DE4341954A1 - Verfahren und Vorrichtung zum formschlüssig-verdrehsicheren Aufnehmen von Teilen beim Reibschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Reibschweißen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und von einer Aufnahmevor­ richtung in einer Reibschweißmaschine zur formschlüssigen und verdrehsicheren Aufnahme eines Teiles für das Reibschweißen nach dem Oberbegriff von Anspruch 3, wie es aus der bei der Anmelde­ rin geübten industriellen Serienfertigung beispielsweise von Ge­ triebeteilen geübt bzw. in Gebrauch ist. Durch die Auslieferung der Teile wird dem einschlägigen Fachmann bei einer genaueren Untersuchung dieser Teile auch die Art der Werkstückaufnahme der reibgeschweißten Teile beim Reibschweißen offenbar, so daß diese spezielle Art der Fertigung hier als bekannt unterstellt werden kann.

Die DE 38 02 300 C1 behandelt das Reibschweißen eines dünnwandi­ gen, rohrförmigen Teiles mit einem massiven Teil, geht aber nicht auf die Art der Teilehalterung während des Reibschweißens ein. Die Problematik dort liegt auf einer ganz anderen Ebene, nämlich der hohen Härte des rohrförmigen Teiles und einer Rei­ bungserwärmung und ausreichenden Erweichung auch dieses Teiles.

Das Reibschweißen bietet gegenüber anderen Schweißverfahren große Vorteile, weil es sehr rationell ist, keine Ansprüche an die Vorbehandlung der zu fügenden Flächen stellt, die Möglich­ keit bietet, auch große Querschnitte vollflächig durchzuschwei­ ßen und praktisch verzugsfrei arbeitet, so daß endbearbeitete Teile auch ohne die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung damit gefügt werden können. Deswegen ist das Reibschweißen für viele Anwendungsfälle mit rotationssymmetrischer Schweißstelle nicht nur in der Serienfertigung, sondern auch in der Fertigung mit geringen Losgrößen interessant. Zu Beachten ist allerdings, daß beim Reibschweißen vor allem gegen Ende des Schweißvorganges ganz beträchtliche Drehmomente in der Halterung der zu ver­ schweißenden Werkstücke auftreten. Deswegen müssen die Teile mit hoher Verdrehsicherheit in den entsprechenden Aufnahmevorrich­ tung aufgenommen werden. Teile mit funktionsbedingt ohnehin vor­ handenen regelmäßigen Formschlußflächen bieten in dieser Hin­ sicht gewisse Vorteile, weil derartige Teile unter Ausnutzung dieser Formschlußflächen formschlüssig, d. h. mit sehr hoher Ver­ drehsicherheit in dem entsprechend adaptierten Aufnahmevorrich­ tungen aufgenommen werden können. Beispiele in dieser Hinsicht können folgende Teile sein: Die Verzahnung von Zahnrädern, der Schaufelkranz von Turbinen- oder Pumpenrädern, der Lochkranz von Befestigungsflanschen, eine Keilwellenprofilierung und viele an­ dere mehr. Außenseitig rotationssymmetrische und glattflächige Teile müssen für eine kraftschlüssige Klemmung im Spannzeug eine hohe Stabilität, d. h. große Wandstärken und auch große Angriffs­ flächen für entsprechend große und stabile Spannbacken aufwei­ sen, um die Teile mit ausreichend hoher Verdrehsicherheit kraft­ schlüssig festhalten zu können, weil dazu wegen des geringen Reibungskoeffizienten zwischen Metallteilen extrem hohen radiale Spannkräfte auf das Werkstück ausgeübt werden müssen. Diese Be­ dingungen sind häufig zumindest an einem der im Reibschweißver­ fahren zu verschweißenden Teile nicht gegeben, sei es, weil das Teil zu dünnwandig, sei es, weil es an der für die Einspannung zur Verfügung stehenden Umfangsfläche im Durchmesser zu klein oder axial zu kurz bemessen ist, was meist bei im wesentlichen scheibenförmigen Teilen der Fall ist. Um in solchen Fällen das fertigungsgünstige Schweißverfahren trotzdem anwenden zu können, hat man an solche Werkstücke an den für die Werkstückaufnahme im Spannzeug vorgesehenen Umfangsfläche - gewissermaßen "künstlich" - geeignete Formschlußflächen angearbeitet, die außer der Drehmomentübertragung während des Reibschweißens später keine weitere Funktion haben. Beispiele für derartige Teile sind neben den bereits angesprochenen, im wesentlichen scheibenförmigen Tei­ len auch bolzenförmige Teile mit geringem Durchmesser, z. B. Schrauben, oder dünnwandige zylindrische, rohrförmige oder ge­ formte, z. B. schüsselförmige Teile. Diese Teile bieten keine An­ griffsflächen zum kraftvollen Ansetzen von Spannbacken.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundegelegte Verfahren bzw. die gattungsgemäß zugrundegelegte Aufnahmevor­ richtung wesentlich zu vereinfachen, und zwar dahin, daß eine nur für die Drehmomentübertragung während des Reibschweißens be­ nötigte Fomschlußverbindung wesentlich einfacher darstellbar ist als bisher.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Ver­ fahrens erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Aufnahme­ vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 3 gelöst. Aufgrund des selbsttätigen Erzeugens der teileseitigen Formschlußflächen durch einen Präge-ähnlichen Vorgang während des Reibschweißens fällt nicht nur der Zeit- und Maschinenauf­ wand für ein gesondertes Herstellen derartiger Formschlußflä­ chenweg, sondern die Teile können aufgrund der sehr kleinen aber vielen Formschlußflächen in diesem Bereich des Werkstückes auch kleiner und leichter gehalten werden im Vergleich zu größeren und gesondert gefertigten Formschlußflächen. Die Teile werden daher rascher und kostengünstiger herstellbar und bieten darüber hinaus aus Gewichtsgründen gewisse Funktionsvorteile.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Aufnah­ mevorrichtung liegen in Folgendem:

