DE3433519C1 - Reibschweißmaschine - Google Patents

Description

• Andererseits ist es auch zweckmäßig, die Spannbacke ken über eine hydrostatische Lagerung am Spannstock zu führen, wobei auch ein Zwischenglied zwischen der einzelnen Spannbacke und dem Spannstock Verwendung finden kann, um die Anschlüsse fachgerecht anzubringen.
• Es empfiehlt sich, Mittel zum Höhenverstellen der einzelnen Spannbacken gegenüber dem Spannstock oder dem Zwischenglied gemäß Anspruch 6 vorzusehen.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht die Erfindung gemäß den Ansprüchen 7 und 8 Mittel vor, die im Falle des axialen Ausweichens der Spannbacken dafür sorgen, daß die Spannbacken nach Beendigung des Reibschweißens wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren.
• Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Reibschweißmaschine, F i g. 2 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie ll-ll gemäß Fig. 1, Fig.3 eine schematische Seitenansicht durch eine doppelwirkende Reibschweißmaschine, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Spannbacken entsprechend F i g. 2 in vergrößerter Darstellung, F i g. 5 einen Horizontalschnitt durch die eine Spannbacke entlang der Linie V-V in Fig. 4, F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Spannbackenanordnung mit hydrostatischer Lagerung und Fig.7 einen Querschnitt durch eine Variante der Spannbackenanordnung gem. F i g. 6 mit Rundführungen.
• Die F i g. 1 bis 3 zeigen zunächst den Grundaufbau einseitig oder doppelseitig wirkender Reibschweißmaschinen, um daran die Wirkung der beim Reibschweißen entstehenden Kräfte mit ihren negativen Folgen zu erkennen.
• Bei Ausführungsbeispiel der F i g. 1 wird davon ausgegangen, daß das eine Werkstückteil 1 in einem Spannfutter 3 eingespannt und mit diesem entlang des Rotationspfeiles 6 um die Rotationsachse 5 verdrehbar ist.
• Diese Anordnung befindet sich an einem Spindelstock 4, der Mittel zum Antrieb des Spannfutters 3 sowie zum Vorschub entlang des Stauchdruckpfeiles 7 besitzt.
• Das andere Werkstückteil 2 ist in einem Spannstock 8 eingespannt, ragt über diesen hinaus und stützt sich an einem Festanschlag 10 in axialer Richtung ortsfest ab.
• Im Spannstock 8 sind Spannbacken 9 quer zur Rotationsachse 5 (vgl. F i g. 2) mit Hilfe von Spannbackenhaltcrungen 11 in Richtung des Spannpfeiles 12 längs eines Ständerbettes 13 beweglich angetrieben.
• Die F i g. 3 zeigt im Prinzip den gleichen Aufbau, lediglich mit dem Unterschied, daß mit dem Werkstückteil 2 beidseitig Werkstückteile 1 verschweißt werden sollen, zu welchem Zweck die Maschine zwei Spannstöcke 8, zwei Spannfutter 3 und zwei Spindelstöcke 4 aufweist, die in Pfeilrichtung 7 gegeneinander bewegt werden.
• Besonders dann, wenn das ortsfest eingespannte Werkstückteil 2 eine besondere Länge aufweist, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, kann sich dieses Werkstückteil 2 zwischen dem Spannstock 8 und dem Festanschlag 10 unter der Wirkung der in Pfeilrichtung 7 gerichteten Kraft, d. h. unter Druckbeanspruchung verkürzen, was dazu führen muß, daß der Spannstock 8 in Richtung zum Festanschlag 10 federnd ausweicht, wie dies strichpunktiert in F i g. 1 vergrobert dargestellt ist.
