JP2018537293A - 線形摩擦溶接機 - Google Patents

Abstract

本発明は、線形摩擦溶接機（１）に関する。線形摩擦溶接機（１）は、据込み加工ユニット（２）と発振器ユニット（３）とを備え、据込み加工ユニット（２）及び発振器ユニット（３）の各々は、工作物（１０）のための締付ホルダ（４、５）を有し、両方の締付ホルダ（４、５）は、そこに締め付けられた工作物（１０）が、工作物（１０）の表面（１２、１３）が互いに向き合って溶接され且つ互いに整列される状態で保持されるように設けられる。据込み加工ユニット（２）の締付ホルダ（４）は、発振器ユニット（３）の締付ホルダ（５）に対して直線状に移動可能であり、発振器ユニット（３）の締付ホルダ（５）は、据込み加工ユニット（２）の移動方向（ｃ）に対して横切るように直角な角度で、振動形式で往復動ができ、且つ振動方向においてばねのような態様で横方向に撓み得る垂直及び水平支持体（２０、２１、２８）の端部に取り付けられ、垂直及び水平支持体（２０、２１、２８）の他方の端部は、支持体本体（２３、２２、２４）に堅く固定される。ここで、支持体（２０、２１、２８）は、振動方向における撓み下で可撓性があるが、締付ホルダ（４、５）が据込み加工ユニット（２）の移動方向（ｃ）において負荷をかけられるときには、耐座屈性を有するように設計される。

Description

本発明は、線形摩擦溶接という溶接方法により、２つの工作物を互いに溶接することを可能にする線形摩擦溶接機に関する。

過去５０年ほどの間に初めて開発された摩擦溶接方法は、以下の原理に基づく。すなわち、溶接されることになり且つ互いに対して相対運動を行う２つの押し合わされた表面が、そのプロセス中に生じる摩擦の結果として次第に加熱される。これらの表面が十分な加熱度に達したとき、その後、これらの表面を互いに据込み加工又は圧縮する結果として、溶接を達成するために必要な局所的な圧力の増加が生まれる。

この場合に慣用される摩擦溶接方法の場合、これは、いわゆる回転摩擦溶接である。回転摩擦溶接では、工作物の当接する摩擦面が互いに対して同軸回転運動を行い、その結果、摩擦面の望ましい加熱が起こる。しかしながら、この場合、摩擦面では、それぞれの摩擦面の断面にわたって角速度が異なることが原因で、それぞれの摩擦面の内部で不均一な加熱が生じる。その結果、溶接点における強度分布も不均一となり、回転対称の断面のみが互いに溶接され得る。

数十年にわたり、多くの産業分野において、回転摩擦溶接が使われることが多くなっている（（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、（特許文献４）、（特許文献５）、（特許文献６））。一方、相互接続されることになる溶接面が互いに対して直線運動を行い、断面が長方形の部品も互いに溶接され得る線形摩擦溶接は、工業的製造に徐々にのみ導入されてきた。

ここで、長い部品、特にレール、の端面の線形摩擦溶接のための方法及びデバイスが（特許文献７）から既知である。ここで、２つの部品からなる端部の少なくとも一方は、摩擦を生じさせるために振動するように移動される。これは締付手段によって達成される。ここで、接続されることになる２つの部品は、それぞれにおいて締め付けられ、共通の駆動軸及び各締付手段の調整可能な偏心サスペンションを介して、２つの部品が当接した後で振動偏心運動するように設定される。これにより、接続されることになる部品の端面の加熱が生じる。しかしながら、この場合、溶接プロセスを実行するには、対応する摩擦温度に到達すると、溶接されることになる部品の２つの端部が、断面が一致した望ましい状態で溶接されることを達成するために、締付手段の停止位置が軸方向に整列していることが求められる。次いで、溶接のために、相互接続されることになる２つの表面への圧力付加が最後に実施される。これはいわゆる「据込みブロー（upset blow）」である。この文献の説明では、この据込みブローが実施されることになる方法について特定されていない。

上記の既知の摩擦溶接機は、とりわけ、賦形断面(profiled cross section)を有するレールなど、長手方向範囲が大きい２つの部品の端面の摩擦溶接のために使用することが確実に可能であり得る。しかしながら、この既知の摩擦溶接機は費用がかかる。その原因は、相互接続されることになる部品の端面の摩擦面において始まる、並進的相対運動である。この並進的相対運動は、部品の端部を締め付ける締付手段の対応する偏心駆動部による、対応するモータ駆動の回転軸を介した運動である。一方、この既知の摩擦溶接機は、チェーンの溶接部分が互いにつながる場合など、比較的小さい断面積の線形摩擦溶接を実施するためには実際的に使用され得ない。同様に、ここで使用される偏心駆動部は、高い振動数が発生させることはできず、これは生産速度を制限することになる。

