist z.B. in GB-PS 1 562 922 offenbart, welches zum Zusammenschweißen von zwei flachen,flexiblen Metallstreifen angewandt wirdo Die beiden Streifen werden durch eine Walzenanordnung so zusammengebrachte daß zwischen den Streifen ein konvergierendes "V" gebildet wird, wodurch einander zugewandte reflektierende Oberflächen entstehen. Auf die Verbindungsstelle zwischen den beiden Streifen wird ein fokussierter Laserstrahl gerichtet, so daß die Laserstrahlen in die Verbindungsstelle zwischen den beiden Streifen reflektiert werden und eine Schweißnaht hergestellt wird. Der flexible Charakter der beiden Metallstreifen und die Symmetrie der Anordnung bedeutet, daß in der Schweißnaht geringe oder gar keine mechanische Spannungen erzeugt werden, und daß Span-

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nungen, sofern sie entstehen, durch den flexiblen Charakter der Metallstreifen aufgehoben werden.

Gewisse Arten von Bauteilen haben eine sogenannte geometrische Zwangsgestalt, worunter in der vorliegenden Beschreibung eine Geometrie zu verstehen ist, die den Bauteilen während des Verschweißens keine Verformung ermöglicht, um in den Teilen durch den Schweißvorgang erzeugte Spannungen aufnehmen zu können.

Die Schweißqualität wird problematisch, wenn herkömmliche Schweißverfahren bei Teilen von stark ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt angewandt werden. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt, insbesondere länglicher Metallteile, wie der gekrümmten Plattenbänder und Stege der Bremsbacken von Trommelbremsen zu schaffen, bei dem die genannten, bei herkömmlichen Verfahren auftauchenden Schwierigkeiten auf ein Minimum eingeschränkt oder vermieden sind.

Bei einem Verfahren zum Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt gemäß der obigen Definition ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Teile in feste Anlage aneinander zu bringen, eine Verschweißung von hoher Energiedichte zwischen den Teilen an einer Stelle gegenseitiger Anlage zu bewirken und zum Zusammendrängen der Teile eine zusätzliche Kraft mindestens in der Nähe der genannten Stelle aufzubringen, um während des Schweißens in den Teilen hervorgerufene Spannungen auszugleichen.

Häufig ist es nötig, eine durchgehende,langgestreckte Schweißnaht herzustellen, und das läßt sich zweckmäßigerweise dadurch erreichen, daß zwischen den in Anlage aneinander abgestützten Teilen und der Stelle, an der die Schweißung er-

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folgt, eine relative Bewegung hervorgerufen wird. Während des kontinuierlichen Schweißvorganges muß die zusätzliche Kraft aufrechterhalten bleiben, die die Teile während der Relativbewegung gegeneinander drängt. Es kann zweckmäßig sein, eine lokal begrenzte Kraft aufzubringen, und die Stelle ihres Einwirkens fortschreitend längs der Teile als Funktion der Relativbewegung zwischen der Stelle, an der das Schweißen erfolgt, und den aneinanderliegenden Teilen zu verlagern. Beim kontinuierlichen Schweißen kann es zweckmäßig sein, die zusätzliche Kraft kontinuierlich an einer Stelle geringfügig hinter der genannten Stelle in Bezug auf den Fortschritt der Schweißnahtausbildung längs der Teile aufzubringen.

Beim autogenen Schweißen^ d.h. bei einem Schweißvorgang, bei dem der Schweißstelle kein zusätzliches Material zugeführt wird, besteht die Wahrscheinlichkeit» daß die Teile an der Schweißstelle schrumpfen. Besonders beim autogenen Verschweißen von gekrümmten Teilen verhindert die geometrische Zwangsgestalt derselben einen Ausgleich für das Schrumpfen des Materials, so daß bei derartigen Teilen normalerweise damit zu rechnen ist, daß die Schweißstelle oder Schweißnaht reißt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können jedoch Teile von ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt, wie die Plattenbänder und Stege von Bremsbacken erfolgreich zusammengeschweißt werden, weil die auf die Teile aufgebrachte zusätzliche Kraft zum Zusammenpressen derselben in der Nähe der Schweißstelle einen Ausgleich für das Schrumpfen des Materials darstellt und folglich Rißbildungen der Schweißstelle oder Schweißnaht auf ein Minimum einschränkt oder ganz verhindert.