• - Kleiner Bauraum der Aufnahmevorrichtung, daher auch Reib­ schweißen in beengten Platzverhältnissen möglich, beispiels­ weise am Boden eines topfförmigen Teiles,
• - einfache Gestaltung der Werkstück-Aufnahmevorrichtung ohne be­ wegliche Teile,
• - trotzdem sicheres und lagegenaues Spannen des aufzunehmenden ersten Teiles,
• - auch axial sehr kurze und dünnwandige Teile können sicher ge­ spannt und demgemäß reibgeschweißt werden, was bisher nicht mit geringem Bauraum möglich war.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen topfförmigen Bremslamel­ lenträger in Einzeldarstellung für ein automatisches Fahrzeuggetriebe mit angeschweißtem Zylinder für einen Bremsbetätigungskolben,

Fig. 2 die Aufnahmevorrichtung für den anzuschweißenden, den Zy­ linder bildenden, dünnwandigen Ring sowie den darin axial einzusetzenden Ring,

Fig. 3 das räumliche Zusammenwirken der beiden Teile-Aufnahmen beim Reibschweißen,

Fig. 4 eine vergrößerte Einzeldarstellung der Einzelheit IV aus Fig. 3,

Fig. 5 eine axiale Ansicht der Einzelheit IV nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Abwandlung der Zahnung gemäß der Einzelheit IV,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Werkstückaufnahme beim Reibschwei­ ßen einer scheibenförmigen Nabe an einen aus Blech beste­ henden Radkörper,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Werkstückaufnahme für das Reibschweißen am Beispiel eines anzuschweißenden Stehbolzens und

