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Die Erfindung betrifft Reibschweißoszillatoren.
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Insbesondere betrifft die Erfindunge
eine Anordnung, bei welcher mehrere lineare Reibschweißoszillatoren,
beispielsweise der in unserer früher
eingereichten GB-Patentanmeldung
Nr. 95 26 038.6 und einer nachfolgend eingereichten, deren Priorität beanspruchenden
europäischen
Patentanmeldung (Veröffentlichungsnummer
EP-A-O 785 044) beschriebenen Bauart, miteinander gekuppelt werden können.
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Wie in der oben erwähnten früheren Anmeldung
erörtert
ist, stellt unter anderem die lineare Reibschweißung eine Technik zur Verbindung
von zwei Bauteilen oder eines Bauteils mit einem Werkstück dar,
in dem eine Komponente relativ zur anderen in einer linear hin- und hergehenden
Bewegung bewegt wird, während
die Grenzflächen
mit einer Kraft zusammengedrückt
werden, um ausreichend Reibungswärme
zum Erzeugen einer Schweißung hervorzurufen.
Es versteht sich aus einer Betrachtung der Faktoren, welche die
damit verbundenen Kräfte
bestimmen, daß die
von einem Schweißoszillator
benötigte
Arbeit von einer Anzahl von Dingen einschließlich der Größe der Schweißgrenzfläche, der
während
der Reibheizphase angewendeten Kraft und dem Reibungskoeffizienten
zwischen den Verbindungsflächen
abhängig
ist. Daher braucht ein zur Herstellung einer Verbindung einer Größe ausgelegter
Oszillator nicht für
eine andere Verbindung, insbesondere einer solchen mit größerer Größe, nicht
geeignet zu sein. Der Oszillator besitzt dann entweder zu viel Leistung,
was verlustreich und für
Kauf und Betrieb zu teuer wäre,
oder es fehlt ihm ausreichende Leistung, um die Reibungskräfte zu überwinden,
die der linearen Bewegung entgegen wirken. Infolgedessen sind bisher
Oszillatoren spezifisch für
eine bestimmte Anwendung ausgelegt worden, oder es wurde der nächstgeeignete
aus einem verfügbaren
Bereich von Oszillatoren verschiedener Leistung ausgewählt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Standardoszillator bereitzustellen, wie beispielsweise
in den oben erwähnten
früheren
Anwendungen beschrieben, und zusätzlich
Mittel zum Zusammenkuppeln einer Mehrzahl solcher einzelner Oszillatoren
zu schaffen, um eine gewünschte
Ausgangsleistung bereit zu stellen.
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Demgemäß sieht einen linearen Reibschweißoszillator
vor, mit einem für
eine lineare hin- und
hergehende Bewegung angeordneten Abtriebsstempel, einer Mehrzahl
einzelner Linearoszillatoren, von denen jeder ein für eine lineare
hin- und hergehende Bewegung angeordnetes Abtriebsteil aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Mehrzahl einzelner linearer Oszillatorabtriebsteile antriebsmäßig mit
dem Abtriebsstempel gekuppelt ist, derart, daß, wenn die einzelnen Linearoszillatoren
gleichzeitig erregt werden, die aus dem Abtriebsstempel verfügbare Gesamtkraft
die Summe der Abtriebskräfte der
einzelnen Oszillatoren ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist jeder der Antriebe von einem gelenkig angeordneten
Joch gehaltert, wodurch die Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung
durch Schwingen des Jochs bestimmt wird, und die Joche der einzelnen
Antriebe sind für
eine synchrone Schwingung miteinander gekuppelt.
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Die Erfindung und wie sie in die
Praxis umgesetzt werden kann, wird nunmehr beispielshalber unter
besonderer Bezugnahme auf eine in den anliegenden Zeichnungen dargestellte
Ausführungsform beschrieben,
in welchen zeigt:
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1 einen
einzelnen linearen Reibschweißoszillator
der in der GB-Patentanmeldung Nr. 95 26 038.6 beschriebenen Art,
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die 2, 3 und 4 drei zueinander orthogonale Ansichten
eines linearen Reibschweißoszillators nach
der Erfindung unter Verwendung dreier gekuppelter Einzeloszillatoren
der in 1 gezeigten Bauart.