Bei dem speziellen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung einer Stumpfschweißnaht zwischen dem Plattenband und dem Steg von Bremsbacken werden die Teile in rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen abgestützt, wo-

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bei die konvexe Kante des Steges in Anlage an der konkaven Oberfläche des Plattenbandes liegt und die Schweißnaht an der Verbindungsstelle zwischen den aneinanderliegenden Oberflächen der Teile hergestellt wird. Dabei erfolgt eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen und der Stelle, an der die Schweißnaht gebildet wird, um eine kontinuierliche Schweißnaht herzustellen. Die zusätzliche Kraft wird kontinuierlich auf die Teile aufgebracht, um diese an einer der genannten Stelle benachbarten Stelle in Abhängigkeit vom Fortschritt der Schweißnahtausbildung längs der Teile zusammenzudrängen. Es hat sich gezeigt, daß durch sorgfältige Wahl der Stelle, an der die Kraft aufgebracht wird, im Verhältnis zu der Stelle, an der geschweißt wird, eine konvexe Schweißnaht bzw. "Schweißraupe" von ausgezeichneter Unversehrtheit erzeugt wird, die praktisch oder im wesentlichen frei von Rissen ist.

Vorzugsweise werden die Teile durch Zusammenklemmen in ihrer ursprünglichen Abstützstellung gegeneinander gepreßt, wobei das Zusammenklemmen durch Aufbringen einer Klemmkraft auf eines der Teile und Reaktion über das andere Teil gegen eine im Verhältnis ortsfeste Oberfläche bewirkt wird. Bei diesem Verfahren wird die zusätzliche Kraft, die die Teile in der Nähe der genannten Stelle gegeneinander drängt, auf das andere Teil in Richtung entgegengesetzt zur Klemmkraft aufgebracht.

Vorzugsweise erfolgt das Schweißen durch Aufbringen eines Strahls von hoher Energiedichte, der im Fall eines kontinuierlichen Schweißvorganges zweckmäßigerweise insgesamt quer zur Richtung der genannten relativen Bewegung zwischen den Teilen und der genannten Stelle aufgebracht wird. Der Strahl kann vorzugsweise ein Strahl von Laser-, Elektronen- oder Plasmaenergie sein.

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Eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt weist erfindungsgemäß eine Einrichtung auf, die so angeordnet ist, daß sie die Teile abstützt und fest in gegenseitige Anlage drängt, sowie eine Schweißvorrichtung@ die so angeordnet und betätigbar ist, daß sie eine Verschweißung mit hoher Energiedichte zwischen den Teilen an einer Stelle gegenseitiger Anlage bewirkt, und eine Einrichtung, die so betätigbar ist, daß sie auf die Teile zum Zusammendrängen derselben eine zusätzliche Kraft mindestens in der Nähe der genannten Stelle aufbringt, um während des Schweißens in den Teilen hervorgerufene Spannungen auszugleichen.

Die Schweißvorrichtung arbeitet vorzugsweise mit Laser- oder Elektronenstrahl, kann jedoch gemäß einer Alternative auch mit einem Plasmabogen oder Plasmastrahl arbeiten.

Wenn eine langgestreckte₉ kontinuierliche Schweißnaht oder eine Folge von Schweißstellen längs der Länge der Teile geschaffen werden soll, kann die Stützeinrichtung und die Schweißvorrichtung im Verhältnis zueinander bewegbar angeordnet sein. Um die genannte zusätzliche Kraft beizubehalten, die die Teile gegeneinander drängt, kann die Einrichtung zum Aufbringen der Kraft zweckmäßigerweise in Form einer Rolle vorgesehen sein, die mit einer Oberfläche eines der Teile in Eingriff steht und sich während der genannten relativen Bewegung an dieser Oberfläche abwälzt. Zum Aufbringen der nötigen Kraft auf die Walze oder Rolle dient zweckmäßigerweise eine Krafteinrichtung, vorzugsweise in Form einer druckfluidbetätigten Vorrichtung, die zweckmäßigerweise entgegen der Wirkung von Federn betätigbar ist, welche die Rolle von der Oberfläche wegdrängen»

Zum Zusammenklemmen der Teile in ihren Abstützstellungen ist vorzugsweise eine Klemmeinrichtung vorgesehen, die zweckmäßigerweise eine bewegliche Klammer aufweist, welche

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so betätigbar ist, daß sie auf eines der Teile eine Kraft aufbringt, deren Reaktion gegen eine im Verhältnis ortsfeste Oberfläche wirkt. Bei dieser Anordnung kann die Kraft aufbringende Einrichtung so angeordnet sein, daß sie in Richtung entgegengesetzt zur Klemmkraft wirkt.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Verwendung bei gekrümmten Bremsbackenteilen ist die Stützeinrichtung eine Hohltrommel, und die Teile werden von der Klammer gegen die Innenfläche der Trommel gedrängt, wobei die Kraft aufbringende Rolle durch eine Umfangsnut der Trommel in Berührung mit einem der Teile vorsteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ι