Fig. 9 eine massearme Modifikation der Aufnahmevorrichtung nach Fig. 8 für einen zu verschweißenden Stehbolzen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Werkstück handelt es sich um einen Bremslamellenträger für automatische Getriebe. Dieses Werkstück ist durch Zusammensetzen von zwei verschiedenen Tei­ len, nämlich einem ringförmigen ersten Teil 1 und einem topfför­ migen zweiten Teil 2 gebildet. Das topfförmige Außenteil 2 weist einen Außenmantel 12, einen Boden 15 und ein zentrisch nach in­ nen aufragendes Innenrohr 13 auf. Der Außenmantel ist in Falten gelegt, um formgenaue Axialnuten 15 zur Aufnahme von Bremslamel­ lenscheiben zu bilden. Am Boden 14 des Bremslamellenträgers muß noch ein Zylinder 16 dichtend und dauerhaft befestigt werden, der später einen tellerförmigen Betätigungskolben für die Brems­ lamellen führt und dichtend aufnimmt. Dieser Zylinder 16 ist durch das bereits erwähnte ringförmige erste Teil 1 gebildet, welches mittels einer Reibschweißung an der Schweißstelle 17 mit dem Boden 14 des zweiten Teiles 2 verbunden werden soll. Nachdem die Schweißstelle 17 sowohl außenseitig durch den Außenmantel 12 als auch innenseitig durch das Innenrohr 13 räumlich eingeengt ist, ist es sehr schwierig, das axial relativ kurze und im übri­ gen auch relativ labile, erste Teil 1 einerseits sicher zu span­ nen und andererseits bis an den Boden innerhalb des zweiten Tei­ les 2 heranzuführen, um es dort mittels einer Reibschweißung zu fügen. Eine kraftschlüssige Spannung des Teiles 1 scheidet aus räumlichen Gründen aus, weil derartige kraftschlüssig arbeitende Aufnahmevorrichtungen sehr voluminös sind und aufgrund dessen gar nicht bis an die Schweißstelle 17 herangeführt werden könn­ ten. Eine formschlüssige Aufnahme des ersten Teiles 1 in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung unter Einsatz bisher bekann­ ter Möglichkeiten ist recht teuer. Es müßte an der Rückseite des ringförmigen Teiles 1 ein zinnenförmiger Kranz von Mitnehmern mit hoher Formgenauigkeit angearbeitet sein, der nur für die Zwecke der Reibschweißung erforderlich wäre und der später in einem gesonderten Arbeitsgang abgedreht werden müßte. Und zwar ist eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit deswegen erforderlich, da­ mit nach nur sehr geringen Deformationen an den einzelnen Form­ schlußflächen eine Drehmomentübertragung möglichst gleichmäßig an allen Formschlußflächen aufgebaut werden kann und das Teil sich nicht etwa aufgrund einer stark unterschiedlichen Belastung über den Umfang hinweg unkontrolliert deformiert. Das Anbringen derartiger Formschlußflächen wäre nicht nur ein sehr teurer Ar­ beitsvorgang, sondern es müßte auch entsprechend mehr Material für diese Formschlußflächen vorgesehen werden. Dadurch würde sich die Herstellung des Ringes und des gesamten Bremslamellen­ trägers verteuern.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung zwar nach wie vor eine formschlüssige Aufnahme des ersten Teiles 1 in der zugehörigen Aufnahmevorrichtung 4 der Reibschweißmaschine vor, jedoch werden die teileseitigen Formschlußflächen 6 erst während der Durchführung der Reibschweißung unter Ausnutzung der axialen Anpresskraft durch einen Prägevorgang seitens der in der Aufnah­ mevorrichtung angebrachten Gegen-Formschlußflächen 7 erzeugt, die zu diesem Zweck scharfkantig und schneidenartig ausgebildet sind. Die Schneidelinien 8 der Gegen-Formschlußflächen 7 sind unter einem spitzen Winkel α von weniger als 45°, vorzugsweise von etwa 30° zur Axialkraftrichtung geneigt angeordnet. Dadurch können sich die schneidenartigen Gegen-Formschlußflächen 7 kraf­ tübersetzend in eine umlaufende Werkstückkante 9 des ersten Tei­ les 1 eingraben und so die teileseitigen Formschlußflächen 6 bilden. Die umlaufende Kante 9, die in einem Bereich des ersten Teiles 1 angeordnet ist, der der Aufnahmevorrichtung 4 zugekehrt liegt, ist durch eine zylindrisch verlaufende Werkstückoberflä­ che 10 und durch eine achssenkrecht ausgerichtete Fläche 11 ge­ bildet. In diesem Bereich sind auch die Gegen-Formschlußflächen 7 der Aufnahmevorrichtung 4 vorgesehen. Diese sind - wie gesagt - schneidenartig mit einer Schneidelinie 8 ausgebildet und in dichter Folge kranzförmig angeordnet und entsprechen in ihrer Lage der umlaufenden Werkstückkante 9 des aufzunehmenden Teiles 1. Die Schneidelinien liegen auf dem Mantel eines Kegels, dessen gedachte Spitze in Richtung der Einsteckrichtung des Teiles 1 in die Aufnahmerichtung weist. Die Schneidelinien 8 liegen zumin­ dest angenähert jeweils in einer Radialebene 22. Die vorrich­ tungsseitigen Gegen-Formschlußflächen 7 können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß eine schmale Innenkegelfläche oder Innenphase an der Aufnahmevorrichtung in ungehärtetem Zu­ stand unter Verwendung einer schmalen Rändel-Rolle auf der Dreh­ bank mit einer Rändelung 21 versehen wird. Anschließend wird das solcherart bearbeitete Teil gehärtet. Selbstverständlich können die Gegen-Formschlußflächen 7 auch durch Fräsen oder Schleifen mit feinen Werkzeugen erzeugt werden. Die Einstecktiefe des Tei­ les 1 in die Aufnahmevorrichtung 4 und die Führung hinsichtlich einer guten Planlage ist bestimmt durch eine ringförmige, achs­ senkrecht ausgerichtete Anlagefläche 18, die sich axial unmit­ telbar an die Rändelung 21 anschließt. Radial innerhalb der Rän­ delung 21 ist eine zylindrische Führungsfläche 19 vorgesehen, die das ringförmige Teil 1 in radialer Hinsicht und im Hinblick auf die Einhaltung einer exakten Kreisform führt und stabili­ siert. Um im Stadium der Fertigung der Aufnahmevorrichtung 4 den Bereich der Rändelung 21 gut erreichen zu können, ist die Füh­ rungsfläche 19 an einem gesonderten Führungsring 20 angebracht, der lösbar mit der Aufnahmevorrichtung 4 verbunden ist.