• Mit 34 ist in vergröberter Darstellung die gebogene Achse des Werkstückteiles 2 gezeigt, die durch das aus weichen des Spannstocks entsteht. Damit kommt aber die Achse des Werkstückteiles 2 mit der Achse des Werkstückteiles 1 aus der Fluchtung, was zu einem Fluchtungsfehler 35 führt, Diese Erscheinungsform wird völlig dadurch vermieden, wenn man die Spannbacken 9, die im Spannstock 8 quer zur Rotationsachse 5 verstellbar angeordnet sind, nun auch längs dieser Rotationsachse 5 beweglich zum Spannstock 8 führt. Diese Relativbeweglichkeit ist durch den Ausweichpfeil 33 in F i g. 1 und 3 verdeutlicht.
• Sollte sich also bei Anwendung dieser erfindungsgemäßen Anordnung das Werkstückteil 2 unter der axialen Belastung so verkürzen, daß ein Biegemoment auf den Spannstock wirken, dieser ausweichen und sich die gebogene Achse 34 bilden möchte, dann wird dieses Biegemoment dadurch aufgehoben, daß die Spannbakken 9, in denen das Werkstückteil 2 festgespannt ist, relativ zum Spannstock 8 ausweichen und die Längenverkürzung ausgleichen. Mithin ist keine Kraft vorhanden, den Spannstock 8 elastisch zu verbiegen. Demgemäß entsteht auch kein Fluchtungsfehler 35 im Schweißbereich 36 zwischen den Werkstückteilen 1, 2.
• In den F i g. 4 bis 7 sind nun einige Varianten im Rahmen von Ausführungsbeispielen gezeigt, wie man die Relativbeweglichkeit der Spannbacken 9 zum Spannstock 8 konstruktiv gestalten kann.
• Beim Beispiel der F i g. 4 ist zwischen der Spannbacke 9 und einer Spannbackenhalterung 11, die Bestandteil des Spannstockes 8 ist, eine schwalbenschwanzförmige Führung 15 vorgesehen, an deren sämtlichen Seiten leichtgängige Rollenlager 14, insbesondere in Form von Nadellagern oder Nadellagerbändern, angeordnet sind.
• Diese schwalbenschwanzförmige Führung 1S hat zugleich den Vorteil, daß die Spannbacke 9 gegen Verdrehung um die Rotationsachse 5 gesichert, aber längs dieser Rotationsachse 5 beweglich ist.
• Es versteht sich von selbst, daß anstelle der leichtgängigen Rollenlager 14 auch Gleitlager, hydrostatische Lagerungen usw. vorgesehen werden können.
• Das axiale Ausweichen der Spannbacken 9 sollte jedoch nach Beendigung der Schweißarbeit eine Rückführung dieser Spannbacken 9 in die Ausgangslage möglich machen. Zu diesem Zweck sieht die F i g. 5 in Verbindung mit F i g. 4 vor, daß an der einzelnen Spannbacke 9 ein radial sich erstreckender Stift 19 vorgesehen ist, der mit einem kolbenartigen Bolzen 18 in Verbindung steht, welcher in einer zur Rotationsachse 5 parallelen Boh; rung 21 verschiebbar geführt ist. An die eine Seite des kolbenartigen Bolzens 18 grenzt ein Anschlag 16. Die andere Seite des kolbenartigen Bolzens 18 steht unter der Belastung einer Rückstellfeder 17, wobei ein Schraubkörper 20 den Abstand zwischen dem Anschlag 16 und der Abstützung der Rückstellfeder 17 einstellbar macht. Der Stift 19 ist in einem Langloch 22 der die Bohrung bildenden Wandung geführt, so daß die Relativbewegung der Spannbacke 9 gegenüber der Spannbackenhalterung 11 nicht zu einer Blockierung führt.
• Die F i g. 6 geht davon aus, die einzelne Spannbacke 9 in einer hydrostatischen Lagerung 23 zu führen, zu welchem Zweck ein Zwischenglied 28 verwendet wird, welches mit dem Spannstock 8 fest verbunden ist. Der Anschluß 24 führt über die Druckleitungen 25 zu vorzugsweise mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Taschen 26, wo das Druckmedium das zur reibungsarmen Führung der Spannbacken 9 erforderliche Polster bildet.
• Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 6 sind Drehsperren 27 zwischen der Spannbacke 9 und dem Zwischenglied 28 vorgesehen, welche die axiale Beweglichkeit der Spannbacke 9 zulassen, ihre Drehbewegung aber vermeiden.
• Beim Beispiel der F i g. 7 ist eine andere Form der axialen Beweglichkeit der einzelnen Spannbacke 9 offenbart. Die Spannbacke 9 ist mit dem Zwischenglied 28 über die Verschraubung 32 starr verbunden. Um Toleranzunterschiede auszugleichen, sind Höheneinstellglieder 31 vorgesehen, durch welche die Spannbacken 9 zur Rotationsachse 5 eingestellt werden können. Führungskolben 29, die sich in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene zylinderförmig erstrecken, weisen nicht dargestellte Lagerungselemente zu den zugeordneten Führungen 30 des Zwischengliedes 28 auf, beispielsweise in Form von Gleitführungen, hydrostatischen Lagerungen und dergleichen. Die Führungskolben 29 sind indes mit der Spannbackenhalterung 11 fest verbunden.
• Es zeigt sich also, daß zahlreiche Möglichkeiten gegeben sind, die Spannbacken 9 in zur Rotationsachse 5 parallele Richtung am Spannstock 8 ausweichfähig zu führen. Die Erfindung beschränkt sich daher nicht auf die in der Zeichnung gezeigten Beispiele, sondern erstreckt sich auf alle Varianten, die sich in Kenntnis der erfindungsgemäßen Lehre für den Fachmann ohne weiteres ergeben.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Reibschweißmaschine, bei der das ortsfest gehaltene Werkstückteil über quer zur Rotationsachse verstellbare Spannbacken in einem Spannstock festgespannt und von einem Festanschlag axial unbeweglichbegrenzt ist, dadurch gekennzeichn e t, daß die Spannbacken (9) im Spannstock (8) parallel zur Rotationsachse (5) beweglich geführt sind.
2. 2. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (9) im Spannstock (8) gegen Verdrehung um die Rotationsachse (5) gesichert (27) sind.
3. 3. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß leichtgängige Gleit-oder Rollenlager (14), beispielsweise Nadellager, zur Führung der Spannbacken (9) vorgesehen sind.
4. 4. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Spannbacke (9) längs einer schwalbenschwanzförmigen Führung (15) geführt ist und die leichtgängigen Lager (14) an allen drei Seiten dieser Führung (15) angeordnet sind.
5. 5. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Spannbacke (9) über eine hydrostatische Lagerung (23) am Spannstock (8) oder an einem mit dem Spannstock (8) verbundenen Zwischenglied (28) geführt ist.
6. 6. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Spannbacke (9) höheneinstellbar (31) am Spannstock (8) oder einem Zwischenglied (28) angeordnet ist.
7. 7. Reibschweißmaschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallele Ausgangslage der einzelnen Spannbacke (9) von einem Anschlag (16), unter Wirkung einer Rückstellfeder (17), bestimmt ist.
8. 8. Reibschweißmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Spannbacke (9) verbundener kolbenartiger Bolzen (18) in einer achsparallelen Bohrung (21) geführt und dort zwischen einstellbaren Schraubkörpern (20) unter Einbeziehung einer Rückstellfeder (17) angeordnet ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibschweißmaschine üblicher Bauart, bei der das ortsfest gehaltene Werkstückteil über quer zur Rotationsachse verstellbare Spannbacken in einem Spannstock festgespannt und von einem Festanschlag axial unbeweglich begrenzt ist.