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform einer Schweißvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ι

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 2»

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3i

Fig. 5 den Querschnitt B-B in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form die Art und Weise, in der die Erfindung beim Zusammenschweißen eines gekrümmten Plattenbandes A und eines Steges B einer Bremsbacke angewandt wird. Der Steg wird mit seiner konvexen Kante C in Eingriff gegen die konkave Oberfläche D des Plattenbandes gelegt und entgegengesetzt gerichtete Kräfte E und F auf das Plattenband bzw. den Steg aufgebracht, um die Teile in Eingriff miteinander zu halten. Auf die Verbindungsstelle G

zwischen dem Plattenband und dem Steg wird ein fokussierter Laserstrahl L gerichtet, um die Teile miteinander zu verschweißen, wobei zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Teilen und dem Laserstrahl L eine relative Bewegung verursacht wird, wie durch Pfeile H angedeutet, um eine kontinuierliche Schweißnaht zu erhalten.

Da die Teile, die zusammengeschweißt werden, eine ausgeprägte geometrische Zwangsgestalt haben, können sie sich nicht verformen, um Spannungen aufzunehmen, die beispielsweise durch das Schrumpfen des Metalls beim Schweißen entstehen. Um das auszugleichen, wird eine zusätzliche Kraft J zum Zusammendrängen der Teile mittels einer Rolle K in der Nähe der Stelle aufgebracht, auf die der Strahl auftrifft. Das Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens soll anhand der Fig.2 bis 5 im einzelnen erläutert werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Zusammenschweißen eines gekrümmten Plattenbandes und eines Steges zur Herstellung von Bremsbacken für Trommelbremsen herkömmlicher Art. Zu der Vorrichtung gehört kurz gesagt eine Trommelanordnung 1 zum Abstützen von im vorliegenden Fall zwei Sätzen von Eremsbackenteilen 2, die zusammengeschweißt werden sollen, eine Stütze 3· ^a^f der die TrommelanOrdnung 1 drehbar angebracht ist, sowie eine Kraft aufbringende Vorrichtung 4₀ Eine Vorrichtung zur Abgabe eines fokussierten Laserstrahls ist schematisch bei L angedeutet.

Die Trommelanordnung 1 ist um eine Antriebswelle 5 drehbar gelagert, die ihrerseits in Lagern drehbar gelagert ist₉ von denen eins gezeigt und mit 6 bezeichnet ist_e und die in einem ortsfesten zylindrischen Teil 7 der Stütze 3 aufgenommen sind. Das obere Ende der Antriebswelle 5 ist mit einem

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Flansch 8 versehen, der eine Befestigung mittels Schraubbolzen 9 an einer Ankerplatte 10 der TrommelanOrdnung zum Drehantrieb derselben ermöglicht. Die Ankerplatte 10 hat einen teilringförmigen Zapfen 11, und eine Trommel 12 der Tromrr;elanordnung ist mit einem radial nach innen weisenden Flansch 13 versehen, der in der Mitte eine den Zapfen 11 eng umgebende Öffnung hat. Zur eng passenden Aufnahme des Zapfens 11 der Ankerplatte 10 ist eine Halteplatte 14 in ihrer Unterseite mit einer Ausnehmung versehen und hat außerdem einen sich längs des Umfangs erstreckenden Flansch 15, der dem Flansch 13 der Trommel 12 überlagert ist, so daß der Flansch 13 der Trommel zwischen dem Flansch 15 der Halteplatte und der Ankerplatte 10 gehalten ist. Die Halteplatte ist mittels Schraubbolzen 16, die in Gewindeöffnungen im Zapfen 11 eingeschraubt sind, unverrückbar in ihrer Lage befestigt.

Die Halteplatte IV" hat in der Mitte einen Ansatz 17, der als Lager für eine Betätigungswelle 18 dient, die zwei einander diametral gegenüberliegende, seitlich vorstehende Flansche 19, welche dem benachbarten Oberflächenbereich der Ankerplatte 10 überlagert sind₈ und ein Halteteil 20 aufweist, das in einer Ausnehmung 21 der Halteplatte aufgenommen und am Ende der Betätigungswelle 18 mittels Schrauben oder dgl. befestigt ist und mit der Unterseite der Ankerplatte 10 innerhalb der Ausnehmung 21 in Eingriff steht, um die axiale Bewegung der Betätigungswelle 18 zu begrenzen.