Durch Aufschieben des ringförmigen Teiles 1 auf den Führungsring 19 und gleichmäßigen axialen Druck auf das Teil 1 wird dieses mit seiner rückwärtigen Stirnfläche in die Rändelung 21 hinein­ gedrückt, so daß eine sehr fein gezahnte formschlüssige Verbin­ dung zwischen Aufnahmevorrichtung 4 einerseits und Teil 1 ande­ rerseits zustande kommt. Dieser axiale Druck kann durch den Axialdruck während des Reibschweißens aufgebracht werden. Nach­ dem die Neigung der Schneidenlinien 8 relativ flach geneigt sind (Winkel α), ist die relative Kraftwirkung, mit der die Schneiden radial in das Werkstück einzudringen trachten, größer als die Axialkraft. Es muß lediglich sichergestellt werden, daß das auf­ zunehmende Teil nicht radial von der Rändelung ausweichen kann. Bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies durch die bereits erwähnte Führungsfläche 19 sicherge­ stellt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Aufnahmevor­ richtung und aufgrund der erfindungsgemäßen Herstellung des Formschlusses zwischen Aufnahmevorrichtung und Werkstück kann die Aufnahmevorrichtung 4 sehr klein gestaltet werden, so daß auch in den beengten Verhältnissen des Werkstückes nach Fig. 1 die Schweißstelle 17 ohne weiteres erreicht werden kann. Gleich­ wohl ist das Teil 1 - wie die Erfahrung gezeigt hat - mit sehr hoher Verdrehsicherheit in der Aufnahmevorrichtung 4 aufgenom­ men, so daß etwaige zunächst berechtigt erscheinende Befürchtun­ gen, daß das Teil 1 in der Aufnahmevorrichtung 4 schlupfen könn­ te, sich als unbegründet erwiesen haben.

Das topförmig gestaltete zweite Teil 2 wird in der zugehörigen Aufnahmevorrichtung 5 über dem gewellten Außenmantel 12 form­ schlüssig und somit verdrehsicher aufgenommen. Bei produktions­ nahen Schweißversuchen wurde das topförmige Teil 2 und die zuge­ hörige Aufnahmevorrichtung 5 ortsfest gehalten, wogegen das ringförmige, erste Teil 1 und die zugehörige Aufnahmevorrichtung 4 um die Rotationsachse 3 rotierten. Die Aufnahmevorrichtungen enthalten keine beweglichen Teile; vielmehr sind die Teile 1 und 2 in den zugehörigen Aufnahmevorrichtungen durch einen leichten Schiebesitz herausfallsicher in den Aufnahmevorrichtungen gehal­ tert. Der Reibschweißvorgang selber sei hier als bekannt unter­ stellt, so daß insoweit Ausführungen entbehrlich sind.

Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Rändelung ist bezüglich der beiderseits jeweils einer Schneidenlinie 8 liegenden Flanken symmetrisch gestaltet. Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante sind die einzelnen Zähne der Rändelung nach Art von Sägezähnen unsymmetrisch gestaltet, wobei die steiler aufgestellte Flanke der Zähne in der Drehrichtung 27 nach vorne weisen. Durch eine solche Rändelung ist sicher noch ein höheres Drehmoment über­ tragbar als mit einer Rändelung nach Fig. 5.

In Fig. 7 ist die Anwendung der erfindungsgemäßen, formschlüs­ sigen Werkstückaufnahme an einem anderen Anwendungsfall gezeigt. Dort ist das erste Teil 1′ im wesentlichen scheibenförmig ausge­ bildet; allerdings weist es auch eine Umlaufkante 9′ auf, die durch eine zylindrische Fläche 10′ und eine achssenkrechte Flä­ che 11′ gebildet ist. Das erste Teil 1′ stellt die Nabe eines umlaufenden Rades dar. Das zweite Teil 2′ ist aus Blech gebildet und stellt den Radteil des Rades dar, bei welchem am Innenrand des Rades ein Flansch in einer achssenkrechten Ebene radial nach innen abragt. Dieser Flansch 26 soll mit einem axial abragenden Bund an der Außenkante der im wesentlichen scheibenförmigen Nabe 1′ durch eine Reibschweißung verbunden werden. Die Aufnahmevor­ richtung 4′′ für das erste Teil 1′ ist ganz ähnlich aufgebaut wie die Aufnahmevorrichtung 4 nach Fig. 2 oder 3. Mit Rücksicht darauf, daß das scheibenförmige Teil 1′ in Radialrichtung sehr steif ist, kann auf eine entsprechende Führung verzichtet wer­ den. Auch die Aufnahmevorrichtung 4′′ trägt an einer konischen Innenfläche eine Rändelung, die Gegen-Formschlußflächen 7′′ bil­ den. In diese Gegen-Formschlußflächen wird die umlaufende Kante 9′ des Teiles 1′ axial eingedrückt. Durch nicht dargestellte Haftmagneten oder unterdruckbeaufschlagbare Flächen kann eine verliersichere Halterung des ersten Teiles 1′ in der Aufnahme­ vorrichtung 4′′ sichergestellt werden. Bei dieser Art der Halte­ rung ist es besser, wenn der axiale Druck, mit dem der Prägevor­ gang zur Herstellung der teileseitigen Formschlußflächen ausge­ übt wird, vor Beginn der Reibschweißung aufgebracht wird. Da­ durch kann sichergestellt werden, daß das scheibenförmige, erste Teil 1′ taumelfrei und verliersicher in der Aufnahmevorrichtung 4′′ gehaltert ist.

