Verfahren zum Reibschweißen von Teilen Process for friction welding parts
Die Erfindung betrifft ein Verfähren zum Reibschweißen von Teilen
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 19 05 664
als bekannt hervorgeht.The invention relates to a method for friction welding parts
according to the preamble of claim 1, as it is for example from DE-OS 19 05 664
as known.
Reibschweißungen werden für Stahlteile seit längerer Zeit angewandt.
Die Teile werden durch die Reibung bis zur helin Rotglut erwärmt und unter Stillstand
in teigigem Zustand unter erhöhtem Axialdruck zusammengepreßt, wobei die beiden
Teile miteinander innig verschweißen.Friction welding has been used for steel parts for a long time.
The parts are heated by the friction until they are red-hot and at a standstill
pressed together in a doughy state under increased axial pressure, the two
Weld parts together intimately.
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, dieses Verfahren für Aluminium
anzuwenden. Dieser Werkstoff unterscheidet sich jedoch in zwei Punkten wesentlich
gegenüber STahl, wodurch die Anwendbarkeit des eibschweißvcrfalrens für Aluminium
stark in trage gestellt wird. Dies ist zuin einen der niedrigere Schmelzpunkt voii
Aluminium; dadurch ist auch der Temperaturabstand zwischen dem Schmelzpunkt und
dem für das Schweißen nötigen teigigen Zustand des Aluminiums kleiner als der entsprechende
Temperaturabstand bei Stahl.There has also been no lack of attempts to use this method for aluminum
apply. However, this material differs significantly in two respects
compared to steel, which makes it possible to use the welding method for aluminum
is heavily involved. This is one of the lower melting points of voii
Aluminum; thereby also the temperature difference between the melting point and
the doughy state of the aluminum required for welding is smaller than the corresponding one
Temperature difference with steel.
Außerdem hat Aluminium eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit gegenüber
Stabil. Ei.nerseits Inuß das Werkstück bis iri den
teigigen Zustand
hinein erwärmt werden, andererseits muß ein ausreichender Sicherheitsabstand von
flüssigem Zustand des Werkstoffes eingehalten werden, weil sonst eine Maßhaltigkeit
der zu verschweißenden Teile nicht eingehalten werden kann; der flüssig gewordene
Werkstoff fli4-t unter Fliehkrafteinfluß und/oder unter dem Einfluß der axialen
Pressung aus dem Schweißspalt heraus. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium
und der nur geringfügigen Temperaturüberhöhung gegenüber der Temperatur, in dem
der Werkstoff für das Schweißen ausreichend teigig ist, steht nur sehr wenig Zeit
zwischen dem Ende der Erwärmungsphase und dem eigentlichen Verschweißen der Teile
zur Verfügung. Diese Zeit ist so kurz, daß das rotierende Teil trotz Anwendung leistungsfähiger
Bremsen nicht mehr bis zum vollständigen Stillstand heruntergebremst werden kann.
Deswegen hat man die eigentliche Schweißung und die Anwendung des hohen Anpreßdruckes
bereits während des Auslaufens des rotierenden Teiles angewandt, was jedoch dazu
geführt hat, daß die entstehende Schweißnaht in Umfangsrichtung sehr stark verdreht
und das Schweißnahtgefüge in Umfangsrichtung verschmiert war. Dieses beeinträchtigt
in hohem Maße die Festigkeit der Schweißnaht.In addition, aluminum has a significantly higher thermal conductivity than
Stable. On the inside of the workpiece to iri the
doughy condition
be heated into it, on the other hand, there must be a sufficient safety margin of
The liquid state of the material must be adhered to, otherwise dimensional accuracy
the parts to be welded cannot be adhered to; the one that has become liquid
Material fli4-t under the influence of centrifugal force and / or under the influence of the axial
Pressing out of the welding gap. Because of the high thermal conductivity of aluminum
and the only slight increase in temperature compared to the temperature in which
If the material is doughy enough for welding, there is very little time
between the end of the heating phase and the actual welding of the parts
to disposal. This time is so short that the rotating part is more efficient in spite of its use
Braking can no longer be decelerated to a complete standstill.
That is why one has the actual welding and the application of the high contact pressure
already applied while the rotating part is running out, but what is more
has resulted in the resulting weld seam twisting very strongly in the circumferential direction
and the weld seam was smeared in the circumferential direction. This affects
to a large extent the strength of the weld seam.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensausgestaltung anzugeben,
mit der kürzere Abbremszeiten erreicht werden kdnneii, so daß das tteibschlveißverfahren
auch für niedrig schnielzende und gut wärmeleitende Werkstoffe wie Aiuminiuni axiwendbar
ist.The object of the invention is to provide an embodiment of the method,
with the shorter braking times can be achieved, so that the tteibschlveißverfahren
Can also be used for low-cut and highly thermally conductive materials such as Aiuminiuni
is.