Gemäß Fig. 2 bis 5 ist jeder der Flansche 19 gegabelt, um entsprechende Gelenklaschen 22 zu umfangen, die an den Flanschen 19 mittels Zapfen 23 angelenkt sind. Die Laschen sind ihrerseits mittels weiterer Zapfen 2k mit Verbindungsgliedern 25 verbunden, die jeweils einen T-Schlitz 26 haben, in dem der Kopf 2? einer die Verbindung herstellenden Schraube 28 aufgenommen ist. Die Verbindungsglieder 2^ sind jeweils in einem von zwei Gleitstücken 29 aufgenommen, mit

dem sie durch die entsprechende Schraube 28 verbunden sind, die in das benachbarte Gleitstück eingeschraubt ist und es ermöglicht, die relative Stellung zwischen dem Gleitstück und dem zugehörigen Verbindungsglied durch Drehen der Schraube 28 einzustellen, die dann mittels einer entsprechenden Sicherungsmutter 30 in der gewünschten Stellung festgelegt wird«, Da die beiden Gleitstücke und die ihnen zugeordneten Vorrichtungen identisch sind, wird nur eines nachfolgend im einzelnen erläutert.

Gemäß Fig.2 ist die Oberseite des Gleitstücks 29 mit einem aufrechten Vorsprung 31 versehen, der in einer entsprechenden Ausnehmung in der Unterseite einer ersten Klammer 32 aufgenommen ist, die so gestaltet ist, daß sie sich gerade über etwas weniger als eine Hälfte des Trommelumfangs erstreckt. Die Klammer JZ ist abgestuft, so daß sie eine Anlagefläche bzw. Schulter 33 für die Kante eines Steges Jk einer zu verschweißenden Bremsbacke bildet, während ein Plattenband 35 eier Bremsbacke in Anlage an einer Innenfläche 36 der Trommel 12 ruht.

Wie im einzelnen aus Fig_e 2 und 3 hervorgeht, sind in Abständen voneinander um die Trommel herum oberhalb der Klammern 32 mehrere radial wirkende Klammern 37» im vorliegenden Fall sechs vorgesehen. Jede Klammer 37 ist mittels eines entsprechenden Zapfens 38 mit einem Klammerbetätigungsglied 39 verbunden. Das Klammerbetätigungsglied 39 sitzt bei 40 drehfest auf der Betätigungswelle 18 und hat einen Sechskantumriß 4l, auf den ein entsprechender Schlüssel aufgesetzt werden kann, um die Betätigungswelle 18 zu einem weiter unten näher erläuterten Zweck zu drehen.

Die Zapfen 38 sind in Schlitzen h2 aufgenommen, welche in der Unterseite des Klammerbetätigungsgliedes 39 so ausgebil det sind, daß jeder Schlitz eine gekrümmte Fläche 42a hat,

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die so angeordnet ist, daß beim Drehen des Klammerbetätigungsgliedes 39 in der einen Richtung, die Zapfen 38 veranlaßt werden, die Klammern radial nach innen so weit zurückzuziehen, daß diese nach dem Zurückziehen die radial am weitesten innen liegenden Enden der von den Bremsbackenstegen 34 eingenommenen Flächen freigeben. Die Betätigungswelle 18 ist in ihrem äußeren Endbereich 43 mit Gewinde versehen, auf welches eine Spannmutter 44 aufgeschraubt ist, die über eine Druckbeilagscheibe 45 auf das Klammerbetätigungsglied 39 wirkt und über die Druckbeilagscheibe und die Klammern 37 eine axiale Klemmkraft auf den innerhalb der Trommel angeordneten Steg 3^ ausübt.