Das zweite Teil 2′, nämlich der Radkörper, ist in radialer Hin­ sicht an einer kleinen Schulter an der Aufnahmevorrichtung 5′ zentriert. In Umfangsrichtung wird eine formschlüssige Drehmit­ nahme durch Mitnehmer 24, die in hier beispielsweise ohnehin am Radkörper vorhandene, regelmäßig verteilt angeordnete Aussparun­ gen 26 eingreifen, sichergestellt. Eine axiale Fixierung des zweiten Teiles an der Aufnahmevorrichtung 5′ ist hier nicht mehr dargestellt; es bieten sich hier verschiedene an sich bekannte Möglichkeiten an (z. B. magnetisch oder durch Unterdruck oder durch mechanische Klemmung im Bereich der Schaufeln), auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Auch bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel, wel­ ches ebenfalls seriennah erprobt wurde, wurde beim Reibschweißen der Radkörper 23 und die zugehörige Aufnahmevorrichtung 5′ orts­ fest gehalten, wogegen die scheibenförmige Nabe, das Teil 1′ und die entsprechende Aufnahmevorrichtung 4′′, um die Rotationsachse 3 rotierten und axial angedrückt wurden. Auch hier war eine völ­ lig sichere Drehmomentverbindung zwischen Teil 1′ und Aufnahme­ vorrichtung 4′′ zu beobachten, die keinerlei Anlaß zu irgendwel­ chen Befürchtungen hinsichtlich Schlupf oder dgl. gab. Die im Bereich der umlaufenden Werkstückkante 9 bzw. 9′ hinterlassene Rändelung, die die teileseitigen Formschlußflächen 6 bilden, ist meist nicht störend, zumindest nicht in den beiden bisher be­ schriebenen Anwendungsfällen. Für den Fall, daß eine solche Rän­ delung doch stören sollte, müßte ein kleiner Materialüberstand vorgehalten werden, der anschließend überdreht werden könnte.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Werkstückhalterung mit einer Aufnahmevorrichtung 4′′′ für einen Ge­ winde-Stehbolzen als erstem Teil 1′′ sowie eine Aufnahmevorrich­ tung 5′′ für ein dickwandiges zweites Teil 2′′ gezeigt, mit denen der Gewinde-Stehbolzen durch Reibschweißen an dem Blechteil 2′′ befestigt werden soll. Derartige durch Schweißen an ein größeres Bauteil zu befestigende Stehbolzen tragen üblicherweise am An­ schweißende des Schaftes 28 einen Kopf 29, der im Durchmesser deutlich größer bemessen ist als der Schaftdurchmesser, um eine größere Basis im höchstbeanspruchten Befestigungsbereich zu be­ kommen. Bekannt und in der Anwendung verbreitet sind widerstand­ selektrische und Lichtbogen-Schweißungen zum Anschweißen derar­ tiger Stehbolzen. Das Reibschweißen hat sich für diesen Anwen­ dungsfall nicht auf breiter Basis durchsetzen können, weil die Drehmomentaufnahme zumindest von Gewinde-Stehbolzen problema­ tisch ist; der gewindetragende Schaft 28 darf nämlich nicht stramm in ein Futter eingeklemmt werden, weil dadurch die Gewin­ degänge beschädigt werden würden. Auch hier bietet die vorlie­ gende Erfindung einen Ausweg zur unproblematischen aber form­ schlüssigen und drehmomentbelastbaren Aufnahme des Gewinde-Steh­ bolzens in der Aufnahmevorrichtung 4′′′. Diese sieht diese beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine zur Rotationsachse 3 kon­ zentrischen Bohrung 30 zur spielarmen Aufnahme des Schaftes 28 vor, in der der Gewinde-Stehbolzen zentrisch und axial ausge­ richtet aufgenommen werden kann. Der übliche Kopf 29 des in so­ weit konventionell gestalteten Bolzens weist eine umlaufende Werkstückkante 9′′ auf, die durch die Überschneidung einer zumin­ dest angenähert achssenkrechten (11′′) und einer - ebenfalls zu­ mindest annähernd - zylindrischen Fläche 10′′ gebildet ist. Es sind die Bolzen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevor­ zugt zu verwenden, bei denen im schaftzugewandten Bereich des Kopfes die umlaufende Werkstückkante nicht breit abgerundet oder angefast ist. An dieser Werkstückkante setzt die Aufnahmevor­ richtung 4′′′ mit einer konischen Rändelung an, die feine, scharf­ kantige, konisch angeordnete Gegen-Formschlußflächen 7′′′ aus har­ tem Werkstoff enthält, welche sich beim axialen Eindrücken des Bolzens in die Aufnahmevorrichtung 4′′′ bleibend in die Werkstück­ kante 9′′ eingraben und dadurch eine formschlüssige Drehmitnahme zwischen Aufnahmevorrichtung 4′′′ und Stehbolzen (Teil 1′′) sicher­ stellen. Für den Fall, daß der anzuschweißende Stehbolzen aus einem hochfesten Werkstoff bestehen sollte - gerade bei Reib­ schweißungen ist häufig wenigstens der eine Partner aus einem hochfesten Werkstoff -, ist es zweckmäßig, nach dem Einsetzen des Stehbolzens in die Aufnahmevorrichtung durch einen etwa axial geführten Schlag auf den Kopf 29 des Bolzens ein ausrei­ chend tiefes Einprägen der vorrichtungsseitigen Gegen-Form­ schlußflächen 7′′′ in die umlaufende Werkstückkante 9′′ sicherzu­ stellen. Bei den hier relativ kleinen Schweißdurchmessern und den dementsprechend hohen Reibdrehzahlen sind nämlich die dabei ausgeübten Axialkräfte vergleichsweise gering und könnten zumin­ dest bei hochfesten Bolzenwerkstoffen u. U. nicht ausreichen, um allein dadurch die Gegen-Formschlußflächen 7′′′ ausreichend tief in die Werkstückkante 9′′ einzudringen. Dank der Bohrung 30 und des verkantungssicher darin geführten Schaftes 28 wurde auch ein ex­ zentrisch auftreffender und/oder leicht geneigt geführter Schlag auf den Bolzenkopf gleichwohl zu einem umfangsgleichen Einprägen der Gegen-Formschlußflächen 7′′′ in die Werkstückkante 9′′ führen.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß die Aufnahme­ vorrichtung für den Stehbolzen auch durch Zusammensetzen, insbe­ sondere durch Zusammenschweißen mehrerer Teile gebildet werden kann. Zweckmäßig erscheint z. B. eine Bauform nach Fig. 9, bei der ein Rohr 31 aus einem Baustahl mit einem dem Durchmesser des Bolzenschaftes 28 entsprechenden Innendurchmesser verschweißt ist mit einer ringförmigen, die Gegen-Formschlußflächen 7′′′ tra­ genden Krone 32 aus einem hochfesten und harten Werkstoff, wobei die Schweißung vorzugsweise im Reibschweißverfahren durchgeführt wird. Der innere der beiden sich dabei ausbildenden Reibschweiß­ grate 33 mußte allerdings durch ein innenseitiges Überdrehen o. dgl. entfernt werden. Zur Begünstigung einer guten Reib­ schweißverbindung von Rohr 31 und Krone 32 ist auf der dem Rohr zugewandten Stirnseite der Krone ein dem Rohrquerschnitt ent­ sprechender, kurzer Ansatz 34 angearbeitet, damit beim Reiben auch der festere Werkstoff ausreichend erweicht. Die Bauform der Aufnahmevorrichtung nach Fig. 9 hat gegenüber der nach Fig. 8 neben der einfachen Herstellbarkeit und somit den geringen Her­ stellungskosten noch die weiteren Vorteile, daß sie ein gerin­ geres Massenträgheitsmoment aufweist, daß sie für alle möglichen Bolzenlängen geeignet ist und daß sie in konventionelle, masse­ arme Spannzangen eingespannt werden kann. Ein geringes Massen­ trägheitsmoment ist vor allem für ein rasches Abbremsen der ro­ tierenden Reibpartner am Ende des Reibschweißvorganges wichtig.