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Ein einzelner linearer Reibschweißoszillator der
oben erwähnten
Art umfasst im allgemeinen eine um eine erste Achse drehbare Eingangswelle,
eine um eine zweite Achse drehbare Ausgangswelle, Achsenbewegungsmittel,
die dafür
ausgelegt sind, den Winkel der Eingangswelle relativ zur Achse der
Ausgangswelle zu verschieben, Kupplungsmittel mit einer Eingangskomponente,
die mit der Eingangswelle drehbar ist und radial von der ersten
Achse beabstandet ist, und eine Ausgangskomponente, die mit der
Ausgangswelle drehbar ist und für
ein Kuppeln der Eingangswelle für
eine Drehbewegung ausgelegt ist, um da durch die Ausgangswelle anzutreiben,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn die erste und die zweite
Achse miteinander ausgerichtet sind, die Eingangskomponente sich
so dreht, daß keine
Axialbewegung in Richtung der zweiten Achse stattfindet, aber, wenn
die erste Achse mit Bezug auf die zweite Achse geneigt ist, die
Eingangskomponente sich so dreht, daß, während sie sich um die erste
Achse dreht, sie auch mit Bezug auf die zweite Achse hin- und hergeht
und dadurch eine Hin- und Herbewegung der Ausgangswelle in Richtung
der zweiten Achse bewirkt.
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Der Einzeloszillator nach 1 umfaßt einen Antrieb 2 in
Gestalt einer umlaufenden elektrischen Maschine, die starr an einem
Rahmen oder Joch 4 montiert ist, das an einem Ende um eine Schwenkachse 6 schwenkbar
ist. Die umlaufende Maschine 2 weist eine Abtriebswelle 8 auf
und ist so auf dem Joch 4 montiert, daß ihre Drehachse 10 die Schwenkachse 6 schneidet.
Die Abtriebswelle 8 treibt über eine Welle 14 und
eine Kupplung 16 eine Flanschplatte 12 an. Die
Welle 14 ist in Lagern 18a, 18b gelagert,
die in einem Teil 20 des Rahmens 4 fest montiert
sind. Die Lager 18a, 18b und die Welle 4 sind
außerdem
koaxial mit der Motorwelle 8 und der Drehachse 10 angeordnet.
Auf der Abtriebswelle 8 kann ein Schwungrad angeordnet
sein, um das Winkelträgheitsmoment
der Maschine zu vergrößern; beispielsweise
kann dieses Schwungrad als gesondertes Bauteil ausgebildet oder
einstöckig
mit einem Teil der Kupplungsmittel 16 ausgebildet sein.
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Eine Abtriebsstempelanordnung, die
allgemein bei 22 angedeutet ist, ist für eine lineare Hin- und Herbewegung
mit Bezug auf ein festgelegtes bzw. Bezugsteil 26 montiert.
Diese Anordnung umfasst ein Stempelabtriebsteil 28, das
verschiebbar in dem Bezugsteil 26 montiert ist, sowie Dreh-Linear-Bewegungs-Umwandlungsmittel 25,
welche die Bewegung der Schwenkplatte 12 relativ zur Achse der
Hin- und Herbewegung des Stempels 28 in eine lineare hin-
und hergehende Bewegung umsetzen. In der Anordnung nach 1 hat der Stempel einen quadratischen
Querschnitt, der gleitend verschiebbar mittels Gleitklötzen 24a, 24b innerhalb
einer im Bezugsteil 26 gebildeten quadratischen Öffnung montiert
ist.
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Die Dreh-Linear-Bewegungsumwandlungsmittel 25,
welche die Bewegung der Schwenkplatte 12 relativ zur Achse
der Hin- und Herbewegung des Stempels 28 in eine lineare
Hin- und Herbewegung umsetzen,
weisen eine Kurbel 30 auf, auf welcher der Stempel 28 mittels
Lagern 32a, 32b gelagert ist. Die inneren Laufringe
dieser Lager sind fest am Lagerteil der Kurbel 30 befestigt,
während
die äußeren Laufringe
fest im Inneren des Zylinders 28 befestigt sind. Die Lager 32a, 32b ermöglichen
daher eine freie Drehung der Kurbel 30 relativ zum Stempel 28,
aber legen die beiden Teile gegen eine relative Axialbewegung fest,
so daß eine
Axialkraft von der Kurbel 30 auf den Stempel 28 übertragen
wird.