Die insgesamt mit 4 bezeichnete_/Druck aufbringende Einrichtung hat einen Körper 46 in Form eines Zylinders, in welchem ein Kolben 4? hin- und herbewegbar aufgenommen ist, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 48 mittels auf das Innere des Zylinders in herkömmlicher Weise aufgebrachten pneumatischen oder hydraulischen Fluiddrucks aus dem Zylinder heraus bewegbar betätigt wird. Der äußere Endbereich des Kolbens ist gegabelt, um eine Rolle 49 aufzunehmen, die auf einer Welle 50 drehbar gelagert ist und einen verhältnismäßig schmalen radialen Flansch 51 hat, der in einen Umfangsschlitz 52 der Trommel 12 ragt, um mit dem Plattenband 35 an einer Stelle in Eingriff zu treten, die der Stelle der Anlage des Plattenbandes am Steg 34 gegenüberliegt. Wie beispielsweise aus Fig. 3 hervorgeht, hat die vorstehend beschriebene Vorrichtung Fassungsvermögen zum Festklemmen von zwei Sätzen von Bremsbackenteilen zum gleichzeitigen Schweißen derselben. Um die Teile zur Vorbereitung eines Schweißvorganges in ihre Lage zu bringen, wird die Betätigungswelle 18 in eine Stellung gedreht, bei der die Gelenklaschen 22 die in Fig. 2 gestrichelt gezeigten Stellungen einnehmen, d.h. bei der die Gleitstücke 29 ihre radial am weitesten innenliegende Stellung einnehmen. Durch das

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Drehen des Klammerbetätigungsgliedes 39 zusammen mit der Betätigungswelle 18 sind auch die Klammern 3? in ihre radial am weitesten innenliegenden Stellungen zurückgezogen worden. Nun können zwei Sätze von Bremsbackenteilen so in die Trommel eingesetzt werden_B daß die Plattenbänder 35 an Innenflächen 36 der Trommel anliegen und die Stege Jk auf den Klammern 32 ruhen. Danach wird die Betätigungswelle 18 in umgekehrter Richtung gedreht, um die Gelenklaschen 22 in die in Fig. k gezeigte,gestrichelte Stellung zu bewegen, wodurch die Gleitstücke 29 und folglich die mit ihnen fest verbundenen Klammern JZ radial nach außen bewegt werden, so daß die Schultern 33 der Klammern gegen die Stege Jk drücken und dadurch die Plattenbänder 35 in Eingriff gegen die Innenfläche 36 der Trommel pressen« Jede Anordnung aus Plattenband und Steg ist damit in radialer Richtung zwischen der benachbarten Innenfläche 36 der Trommel und der Schulter 33 der Klammer JZ eingeklemmt. Beim Drehen der Betätigungswelle 18 sind auch die Klammern 37 dadurch radial nach außen bewegt worden, daß die Zapfen 38 in die Schlitze 42 des Klammerbetätigungsgliedes 39 eingreifen, so daß die Endbereiche der Klammern 37 den Stegen Jk überlagert sind. Nun kann durch Anziehen der Spannmutter kk eine axiale Klemmkraft auf die Stege aufgebracht werden, die von der Mutter über das Klammerbetätigungsglied 39 und die Klammern 37 an die Stege übertragen wird.

Damit sind die Anordnungen der Bremsbackenteile exakt in ihrer Lage festgeklemmt, und der Schweißvorgang kann beginnen. Zunächst wird die Rolle ^9 vom Plattenband 35 zurückgezogen und die TrommelanOrdnung im Verhältnis zum fokussierten Laserstrahl der Vorrichtung L in Umdrehung versetzt. Gleichzeitig mit dem Beginn der Drehbewegung oder nach einer vorherbestimmten Verzögerung wird die Vorrichtung L zur Abgabe des fokussierten Laserstrahls mittels einer nicht gezeigten Einrichtung eingeschaltet^ die in zeitlich abgestimmtem Ver-

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hältnis mit der Trommel wirkt und einen Laserstrahl ·& ' erzeugt. Dieser Strahl wird mit der nötigen Kraft und Stärke, z.B. 1 kW und ca. 10 Watt cm" auf den nach oben weisenden Winkel zwischen dem Plattenband und dem Steg gerichtet. Das führt zu einem örtlichen Schmelzen des Materials des Plattenbandes und des Steges und erzeugt Schweißschmelzmaterial in bestimmter Menge, so daß eine Verschweißung erfolgt. Ehe das Verschweißen beginnt, wird der Kolben 4? durch Einführen eines Fluiddruckmittels in den Zylinder k6 betätigt, um die Rolle 49 gegen das Plattenband 35 zu pressen, mit dem sie an einer Stelle unmittelbar gegenüber der Anlagestelle des Steges an der gegenüberliegenden Seite des Plattenbandes in Eingriff tritt. Durch dieses Zusammenklemmen der beiden verschweißten Teile unter verhältnismäßig hohem Druck wird ein Schrumpfen ausgeglichen, welches normalerweise in dem Schweißschmelzmaterial auftritt und von den Teilen nicht ausgeglichen werden kann, da sie eine stark ausgeprägte geometrische Zwangsgestalt haben. Auf diese Weise wird die Rißbildung der Schweißnaht, die normalerweise auftritt, auf ein Minimum eingeschränkt, wenn nicht gar ganz vermieden und eine ausgezeichnete Schweißraupe an der Verbindungsstelle zwischen den Teilen erzeugt.