Diese Auftabe wird erfindungsgemäß durch zweierloi Weise gelu"st,
ul zwar kann entweder nach den kennzeichnenden
das während der Erwärmungsphase
drehangetriebene Teil mit gespannt bzw. auf Drehzahl gebracht werden. Durch eine
Entladung eines aufgeladenen Kraftspeichers können in sehr kurzer Zeit hohe Energi-beträge
freigesetzt und sehr starke Beschleunigungen erzielt werden. Selbstverständlich
ist daneben auch denkbar, das zunächst stillstehende Teil durch den normalen Reibschluß
zwischen den beiden zu verschweißenden Teilen zu beschleunigen. Diese Verfahrensausgestaltung
ermöglicht eine besonders einfache Vorrichtung.This task is achieved according to the invention in two ways,
ul can either according to the characteristic
that during the warming phase
rotary driven part can be clamped or brought up to speed. By a
Discharging a charged energy store can generate high amounts of energy in a very short time
released and very strong accelerations are achieved. Of course
it is also conceivable that the part, which is initially stationary, is caused by the normal frictional engagement
to accelerate between the two parts to be welded. This procedural design
enables a particularly simple device.
Wenn schon beide Teile drehbar gelagert sind, ist es entsprechend
dem zweiten Vorschlag der Erfindung möglich, beide Teile während der Erwärmungsphase,
jedoch in einander entgegengesetzter Drehrichtung anzutreiben. Die Drehzahlen sind
dann nur halb so groß im Vergleich zu einem vergleichbaren Schweißverfahren mit
einerseits stillstehenden und andererseits alleinig angetriebenen Teil. Wenn die
Massenträgheitsmomente der beiden zu verschweißenden Teile einschließlich der sie
aufnehmenden mitumlaufenden Teile der Schweißvorrichtung etwa gleich groß sind,sind
die beiden Drehzahlen gleich grcß.13ei sehr stark unterschiedlichem Massenträgheitsmoment
der zu verschweißenden Teile werden zweckmäßigerweise die Drehzahlen ebenfalls unterschiedlich
gewählt, derart, daß unter Berücksichtigung der jeweiligen Massenträgheitsmomente
die kinetischen Energien der beiden Teile etwa gleich groß sind.Dadurch sind die
Abbremsenergien für beide Teile etwa gleich groß,so daß optimal kurze Bremszeiten
erzielbar sind. Auch bei gegenläufigeiii Antrieb der beiden zu verschweißenden Teile
kann eine einzige Antriebsquelle für beide Teile vorgesehen werden, wenn närtilich
beide Teile mit einem drehzahluiiikehrenden Getriebe miteinander
verbunden
sind. Allerdings müssen beide Teile in der Abbremsphase gesondert, das heißt durch
jeweils eine Extrabremse abgebremst werden, um den Vorteil der reduzierten kinetischen
Energien voll ausnutzen zu können. Um die Massenträgheitsmomente der Antriebsquelle
und der zwischen ihr und den zu verschweißenden Teile zwischengeschalteten Getriebe
während der Abbremsphase nicht mit abbremsen zu müssen, ist es zweckmäßig, diese
umlaufenden Teile am Ende der Erwärmungsphase an einer im Kraftfluß möglichst nah
an den zu verschweißenden Teilen liegenden Stelle von diesen abzukoppeln. Dies gilt
selbstverständlich sinngemäß auch für den ersten Vorschlag der Erfindung mit nur
einem während der Erwärmungsphase umlaufenden TeilIf both parts are rotatably mounted, it is appropriate
the second proposal of the invention possible, both parts during the heating phase,
however to drive in opposite directions of rotation. The speeds are
then only half the size compared to a comparable welding process with
on the one hand stationary and on the other hand solely driven part. If the
Mass moments of inertia of the two parts to be welded, including them
the receiving co-rotating parts of the welding device are approximately the same size
the two speeds are the same when the mass moment of inertia is very different
The speeds of the parts to be welded are expediently also different
chosen so that taking into account the respective moments of inertia
the kinetic energies of the two parts are about the same
Braking energies for both parts are about the same, so that optimally short braking times
are achievable. Even if the two parts to be welded are driven in opposite directions
A single drive source can be provided for both parts, if necessary
both parts with each other with a speed-reversing gear
tied together
are. However, both parts have to be carried out separately in the deceleration phase, i.e. through
each time an extra brake is braked to take advantage of the reduced kinetic
To be able to take full advantage of energies. About the moments of inertia of the drive source
and the gear interposed between it and the parts to be welded
It is advisable not to have to slow down during the deceleration phase
rotating parts at the end of the heating phase as close as possible to one in the power flow
to be decoupled from the parts to be welded. this applies
of course, mutatis mutandis for the first proposal of the invention with only
a part rotating during the heating phase