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Die Kurbel 30 ist des weiteren
an einem Ende, nämlich
dem mit dem Stempel 28 gelenkig verbundenen Teil entgegengesetzten
Ende, mit einem versetzten Steg 34 ausgebildet, der konzentrisch
mit einem ringförmigen
Ausgleichsgewicht 36 montiert ist. Vorzugsweise ist die
Kurbel 30 mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet,
an welchem das Ausgleichsgewicht verschiebbar montiert ist; dies
ist möglich,
da die Kurbel und das Ausgleichsgewicht sich nicht relativ zueinander
drehen, sondern nur koaxial hin- und herbewegen. Daher sind die
Kurbel und das Ausgleichsgewicht für eine gemeinsame Drehung um
die Achse 38 montiert, während sie mindestens in begrenztem
Ausmaß eine
relative Axialbewegung ausführen
können.
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Die Kurbel 30 und das Ausgleichsgewicht 36 sind
mittels flexibler, nicht dehnbarer Bänder oder Elemente 40, 42 mit
der Schwenkplatte 12 an gegenüberliegenden Enden eines Schwenkplattendurchmessers
gekuppelt. Die sogenannten Bänder
oder Elemente 40, 42 bei der besonderen Ausführungsform
umfassen längliche
stählerne
Biegeelemente, deren Ende mit Flanschen zur Befestigung zwischen der
Schwenkplatte 12 und der Kurbelkröpfung 34 und dem Ausgleichsgewicht 36 ausgebildet
sind.
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Der Antrieb 2 und das Joch 4,
auf welchem er gehaltert ist, sind so angeordnet, daß die Achse 6 des
Jochgelenks auch die Kurbelachse 38 schneidet. Die Anordnung
ist deshalb so getroffen, daß der
treibende Teil des Oszillators, der das schwenkbare Joch 4 und
daran montierte Teile umfasst, um die Schwenkachse 6 schwingen
kann, während
die Kurbel 30 und das Ausgleichsgewicht 36 frei
drehbar sind und eine lineare Hin- und Bewegung ausführen können, und
das Stempelteil 28 hat lediglich die Freiheit, in axialer
Richtung hin- und
herzugehen. Diese unterschiedlichen Bewegungen auf entgegengesetzten
Seiten der Schwenkachse 6 sind mittels der Biegeelemente 40, 42 gekoppelt.
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Im Betrieb wird der Antrieb 2 mit
Energie versorgt, so daß er
die Schwenkplatte 12 um die Drehachse 10 dreht. In Abhängigkeit
von der Winkelorientierung der Motorachse 10 relativ zur
Kurbelachse 38 führt
der Stempel 22 eine lineare Hin- und Herbewegung mit variabler
Amplitude aus. Diese Amplitude kann durch Schwenken des Jochs 4,
das den Motor 2 und die Schwenkplatte 12 trägt, um die
Schwenkachse 6 gesteuert werden.
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Da die entgegengesetzten Enden der
Elemente 40, 42 an der Kurbelkröpfung 34 bzw.
dem Ausgleichsgewicht 36 befestigt sind, ist die Bewegung
dieser Komponenten eine Kombination aus Drehung um die Achse 38 und
axialer Hin- und Herbewegung mit Bezug dazu. Das Kurbelausgleichsgewicht 36 ist
nicht mit irgendeinem Teil des Stempels 22 verbunden, sondern
die Kurbel 30 ist mittels Lagern 32a, 32b drehbar
mit dem Stempelabtriebsteil 28 verbunden. Daher kann die
Kurbel 30 frei relativ zum Stempelabtriebsteil 28 drehen,
aber das letztere Bauteil wiederum ist gegen Drehung festgelegt
und nur in der Lage, linear in der Axialrichtung der Achse 38 hin-
und herzugehen.
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Wenn das Joch 4 zurückgeschwenkt
wird, so daß seine
Motorachse 10 koaxial mit der Kurbelachse 38 liegt,
ist die Bewegung der Elementenmontagepunkte auf der Schwenkplatte 12 eine
reine Drehung und ergibt keine lineare Hin- und Herbewegung der Kurbel 30.
Daher kann die Amplitude der linearen Hin- und Herbewegung einfach
durch Winkelmäßiges Ausrichten
des Motorrahmens 4 gesteuert werden. Wenn jedoch das Joch 4 um
die Achse 6 um einen Winkel q geschwenkt wird, dreht sich
die Schwenkplatte 12 nicht mehr um die Hin- und Herbewegungsachse 38 des
Stempels, und die Befestigungspunkte der Elemente 40, 42 an
der Schwenkplatte beginnen mit Bezug auf die Achse 28 hin-
und herzugehen, während
sie sich um die Achse 10 bewegen.