Der oben erwähnte Betrieb der Rolle und ihr anschließendes Zurückziehen wird mittels eines Nockenringes hervorgerufen, der mit einem Nockenfolgeglied 102 zusammenwirkt, welches veranlaßt wird, im richtigen Zeitpunkt ein Ventil 103 zu betätigen. Eine ähnliche Einrichtung ist zum Ein- und Ausschalten des Laserstrahls zur richtigen Zeit vorgesehen. Kit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung werden zwei Sätze von Bremsbackenteilen sukzessive während einer 360° Umdrehung der Trommel verschweißt. Bei Anordnung einer entsprechenden Anzahl Laserprojektoren wäre es auch möglich, eine Vielzahl von Sätzen von Bremsbackenteilen gleichzeitig während einer Umdrehung der Trommel um einen halben Kreis-

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bogen zusammenzuschweißen. Einige Bremsbacken sind mit zwei Stegen versehen, die in Abständen voneinander am Plattenband angeordnet sind· Für diese Art von Bremsbacke können Zwillingsrollen 49 vorgesehen sein, die mit den entsprechenden Stellen des Plattenbandes gegenüber den Stegen in Eingriff treten, wobei zwei fokussierte Laserstrahlen so anzuordnen wären, daß sie entweder gleichzeitig oder abwechselnd von oberhalb und unterhalb der Trommel wirken. Eine derartige Anordnung kann auch bei Bremsbacken mit nur einem einzigen Steg vorgesehen werden.

Es hat sich gezeigt« daß wegen der verhältnismäßig örtlich begrenzten Erwärmungg die der Laserstrahl hervorruft, und wegen des Zusammenklemmens des Plattenbandes 35 und des Steges 3^ während der Zeitspanne des Zusammenschweißens und des Abkühlens die in den zusammengeschweißten Teilen hervorgerufene Verzerrung minimal ist, was im Fall von Bremsbacken bedeutet, daß Bremsbeläge an den Plattenbändern befestigt werden können, ohne daß die Plattenbänder, wie üblich, geschlichtet werden müssen, was bisher nötig war, und möglicherweise sogar ohne daß der Bremsbelag auf exakte Gestalt geschliffen werden muß, wodurch die Gefahr vermieden wird, die durch das Vorhandensein von Asbeststaub verursacht wird. Die Teile für das zusammengeschweißte Bauelement können ausgestanzt und verschweißt werden, ohne daß irgendeine korrigierende Fertigbearbeitung der verhältnismäßig rauhen Kanten nötig ist, und es braucht auch kein zusätzliches Material an den Spitzen der Bremsbackenstege vorgesehen zu sein. Verschweißte Bauelemente, insbesondere Bremsbacken können deshalb wirtschaftlicher als bisher hergestellt werden.

Statt das Plattenband einer Bremsbacke wie oben beschrieben zu der gewünschten Gestalt vorzuformen, kann das erfindungsgemäEe Verfahren auch an einer ebenen Platte durchgeführt

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werden* die während des Schweißvorganges so gebogen wird_t daß sie dem Stegumriß folgt. Eine solche ebene Platte kann kontinuierlich zugeführt und nach Bedarf abgetrennt oder gemäß einer Alternative in vorgeschnittenen Längen zugeführt werden.

Als Beispiel sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 3 dicke Stege an 2,5 nun dicken Plattenbändern unter Verwendung eines 5 kW Kohlendioxidlasers angeschweißt worden, um Bremsbacken für Automobile mit einem Durchmesser von 2 00 mm zu schaffen. Durch Anwendung einer Laserstrahlkraft von 4 kW am Werkstück, die so fokussiert war, daß eine Stärke von ca. 5 x 10 Watt cm" erzeugt wurde, und durch Aufbringen einer zusätzlichen Kraft von ca. 1 Tonne auf die Teile, wurden voll eindringende Schweißnähte ohne Porosität oder Rißbildung mit einer Schweißgeschwindigkeit von 50 mm s" erzeugt.

Der Schweißstrahl kann aus Elektronen-, Plasmabogen- oder Plasmastrahlenergie bestehen.