独国特許出願公開第２９０９２６７Ｂ２号明細書 独国特許発明第３４３３５１９Ｃ１号明細書 独国実用新案第２０２００４００９９０９Ｕ１号明細書 旧東独国特許出願公開第２７３３５７Ａ３号明細書 独国特許出願公開第１９４７４７０Ａ号明細書 国際公開第２００６／０００３３０Ａ１号パンフレット 欧州特許出願公開第１４５９８３３Ａ１号明細書

上記に基づき、本発明は、ここで、線形摩擦溶接機であって、比較的小さい断面積を有する部品の溶接にも特に好適であり、複雑でなく、比較的単純な構造を有し、同時にまた高い生産速度を可能にする線形摩擦溶接機を提供することに向けられる。

本発明による線形摩擦溶接機は、据込み加工ユニットと発振器ユニットとを有する。据込み加工ユニット及び発振器ユニットの各々は、工作物のための締付ホルダが設けられる。両方の締付ホルダは、そこに締め付けられた工作物が、それぞれにおいて、溶接されることになる工作物の表面で互いに向き合い且つ互いに整列される状態に保たれるように設けられる。据込み加工ユニットの締付ホルダは、発振器ユニットの締付ホルダに対して直線状に移動し得る。発振器ユニットの締付ホルダは、据込み加工ユニットの移動方向に垂直に振動するように往復して移動し得、且つ振動方向において横方向に弾性的に撓み得る垂直及び水平支持体の端部に締結される。これらの支持体の他端部は、それぞれにおいてに支持体本体に堅く固定される。この支持体は、振動方向において撓んでいる間、可撓性があるが、締付ホルダに負荷がかけられている間、据込み加工ユニットの移動方向においては耐座屈性があるように設計される。

本発明による線形摩擦溶接機は、第１に、不可欠な構造上のデバイスとして据込み加工ユニットと発振器ユニットとを含む。工作物の挿入及び締付のための締付ホルダがこれらの２つのユニットの各々と関連している。この場合、この２つの締付ホルダは、それぞれにおいて、締め付けられた工作物が溶接されることになるそれらの表面が互いに向き合い且つ互いの方を向く。すなわち軸方向に互いに整列される状態でそこに保持されるように設計され且つ取り付けられる。この場合、据込み加工ユニットの締付ホルダは、発振器ユニットの締付ホルダに対して直線状に移動され得る。据込み加工ユニットの締付ホルダに保持された工作物は、溶接されることになるその工作物の端面が、発振器ユニットの締付ホルダに保持された工作物の端面に対して移動され、両方の端面の互いに対する軸方向に平行な整列を保持する。

本発振器ユニットは、本発明では、発振器ユニットに取り付けられた締付ホルダと共に、発振器ユニットが据込み加工ユニットの直線移動方向に垂直及び横断方向に振動するように往復して移動され得るように設計される。この場合、この発振器ユニットの締付ホルダは、振動方向において横方向に弾性的に撓み得る垂直及び水平支持体の端部に堅く締結される。支持体の他方の端部は、同様に支持体本体に堅く固定され、且つ支持体が振動方向において撓んでいる間、可撓性の挙動を示すが、据込み加工ユニットが接続される締付ホルダに負荷がかけられている間、据込み加工ユニットの移動方向において、耐座屈性があるように設計される。これは、これらの支持体が、揺り動かされる方向、すなわち振動方向において曲げ耐性をほとんど示さずない。一方で振動方向に垂直な方向において、すなわち据込み加工ユニットの締付ホルダの移動方向において、支持体の曲げ挙動が剛性であり且つ大きい曲げ耐性を有するように設計されることを意味する。支持体の「耐座屈性」設計は、その座屈安全性（有効な力に対する座屈力の比に対応する）が少なくとも５〜１０の範囲内にある場合に実現される。

この場合、この垂直及び水平支持体は、このような曲げ挙動に好適である任意の形態で設計され得る。しかしながら、特に好ましくは、垂直支持体はレール状の梁の形態で提供され、水平支持体は支持バーの形態で提供される。

レール状の梁の場合、すなわちレールの幅がその厚さより著しく大きい形態では、薄いレール幅の方向の曲げ耐性は、基本的に低いが、それに垂直な方向では垂直支持体は剛性があり且つ耐座屈性の挙動を有する。

発振器ユニットの締付ホルダの水平方向における支持をもたらす支持体の場合、望ましい曲げ挙動は、好ましくは、これらの支持体を支持バーの形態で設計することにより達成される。そのような水平バーの場合、対応する支持体の支持は、水平方向、すなわち（据込み加工ユニットの直線的な移動方向に対応する）支持バーの長手方向に作用する。この方向において極めて強い支持効果がある。その理由は、支持バーは、通常、その長手方向において極めて撓み剛性があり、耐座屈性のある挙動を示すからである。しかしながら、他方では、そのような支持バーは、それらの長手方向範囲に垂直の、すなわち、本発明による線形摩擦溶接機の場合の発振器ユニットの振動方向に見たときの、支持バーの曲げ挙動において、比較的可撓性且つ弾性である。この方向における曲げ耐性の値は、概して支持バーの材料によって決定される。