   Das Reibschweißen ist ein Prozeßschweißverfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken, von denen mindestens eines rotationssymmetrisch ist. Zwischen den Kontaktflächen der Werkzeugteile entsteht durch Rotation des einen Werkstückes eine Relativbewegung.

   Gleichzeitig wirkender Druck führt nach und nach zu Temperaturanstieg, bis zufolge Wärmeleitung in sehr kurzer Zeit ein Temperaturausgleich über die gesamte Kontaktfläche erfolgt, wobei Schmelztemperatur erreicht werden kann. Nach Aufheben der Relativbewegung zwischen den Werkstücken wird der Druck erhöht und der plastifizierte Werkstoff zu einem Schweißwulst gepreßt. Dabei werden die Werkstücke axial verkürzt.

   Es wurde nun beobachtet, daß in bestimmten Fällen, bei denen meistens das eine Werkstückteil eine wesentlich größere Länge als das andere Werkstückteil aufweist, deren Achsen nach Beendigung des Reibschweißvorganges nicht mehr ganz genau zueinander fluchten.

   Auch dann, wenn an ein mittleres Werkzeugteil beidseitig andere Werkzeugteile angeschweißt werden, konnte man einen Fluchtungsfehler an den Bauteilachsen, wenn auch mit geringem Winkel, messen.

   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Ursache für diesen Fluchtungsfehler herauszufinden und Maßnahmen zu entwickeln, welche zum Ziel haben, das genaue Fluchten der Achsen der miteinander zu verschweißenden Werkzeugteile zu erreichen. Im Sinne der erfindungsgemäßen Betrachtungsweise wurde zunächst erkannt, daß das ortsfest eingespannte und axial abgestützte Werkstückteil unter dem axialen Schweißdruck je nach Länge des Werkstücks und der Größe des druckbelasteten Werkstückquerschnittes, zwischen Spannstock und Festanschlag, eine elastische Verkürzung erfährt (Hookesches Gesetz). Durch diese Verkürzung wirkt auf den Spannstock abhängig von der Haltekraft der Spannbacken ein Biegemoment, was zur Folge hat, daß der Spannstock unter der Wirkung des Schweißdruckes federnd in Richtung zum Festanschlag ausweicht. Damit gerät aber auch die Achse des im Spannstock eingespannten Werkstückteiles aus ihrer Fluchtung zur Achse des rotierend eingespannten Werkstückteiles. Der auf diese Weise entstandene Fluchtungsfehler wird durch das rapide Abkühlen der Werkstückteile stabilisiert und praktisch unkorrigierbar gemacht.

   Zur Beseitigung dieser Ursache wird gemäß dem Haupanspruch der Erfindung vorgesehen, daß die Spannbacken im Spannstock parallel zur Rotationsachse beweglich geführt sind.

   Die auf diese Weise mögliche Relativbewegung der Spannbacken mit dem darin fest eingespannten Werkstückteil gegenüber dem Spannstock in axialer Richtung führt dazu, daß in dem gleichen Maße, wie sich das Werkstückteil bei axialer Richtung verkürzt, die Spannbacken ausweichen und damit nicht mehr zur elastischen Biegeverformung des Spannstockes führen können. In der Tat haben Versuche auch ergeben, daß selbst bei extrem langen und ortsfest gehaltenen Werkstückteilen, bei denen die elastische Verkürzung besonders groß ist, das Fluchten der miteinander zu verbindenden Werkstückteile mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Spannbacken 9 im Spannstock 8 gesichert werden konnte.

   In den Unteransprüchen sind zahlreiche Ausgestaltungen der Erfindung unter Schutz gestellt. Zufolge der axialen Relativbeweglichkeit der Spannbacken gegenüber dem Spannstock ist es wichtig, die Spannbacken gegen Verdrehung um die Rotationsachse zu sichern.

   Die Relativbeweglichkeit der Spannbacken gegenüber dem Spannstock darf natürlich nicht mit hohen Reibungsverlusten verbunden sein. Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, leichtgängige Gleit- oder Rollenlager beispielsweise Nadellager, zur Führung der Spannbacken vorzusehen, wofür die Merkmale des Anspruches 4 eine zweckmäßige Ausgestaltung offenbaren.