EP3972773A1 - SYNCHRONISATIONSGETRIEBE ZUM LINEAREN REIBSCHWEIßEN - Google Patents
SYNCHRONISATIONSGETRIEBE ZUM LINEAREN REIBSCHWEIßENInfo
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- EP3972773A1 EP3972773A1 EP20728424.1A EP20728424A EP3972773A1 EP 3972773 A1 EP3972773 A1 EP 3972773A1 EP 20728424 A EP20728424 A EP 20728424A EP 3972773 A1 EP3972773 A1 EP 3972773A1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/1205—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement
Definitions
- the invention relates to a synchronization gear for linear friction welding, with which the end regions to be welded of surfaces of two components in contact with one another are held by clamping devices, pressed against one another and moved in an oscillating manner relative to one another.
- Components are not only understood here to mean strip or plate-shaped materials such as slabs with a flat rectangular cross-section, but also billets with a square cross-section and profiles such as e.g. Rails, double-T, U-profiles etc.
- Friction welding is a welding process from the group of pressure welding. Two parts are moved relative to one another under pressure, the parts touching one another at the contact surfaces. The resulting friction causes the material to heat up and plasticize (Wikipedia).
- the movement at the welding interface can be rotating or non-rotating.
- a non-rotating movement includes a linear, an elliptical or a vibratory movement. Friction welding by a rotating motion typically requires that at least one of the components be circular in cross-section.
- friction welding by a non-rotating movement is the means of joining components where the weld interface of both parts is not round.
- one component is oscillated relative to the other component while a forging force is normal to that Direction of movement is exercised.
- the forging force moves the components into contact, and with metal components, the friction between the components creates heat and plasticizes them. As soon as the movement stops, the metal hardens and thus connects the components.
- the drive system used to generate the oscillating movement must be able to provide a constant frequency and a constant amplitude, and must be able to place the oscillated components in the correct position for welding.
- One type of drive system is a mechanically powered system such as that disclosed in US 5,148,957. This type of drive system uses cams and links to provide reciprocation.
- a disadvantage of mechanically operated drive systems is the wear and tear that occurs in the system components. When the system is used, the eccentrics, joints and bearings wear out, resulting in deviations that need to be taken into account to ensure accuracy and repeatability of the process.
- JP 03199204 B2 describes pressure welding devices of various designs, among other things, an eccentric shaft is driven in one of the devices, the eccentrics of which move the clamping devices separately but synchronously in opposite directions via independent articulated rods.
- the object of the invention is to provide a synchronization gear that is characterized in particular by simple, low-wear operation.
- This object is achieved according to the invention with a synchronization gear for linear friction welding, with which the end regions to be welded of surfaces of strip or plate-shaped material in contact with one another are held by clamping devices, pressed against one another and moved in an oscillating manner relative to one another.
- clamping devices are connected independently of one another via articulated rods with a fixed pivot point, rotatable in the plane of the oscillating clamping devices, which in turn is articulated to a drive that rotates the disk in an oscillating manner about the central axis.
- the end regions of two slabs are designated by 1 and 2, whereby - more precisely - one slab 1 is actually the end region, while the designation head region is better for slab 2. Both areas should be pressure welded to one another. For this purpose, the end areas are held by clamping devices 4 or clamping devices in such a way that they lie against one another at the weld joint.
- the clamping devices 4 are connected by means of their own articulated rod 10 to a disc lying in the same plane, in the embodiment according to FIG. 1, a triangular plate 2, namely these are articulated in the corner points of a (common) triangle side.
- the triangular plate 2 is rotatable about an axis of rotation 6a lying in the plane of the articulated rods 10 or the clamping devices 4, for which purpose a hydraulic cylinder 5 is used, which is articulated to the triangular apex opposite the triangular side of the articulated rods.
- the two clamping devices move precisely in opposite directions so that the inertial forces compensate each other as much as possible during acceleration, i.e. H. the movement must be phase-shifted as precisely as possible by 180 ° in order to avoid imbalances.
- the disk consists of a rectangular or square plate to which two hydraulic cylinders 7 are articulated.
- the drive can, however, also take place according to FIG. 3 by an eccentric 8, 9 whose stroke is adjustable.
- the synchronous gear according to the invention can be used for friction welding slabs with a flat, rectangular cross-section, billets with a square cross-section and profiles such as rails, double-T, and U-profiles.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten durch Klemmeinrichtungen (4) gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden. Dabei sind die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen (10) mit einer einen festen Drehpunkt (6a) aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen (4) drehbaren, Scheibe (6) verbunden, die ihrerseits an einen, die Scheibe (6) um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb (5,7,8,9) angelenkt ist.