Claims

Pat en tans pr iic he

Verfahren zum Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in enge Anlage gegeneinander gedrängt werden, daß eine Verschweißung mit hoher Energiedichte zwischen den Teilen an einer Stelle gegenseitiger Anlage "bewirkt wird, und daß auf die Teile eine zusätzliche Kraft ausgeübt wird, die die Teile mindestens der genannten Stelle benachbart unter Ausgleich der während des Schweißens in den Teilen hervorgerufenen Spannungen gegeneinander drängt.

2* Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen, die in Anlage aneinander abgestützt werden, und der Stelle, an der die Schweißung erfolgt, eine relative Bewegung unter Schaffung einer langgestreckten Schweißnaht hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kraft als örtlich begrenzte Kraft aufgebracht wird, und daß der Crt ihres Einwirkens in Funktion der relativen Bewegung zwischen der genannten Stelle und den aneinander anliegenden Teilen fortschreitend längs der Teile geändert wird.

. Verfahren nach Anspruch 2 oder

dadurch gekennzeichne t_s daß die zusätzliche Kraft kontinuierlich an einer Stelle aufgebracht wird, die kurz hinter der genannten Stelle in Eezug auf das Fortschreiten der Schweißnahtausbildung längs der Teile liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Anwendung bei der Schaffung einer Stumpfschweißnaht zwischen dem Plattenband und dem Steg einer Bremsbacke, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen abgestützt werden, wobei die konvexe Kante des Steges an der konkaven Oberfläche des Plattenbandes anliegt, daß die Verschweißung an der Verbindungsstelle zwischen den aneinanderliegenden Oberflächen der Teile bewirkt wird, daß eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen und der Stelle bewirkt wird, an der die Verschweißung hervorgerufen wird, unter Schaffung einer kontinuierlichen Schweißnaht, und daß die zusatz liehe Kraft kontinuierlich auf die Teile aufgebracht wird und diese an einem Ort zusammengedrängt werden, der der Stelle in Bezug auf den Fortschritt der Schweißnahtbildung längs der Teile benachbart ist.

6_S Verfahren nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in ihrer ursprünglichen Abstützstellung durch Aufbringen einer Klemmkraft auf eines der Teile und Reaktion über das andere Teil gegen eine im Verhältnis ortsfeste Oberfläche in Anlage gegeneinander gedrängt werden.

?. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kraft, die die Teile in der Nähe der genannten Stelle zusammendrängt, auf das andere Teil in Richtung entgegengesetzt zur Klemmkraft aufgebracht wird.

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8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Aufbringen eines Strahls von hoher Energiedichte geschweißt wird«,

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 "bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß durch das Aufbringen eines Strahls von hoher Energiedichte, der insgesamt quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen den Teilen und der genannten Stelle aufgebracht wird, geschweißt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9·

dadurch gekennzeichnet, daß Laser-, Elektronen- oder Plasmaenergie als Strahl verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teile, während es gegen das andere Teil in Anlage gedrängt wird, zu einer stark ausgeprägten geometrischen Zwangsgestalt geformt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichne t_@ daß das eine Teil unter Zufuhr einer durchgehenden Länge eines Vorratsmaterials geformt wird, und daß das Vorratsmaterial nach der Formgebung so abgetrennt wird, daß ein Teil von gewünschter Länge im Verhältnis zum anderen Teil erhalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil vor dem Formen zu einer ausgeprägten geometrischen Zwangsgestalt auf gewünschte Länge vorgeschnitten wird.

Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Metallteilen aus-

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geprägter geometrischer Zwangsgestalt, gekennzeichnet durch eine Stützeinrichtung zum Abstützen der Teile (A, Bi 34, 35) und zum festen Zusammendrängen derselben in Anlage gegeneinander, eine Schweißvorrichtung, die so angeordnet und betätigbar ist, daß sie eine Verschweißung von hoher Energiedichte zwischen den Teilen an einer Stelle gegenseitiger Anlage hervorruft, und eine Einrichtung, die so betätigbar ist, daß sie eine zusätzliche Kraft (J) auf die Teile aufbringt und diese mindestens der Stelle benachbart zusammendrängt und die während des Schweißens in den Teilen verursachten Spannungen ausgleicht.