Claims (6)

1. Verfahren zum Reibschweißen eines für seine spätere Funktion außen glattflächig gestalteten, ersten Teiles mit einem zweiten Teil, bei dem das erste und das zweite Teil in axialer Gegen­ überstellung in jeweils gesonderten Aufnahmevorrichtungen ver­ drehsicher gehaltert werden, von denen wenigstens die eine dreh­ antreibbar ist, und bei dem die Teile durch gegenseitige Verdre­ hung unter axialer Anpressung aufgrund von Reibungserwärmung zu­ nächst auf teigigen Zustand erwärmt, mit nachlassender Ralativ­ drehung aber erhöhter Axialkraft ineinandergepreßt und dadurch verschweißt und anschließend relativ zueinander stillgesetzt werden, wobei zur verdrehsicheren Aufnahme zumindest des ersten Teiles in der entsprechenden Aufnahmevorrichtung im Bereich der Aufnahmefläche des Teiles in der Aufnahmevorrichtung regelmäßige Formschlußflächen angearbeitet werden, die mit entsprechenden Gegen-Formschlußflächen in der Aufnahmevorrichtung derart korre­ spondieren, daß das Teil formschlüssig-verdrehsicher in der Auf­ nahmevorrichtung gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die teileseitigen Formschlußflächen (6) erst in der Aufnah­ mevorrichtung (4, 4′, 4′′, 4′′′) durch einen Prägevorgang seitens der in der Aufnahmevorrichtung (4, 4′, 4′′, 4′′′) angebrachten, schneidenartig (Schneidenlinie 8) ausgebildeteten Gegen-Form­ schlußflächen (7, 7′, 7′′, 7′′′) erzeugt werden, wobei die - in einem Axialschnitt (Fig. 4) gesehen - unter einem spitzen Win­ kel (α) von weniger als 45° zur Axialkraftrichtung angeordneten schneidenartigen Gegen-Formschlußflächen (7, 7′, 7′′, 7′′′) sich kraftübersetzend in eine umlaufende Werkstückkante (9, 9′, 9′′) eingraben, wobei der Prägevorgang unmittelbar vor dem Reibschweißen durch ein gesondertes axiales Pressen oder Schlagen oder während der Durchführung der Reibschweißung unter Ausnutzung der axialen Anpreßkraft beim Reibschweißen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende, der Aufnahmevorrichtung (4, 4′, 4′′, 4′′′) zuge­ kehrt liegende Werkstückkante (9, 9′, 9′′) des einen Teiles (1, 1′, 1′′), in deren Bereich die Fomschlußflächen (6) während des Reibschweißens anzubringen sind, durch eine zumindest angenähert zylindrisch verlaufende (10, 10′, 10′′) und eine zumindest ange­ nähert achssenkrecht ausgerichtete Fläche (11, 11′, 11′′) gebil­ det ist.