Description
Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen
Die Erfindung betrifft ein Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten durch Klemmeinrichtungen gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden. Unter Komponenten werden hier nicht nur band-oder plattenförmige Materialien, wie Brammen mit einem flachen Rechteckquerschnitt, verstanden, sondern auch Knüppel mit einem quadratischen Querschnitt und Profile wie z.B. Schienen, Doppel-T, U-Profile usw. Das Reibschweißen ist ein Schweißverfahren aus der Gruppe des Pressschweißens. Dabei werden zwei Teile unter Druck relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials (Wikipedia).
Die Bewegung an der Schweißschnittstelle kann rotierend oder nicht-rotierend sein. Eine nicht-rotierende Bewegung umfasst eine lineare, eine elliptische oder eine vibratorische Bewegung. Reibschweißen durch eine rotierende Bewegung erfordert typischerweise, dass wenigstens eine der Komponenten einen runden Querschnitt aufweist.
Reibschweißen durch eine nicht-rotierende Bewegung ist jedoch das Mittel zum Verbinden von Komponenten, bei denen die Schweißschnittstelle beider Teile nicht rund ist. Bei nicht-rotierendem Reibschweißen wird eine Komponente relativ zu der anderen Komponente oszilliert, während eine Schmiedekraft normal zu der
Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Die Schmiedekraft bewegt die Komponenten in Kontakt, und bei Metallkomponenten erzeugt die Reibung zwischen den Komponenten Wärme und plastifiziert sie. Sobald die Bewegung stoppt, härtet das Metall aus und verbindet somit die Komponenten.
Diese, verglichen mit anderen Schweißverfahren, relative Einfachheit des Verfahrens macht es geeignet für Methoden, welche eine genaue Kontrolle des Schweißvorgangs ermöglichen. Das zum Erzeugen der Oszillationsbewegung eingesetzte Antriebssystem muss in der Lage sein, eine gleichbleibende Frequenz und eine gleichbleibende Amplitude bereitzustellen, und muss in der Lage sein, die oszillierten Komponenten in der richtigen Position zum Schweißen anzuordnen. Ein Typ eines Antriebssystems ist ein mechanisch angetriebenes System wie dasjenige, das in der US 5 148 957, offenbart ist. Bei diesem Typ von Antriebssystem werden Nocken und Gelenke eingesetzt, um für die Hin - und- Herbewegung zu sorgen. Ein Nachteil mechanisch betriebener Antriebssysteme ist die Abnutzung, welche in den Systemkomponenten auftritt. Wenn das System eingesetzt wird, nutzen sich die Exzenter, Gelenke und Lager ab, was zu Abweichungen führt, welche in Rechnung gezogen werden müssen, um Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Prozesses zu gewährleisten.
Schließlich macht die Abnutzung ein Ersetzen abgenutzter Teile notwendig, was eine zusätzliche Abweichung einführt, welche in Betracht gezogen werden muss. Das Antriebssystem benötigt häufig Rekalibrierung, um all die Abweichungen zu berücksichtigen.
Ein weiterer Typ eines Antriebssystems ist ein servo-hydraulisch gesteuertes Antriebssystem wie dasjenige, welches in der US 4 844320 offenbart ist, wobei hier nur die Losseite einen Oszillationsantrieb aufweist. ((DE 69914567 T2)).
Schließlich beschreibt die JP 03199204 B2 Pressschweißeinrichtungen verschiedener Ausführungen, u. a. wird bei einer der Einrichtungen eine Exzenterwelle angetrieben, deren Exzenter über unabhängige Gelenkstangen die Klemmeinrichtungen getrennt aber synchron gegenläufig oszillierend bewegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Synchronisationsgetriebe bereitzustellen, dass sich insbesondere durch einen einfachen, verschleißarmen Betrieb auszeichnet. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von band-oder plattenförmigen Material durch Klemmeinrichtungen gehalten, aneinandergepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden,
dass dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Klemmeinrichtungen unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen mit einer einen festen Drehpunkt aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen drehbaren, Scheibe verbunden sind, die ihrerseits an einen, die Scheibe um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb angelenkt ist.
Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden, wobei das Getriebe lediglich schematisch in verschiedenen Ausführungen dargestellt ist.
Mit 1 und 2 sind die Endbereiche zweier Brammen bezeichnet, wobei - genauer gesagt - es sich bei der einen Bramme 1 tatsächlich um den Endbereich handelt, während bei der Bramme 2 die Bezeichnung Kopfbereich besser ist. Beide Bereiche sollen miteinander pressverschweißt werden.
Hierzu werden die Endbereiche durch Klemmeinrichtungen 4 oder Spanneinrichtungen so gehalten, dass sie an der Schweißfuge aneinander liegen.