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Es wird nun auf die Schweißoszillatoranordnung
Bezug genommen, die in den drei winkelversetzten Ansichten nach
den 2, 3 und 4 dargestellt
sind, wo drei einzelne Oszillatoren der in 1 gezeigten Art miteinander gekuppelt
dargestellt sind, um einen zusammengesetzten Oszillator zu ergeben,
der die dreifache Ausgangsleistung besitzt. Bezüglich der Komponenten der einzelnen
Oszillatoren tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.
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Bei dieser Anordnung ist das Festlegungsbezugsteil 26 vollständiger als
Montagerahmen oder kastenartiges Konstruktionsgehäuse gezeigt,
das die zusammengesetzte Anordnung der drei gekoppelten Oszillatoren 50, 52, 54 aufnimmt.
Jeder einzelne der Oszillatoren ist von der in 1 gezeigten Bauart.
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Das allgemein durch das Bauteil 26 angedeutete
Gehäuse
umfasst eine etwa rechteckige Konstruktion, die aus einer Sockelseite 56,
zwei um die Gehäusebreite
beabstandete Längsseiten 58 und 60,
und einer weiteren Seite 62 gegenüber dem Sockel 56 besteht,
die durch geneigte Kanten 64, 66 mit den Seiten 58, 60 verbunden
ist. Das Gehäuse
wird durch obere und untere Flächenteile 68, 70 (3 und 4) abgeschlossen, deren Ränder den
Umriß der Seiten 56 bis 66 folgen.
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In dem Gehäuse 26 sind drei einzelne
Oszillatoren 50, 52, 54, ein Synchronisiermechanismus, und
ein zusammengesetzter Ausgangsstempel 72 enthalten. Grundsätzlich entspricht
der Stempel 72 dem Stempel 28 in 1, aber hier wird er durch die drei Oszillatoren
parallel angetrieben.
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Der Stempel 72 weist ein
Abtriebsteil 74 auf, das durch eine Öffnung in der Stirnwand 62 des
Gehäuses
hindurchragt. Die Seiten des Bauteils 74 können in
der Stirnwand 62 mittels Gleitlagern (nicht dargestellt)
gelagert sein, die eine seitliche Festlegung des Bauteils 74 schaffen
und das Positionieren des Stempel 72 unterstützen. Das
Abtriebsteil 74 ist mit einem deltaförmigen Hauptteil 76 des
Stempels verbunden oder damit einstöckig ausgebildet, der sich im
Gehäuse 26 befindet.
Dieser Hauptstempelteil 76 ist ebenfalls im Gehäuse mittels
längsverlaufender Keile 78, 80 verschiebbar
gelagert, die in Keilnuten 82, 84 eingreifen,
die in den oberen und unteren Seitenwänden 68 und 70 gebildet
sind. Die Keilnuten 82, 84 verlaufen in Längsrichtung
der Seitenwände 58, 60 und
senkrecht zu den Stirnwänden 56, 62,
so daß der
Stempel die Freiheit hat, das Abtriebsteil 74 in Längsrichtung
hin- und herzubewegen.
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Die drei Oszillatoren 50, 52, 54 sind
nebeneinander und parallel im Gehäuse 26 montiert. Sie
sind miteinander gekoppelt, um den Stempel 76 gemeinsam
anzutreiben, wobei die Anordnung zum Synchronisieren der Bewegung
der Abtriebsteile der einzelnen Oszillatoren dient. Als Ergebnis
ist die Gesamtkraft, die vom Abtriebsteil 74 ausgeübt wird,
die Summe der Ausgangskräfte
der einzelnen Oszillatoren. Im Vergleich zu den mit Bezug auf den
Oszillator nach 1 beschriebenen
und bezeichneten Teilen steht jedes der Ausgangskurbelteile 30 der
Oszillatoren mit dem deltaförmigen
Hauptteil 76 des Stempel 76 in Eingriff. Entlang
der Basisseite des Stempels 76 sind Kurbelaufnahmetaschen 86, 88, 90 gebildet,
die um die gleiche Distanz wie die Oszillatoren 50, 52, 54 beabstandet
sind, und in welche die Kurbeln 30 eingreifen. Die Kurbeln
stehen mit dem Stempel 76 mittels axialkraftübertragender,
innerhalb der Taschen angeordneter Drehlager in Eingriff. In der
gleichen Weise wie die Kurbel 30 relativ zum Stempel 28 des einzelnen
Oszillators nach 1 drehbar
ist, aber gleichzeitig ihm eine axiale Hin- und Herbewegung mitteilen
kann, könne
die korrespondierenden Stempel der drei Oszillatoren 50, 52, 54 sich
frei relativ zum Stempel 76 drehen, während sie ihm gleichzeitig eine
axiale Hin- und Herbewegung mitteilen.