3. Aufnahmevorrichtung in einer Reibschweißmaschine zur form­ schlüssigen und verdrehsicheren Aufnahme eines - ersten - Teiles für das Reibschweißen des ersten Teiles mit einem zweiten Teil, welches erste Teil auf der der Aufnahmevorrichtung zugekehrten Seite wenigstens eine zumindest angenähert zylindrisch verlau­ fende und eine zumindest angenähert achssenkrecht ausgerichtete Fläche aufweist, entlang derer das erste Teil in der Aufnahme­ vorrichtung ausrichtbar und verkantungs- und herausfallsicher halterbar ist, wobei die zylindrische Fläche und die achssenk­ rechte Fläche des ersten Teiles entlang einer kreisförmig ver­ laufenden Werkstückkante ineinander übergehen, ferner mit posi­ tiven Formschlußflächen an dem ersten Teil und negativ korre­ spondierenden Gegen-Formschlußflächen an der Aufnahmevorrichtung zur formschlüssig-verdrehsicheren Halterung des ersten Teiles in der Aufnahmevorrichtung, wobei die Aufnahmevorrichtung zumindest im Bereich von deren Formschlußflächen härter ausgebildet ist als die Formschlußflächen des ersten Teiles, zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorrichtungsseitigen Gegen-Formschlußflächen (7, 7′, 7′′, 7′′′)

• - schneidenartig (Schneidlinien 8) ausgebildetet sind,
• - kranzförmig in dichter Folge im Bereich der Lage der kreis­ förmig verlaufenden Werkstückkante (9, 9′, 9′′) des in der Auf­ nahmevorrichtung (4, 4′, 4′′, 4′′′) aufgenommenen Teiles (1, 1′, 1′′) angeordnet sind und
• - mit den Schneidelinien (8) auf der Mantelfläche eines Kegels liegen und - in einem Axialschnitt (Fig. 4) gesehen - unter einem spitzen Winkel (α) von weniger als 45 Grad zur Axial­ kraftrichtung angeordnet sind,

derart, daß die vorrichtungsseitigen Gegen-Formschlußflächen (7, 7′, 7′′, 7′′′) unter Ausnutzung der gegenseitigen axialen Anpreß­ kraft während der Durchführung der Reibschweißung (Schweißstelle 17) sich nach Art eines Prägevorganges aufgrund der spitzwinkli­ gen Neigung (Winkel α) kraftübersetzend in den Teilewerkstoff im Bereich der umlaufenden Werkstückkante (9, 9′, 9′′) eingraben, wo­ bei die teileseitigen Formschlußflächen (6) selbsttätig in der Aufnahmevorrichtung (4, 4′, 4′′, 4′′′) und durch sie erzeugbar sind.

4. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schneidelinien (8) der vorrichtungsseitigen Gegen- Formschlußflächen (7, 7′, 7′′, 7′′′) - in einem achssenkrechten Schnitt (Fig. 5) gesehen - zumindest angenähert jeweils in einer Radialebene (22) angeordnet ist.

5. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelinien (8) - im Axialschnitt (Fig. 4) gesehen - unter einem spitzen Winkel (α) von 10 bis 35° vorzugsweise 20 bis 30° zur Axialkraftrichtung angeordnet sind.