15. Vorrichtung nach Anspruch

dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung und die Schweißvorrichtung so im Verhältnis zueinander bewegbar angebracht sind, daß die Schaffung einer langgestreckten^ kontinuierlichen Schweißnaht oder einer Folge von Schweißstellen längs einer Länge der Teile (34, 35) ermöglicht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft aufbringende Einrichtung (4) eine Rolle (Kj 49) ist, die mit einer Oberfläche eines der Teile (35) in Eingriff bringbar und so angebracht ist, daß sie sich während der Relativbewegung an der Oberfläche abwälzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch l6,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Krafteinrichtung zum Zusammenwirken mit der Kraft aufbringenden Einrichtung (4) so angeordnet ist, daß sie die zusätzliche Kraft auf die Teile (34, 35) aufbringt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 171

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dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinrichtung gegen die Wirkung einer Federanordnung arbeitet, die die Rolle (k$) von der Oberfläche wegdrängt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I^ bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile 35) in ihrer Abstützstellung von einer Klemmeinrichtung zusammengeklemmt sind.

2 0. Vorrichtung nach Anspruch 191

dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung eine bewegliche Klammer (32) aufweist, die so betätigbar ist, daß sie eine Kraft auf einen Teil aufbringt, deren Reaktion gegen eine im Verhältnis ortsfeste Oberfläche wirkta '

Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 2 0, dadurch gekennzeichne t_p daß die Kraft aufbringende Einrichtung (4) so angebracht ist, daß sie in Richtung entgegengesetzt zur Klemmkraft wirkt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 2 0 oder 21,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung eine drehbare, hohle Trommel (12) ist, und daß die Teile (Jk, 35) von der Klammer (32) gegen die Innenfläche der Trommel gedrängt werden, an der eines der Teile anliegt, wobei die Kraft aufbringende Einrichtung (4) durch eine Umfangsnut der Trommel in Berührung mit den an der Oberfläche anliegenden Teilen vorsteht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet^ daß die Klammer (32) mittels Gelenklaschen (22) mit einer Betätigungswelle (18) verbunden ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß beim Drehen der Betätigungswelle in einer Richtung die

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Klammer (32) mittels der Gelenklaschen (22) nach außen gegen die Trommeloberfläche gedrängt wird.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 0 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung eine oder mehrere weitere Klammern (37) aufweist, die so betätigbar sind, daß sie das andere Teil gegen eine Oberfläche festklemmen, die sich in einer Ebene rechtwinklig zur ersten Oberfläche erstreckt.

25«. Vorrichtung nach Anspruch
dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere Klammer (37) mit der Betätigungswelle (18) verbunden und durch das Drehen der Betätigungswelle so betätigbar ist, daß die Klammer (32) und jede weitere Klammer (37) gleichzeitig aus der jeweiligen Klemmstellung bewegt wird.

26. Vorrichtung zum Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt in Form eines Plattenbandes und eines Steges einer Fahrzeugbremsbacke, gekennzeichnet durch eine hohle Trommel (12), die so angeordnet ist, daß sie ein Paar Plattenbänder (35) von Bremsbacken an entgegengesetzten Bereichen ihrer Innenfläche (36) abgestützt hält, eine Klemmeinrichtung mit Klammern, die so betätigbar ist, daß sie auf Stege (34) eine Klemmkraft ausübt, die unter rechtem Winkel an den entsprechenden Plattenbändern anliegen, wobei die Teile gegen die Fläche geklemmt werden und die Klemmeinrichtung weitere Klammern aufweist, die so betätigbar sind, daß sie die Stege gegen eine Stützfläche rechtwinklig zur Trommelfläche klemmen,, eine Schweißvorrichtung, die so angeordnet und betätigbar ist, daß sie einen Strahl Schweißenergie auf einen Ort der Anlage zwischen den Teilen richtet und Schweißen bewirkt, und eine fluiddruckbetätigte, Kraft aufbringende Einrichtung (.4) mit einer Rolle (49) , die durch einen

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Schlitz in der Trommelfläche ragt und mit der mit der Trommel in Eingriff stehenden Oberfläche des Plattenbandes an einer Stelle in Eingriff steht, die der Anlagestelle des Steges am Plattenband gegenüberliegt, wobei die Kraft aufbringende Einrichtung eine zusätzliche Kraft auf die Teile mindestens in der Nähe der Stelle des Auftreffens des Strahls aufbringt und die in den Teilen während des Schweißens hervorgerufenen Spannungen ausgleicht.

2?ο Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißvorrichtung eine Laser-, Elektronenstrahl-, Plasmabogen- oder Flasmastrahlvorrichtung ist.

28. Gegenstand, der durch Zusammenschweißen von Metallteilen ausgeprägter geometrischer Zwangsgestalt unter Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 geschaffen ist.

29c Gegenstand nach Anspruch 28 in Form einer Bremsbacke, deren Plattenband und Steg durch Stumpfschweißen verbunden sind.