Die Klemmeinrichtungen 4 sind mittels einer jeweils eigenen Gelenkstange 10 mit einer, in der gleichen Ebene liegenden Scheibe, bei der Ausführung nach Figur 1 , einer Dreieckplatte 2 verbunden, und zwar sind diese in den Eckpunkten einer (gemeinsamen) Dreieckseite angelenkt.
Die Dreieckplatte 2 ist um eine in der Ebene der Gelenkstangen 10 oder der Klemmeinrichtungen 4 liegenden Drehachse 6a drehbar, wozu ein Hydraulikzylinder 5 dient, der an der der Dreieckseite der Gelenkstangen Anlenkung gegenüberliegende Dreieckspitze angelenkt ist.
Beim linearen Ein - und Ausfahren des Hydraulikkolbens wird die Dreieckplatte 2 um die Drehachse 6a geschwenkt und diese Bewegung wird durch die Gelenkstangen 10 an die Klemmeinrichtungen 4 übertragen, so dass diese eine oszillierenden, gegenläufige, Bewegung - quer zur Längserstreckung der Bänder, in deren Ebene - ausführen, die durch die Erwärmung der Schweißfuge und unter dem Druck der Klemmeinrichtungen gegeneinander, zum Verschweißen führt.
Wesentlich ist, dass die beiden Klemmeinrichtungen sich genau gegenläufig bewegen, so dass sich die Massenkräfte bei der Beschleunigung möglichst kompensieren, d. h. die Bewegung muss möglichst genau 180° phasenversetzt sein, um Unwuchten zu vermeiden.
Weiterhin ist es erforderlich die Amplitude der Oszillation veränderbar zu machen, weil beispielsweise am Ende der Schweißphase die Amplitude schnell und genau auf Null gefahren werden muss. In dieser Position verweilen die Klemmeinrichtungen für einen kurzen Moment, bis die Schweißnaht abgekühlt und belastbar ist.
Bei der Ausführung nach Figur 2 besteht die Scheibe aus einer recht- bzw. viereckigen Platte, an die zwei Hydraulikzylinder 7 angelenkt sind. Der Antrieb kann aber auch gemäß Figur 3 durch einen Exzenter 8,9 erfolgen, dessen Hub verstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Synchrongetriebe kann Anwendung finden beim Reibschweißen von Brammen mit flachen, rechteckigem Querschnitt, Knüppeln mit quadratischem Querschnitt und Profilen, wie Schienen, Doppel-T, und U- Profilen.
Bezugszeichenliste
1 Bramme (Brammenende)
2 Bramme (Brammenkopf) 3 Schweißfuge
4 Spannelemente
5 Hydraulikzylinder
6 Dreieckplatte
6a Drehachse
7 Hydraulikzylinder
8,9 Exenter
10 Gelenkstangen
Claims
Ansprüche
1 Synchronisationsgetriebe zum linearen Reibschweißen, mit dem die zu verschweißenden Endbereiche von miteinander in Berührung stehenden Flächen von zwei Komponenten (1 , 2) durch Klemmeinrichtungen (4) gehalten, aneinander gepresst und relativ zueinander gegenläufig oszillierend bewegt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über Gelenkstangen (10) mit einer einen festen Drehpunkt (6a) aufweisenden, in der Ebene der oszillierenden Klemmeinrichtungen drehbaren, Scheibe (6) verbunden sind, die ihrerseits an einen, die Scheibe (6) um die zentrale Achse oszillierend drehenden, Antrieb (5, 7, 8, 9) angelenkt ist.
2. Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Scheibe (6) als Dreieck ausgebildet ist und die Klemmeinrichtungen (4) unabhängig voneinander jeweils über die Gelenkstangen (10) mit den auf einer Dreieckseite liegenden Eckpunkten einer um eine zentrale Achse (6a) drehbaren Dreieckplatte (6) verbunden sind, die ihrerseits an der dieser Dreieckseite gegenüberliegenden Dreieckspitze an einen, die Dreiecksplatte (6) um die zentrale Achse (6a) oszillierend drehenden Antrieb (5) angelenkt ist.
3. Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb mindestens ein linear wirkender Hydraulikzylinder (5) ist.
4. Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb ein Exzenterantrieb (8,9) ist.
5. Synchronisationsgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hub der Klemmeinrichtungen (4) mittels längenveränderbarer Gelenkstangen (10) einstellbar ist.
6. Synchronisationsgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hub der Klemmeinrichtungen (4) mittels Veränderung des Schwenkwinkels der Scheibe (6) einstellbar ist.
7. Synchronisationsgetriebe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Scheibe (6) zwei gegenläufig wirkende Hydraulikzylinder (7) angelenkt sind.
8. Anwendung des Synchronisationsgetriebes nach den vorstehenden Ansprüchen zum Reibschweißen von Brammen, Knüppeln und Profilen.
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