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Ebenso ist mit dem Einfachoszillator
nach 1 gemeinsam, daß jeder
der Oszillatoren 50, 52, 54 schwenkbar
montiert ist, so daß,
wie zuvor beschrieben, die Amplitude der Bewegung jedes linearen
Oszillatorabtriebsteils zwischen einem Maximalwert und null variabel
ist. Die Antriebe der drei Oszillatoren sind im jeweiligen von drei
schwenkbaren Jochen 92, 94, 96 montiert,
die parallele Achsen 98, 100, 102 haben,
die über
die Breite des Gehäuses 26 beabstandet
sind. Die distalen Enden der schwenkbaren Joche sind über eine
Synchronisierstange 104 miteinander gekuppelt, die seitlich
nahe der Endwand 56 entlang des Gehäuses angeordnet ist. Die Joche 92, 94, 96 sind
mit der Stange 104 an Stellen 106, 108 bzw. 110 für eine synchrone
Schwenkbewegung gelenkig gekuppelt. Die Stange 104 ist
vorzugsweise gegabelt, wie in 4 gezeigt
ist, um jede Tendenz zur Verdrehung der Joche zu vermeiden. Ein Ende
der Stange 104 ist mit einem Betätigungsmechanismus 112 verbunden,
der in einer Seitenwand 58 des Gehäuses 26 angeordnet
ist. Der Mechanismus 112 besteht grundsätzlich aus einem hydraulisch
betätigbaren
Zylinder mit Kolben, der an der Seitenwand des Gehäuses gehaltert
ist, wobei ein Betätigungsorgan-Ausgangsteil 114 durch
eine Öffnung
in der Seitenwand 58 verläuft und mit dem Ende der Stange 104 gekuppelt
ist. Durch Positionieren der Stange im wesentlichen geradlinig in
Richtung ihrer eigenen Länge
können
alle einzelnen Oszillatoren gemeinsam geschwenkt werden.
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Folglich ist jeder einzelne lineare
Oszillator relativ zu einer Bezugsposition beweglich montiert, und
alle Oszillatoren sind für
eine synchrone Bewegung miteinander gekuppelt. Die Amplitude dieser Bewegung
ist variabel und wird durch Betreiben des Betätigungsmechanismus 112 gesteuert.
Die Stange 104 wird seitwärts über das Oszillatorgehäuse 26 bewegt,
was ein gemeinsames Schwenken der einzelnen Oszillatoren 50, 52, 54 um
ihre jeweiligen Gelenke 98, 100, 102 bewirkt.
Wie im Fall des Einfachoszillators dient das Variieren der Winkelorientierung
der einzelnen Oszillatoren gemeinsam relativ zu einer Bezugsachse
zur Steuerung des Hubs des zusammengesetzten Oszillators.
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Es versteht sich, daß verschiedene
Teile der oben beschriebenen Vorrichtung verändert, variiert und substituiert
werden können,
während
das Arbeitsprinzip und das Konstruktionsprinzip der Erfindung beibehalten
werden. Beispielsweise umfassen die oben erwähnten Antriebe Elektromotoren,
aber es können
statt dessen andere Motorformen verwendet werden; die Kupplungsmittel
zwischen dem Antrieb und dem Stempel, der die Kurbel antreibt, ist
als Schwenkplatte mit Biegelementen dargestellt, aber es könnte auch
eine Kugel-Pfannen-Anordnung verwendet werden, wie in unserer parallelen
Anmeldung mit Beanspruchung der Priorität aus GB95 26 038.6 beschrieben;
das Amplitudensteuerorgan ist als Hydraulikzyliner mit Kolben dargestellt,
aber könnte
unter anderem durch ein Drehen des Betätigungsorgan ersetzt werden.
Weitere Merkmale der Ausführungsform
wie beispielsweise die Gehäuseform,
die Stempelform und die Konstruktion des Gehäuses können verändert werden. Die Anzahl der
einzelnen verwendeten Oszillatoren wird, wie schon umrissen, so
gewählt,
daß der
Leistungsbedarf des Gesamtoszillators erfüllt wird, und obwohl diese
nebeneinander montiert dargestellt sind, so daß alle gemeinsam ziehen und
schieben, wäre
es auch möglich,
die gewählte
Anzahl von Oszillatoren in anderer Konfiguration anzubringen, beispielsweise
in einer Delta- oder Quadratanordnung.