支持体は、機能的挙動に好適な任意の材料からなり得るが、特に最も好ましくは、好適な鋼、例えば、使用時の断面を特に小さい設計とすることができる４２ＧｒＭｏ４などの高強度熱処理鋼から製造される。

本発明による線形摩擦溶接機の場合、好ましくは、バー状に設計された水平支持体が好ましくは使用される。これらのバーの寸法決めは、線形摩擦溶接機及び溶接されることになる部品のサイズ、並びにバーのために使用される材料に依存する。チェーンリンクの溶接のために本出願人により使用されたテスト機械において、バーの長さは４０ｃｍであった。一方、使用された垂直支持体は、長さが３５ｃｍとなるように設計された。これらの長さは、発振器デバイスの振動並進運動の振幅が、実際には溶接されることになる工作物に依存するが、いずれの場合も１００Ｈｚ以下の周波数で、２．５ｍｍ以下となるように、垂直支持体及びバーの形状並びにそれらの材料から選択される。

本発明による線形摩擦溶接機において使用される水平及び垂直支持体の数は、この機械の指定された作動領域に対応して選択される。しかしながら、原則として、いずれの場合においても、互いに平行な少なくとも２つの垂直支持体及び互いに平行な少なくとも２つの水平支持体が設けられると有利である。

好ましくは、垂直支持体は、発振器ユニットの締付ホルダが、垂直支持体によって下向きの方向及び上向きの方向の両方において垂直に支持されるように配置される。

また、特に好ましくは、本発明において、各締付ホルダは下ホルダ部と上カバー部とを含むように設計される。下ホルダ部と上カバー部との間において、収容された工作物は、確実に係止されないように及び／又は確実に係止されるように締め付けられ得る。工作物を挿入又は除去するために、各締付ホルダの上カバー部は、特に好ましくは垂直に上向きの方向に移動又は除去され得る。

また、本発明の特に好ましい実施形態は、各場合に、垂直支持体に接続された発振器ユニットの締付ホルダの下ホルダ部及び上カバー部と、同様に水平支持体に接続された下ホルダ部との両方を含む。水平支持体は、据込み加工ユニットから離れる方を向くその側面で締付ホルダを支持する。

据込み加工ユニットの締付ホルダが、発振器ユニットの締付ホルダに対して直線状に移動され得る保持アームに取り付けられるなら、さらに好ましい。

発振器ユニットの締付ホルダの並進運動を実行するために、この発振器ユニットの締付ホルダは、好ましくは、この発振器ユニットの締付ホルダを往復して移動させるための油圧式パルセータに接続される。下ホルダ部及び上カバー部で締付ホルダを設計する場合、下ホルダ部は、有利にはこのパルセータに接続される。この場合、パルセータから締付ホルダの下ホルダ部への振動運動の伝達中、締付ホルダに保持された工作物を上から締め付ける上カバー部も振動中に移動され、上カバー部による下ホルダ部の締付位置を維持する。

より好ましくは、油圧式パルセータは、振動方向に向いた接続ロッドを介して、好ましくは継ぎ手も介在して発振器ユニットの締付ホルダの下ホルダ部に接続され、ひいては本発明による線形摩擦溶接機の機械フレームに締結される。

好ましくは、油圧式パルセータとして、作動中、最大で２．５ｍｍの調整可能振幅及び最大で１００Ｈｚの調整可能周波数で作動し得るタイプが使用される。この結果、本発明による線形摩擦溶接機の大きい作動範囲がカバーされ得る。

各締付ホルダの上カバー部が、その垂直上昇のために、作動ロッドを介して、線形摩擦溶接機の機械フレームに取り付けられる油圧式シリンダに接続されるなら好ましい。発振器ユニットの締付ホルダの上カバー部の垂直支持体は、特に好ましくは共通のホルダに堅く固定される。共通のホルダは、ひいては締付ホルダの上カバー部の垂直上昇のために作動ロッドに締結される。ホルダの上向きの運動により、発振器ユニットでの締付ホルダの上カバー部の全ての垂直支持体は、同時に上昇することができ、その結果、締付ホルダの下ホルダ部に対する工作物の迅速な挿入又は除去が可能である。

本発明において、発振器ユニットの締付ホルダの下ホルダ部の垂直及び水平支持体の支持体本体は、好ましくは機械フレームによって形成されるか、又は機械フレーム上で直接支持される。いずれの場合も、発振器ユニットの垂直及び水平支持体が常にそれらに堅く取り付けられることが確保される。

本発明において、据込み加工ユニットがその直線移動のために油圧式作動シリンダに接続されるならさらに好ましい。油圧式作動シリンダを介して、据込み加工ユニットの締付ホルダに保持された工作物は、調整可能な押圧力（pressing on pressure）下において、発振器ユニットの締付ホルダに保持された工作物に対して押圧され得る。１０Ｎ／ｍｍ^２〜２５０Ｎ／ｍｍ^２、特に好ましくは３０Ｎ／ｍｍ^２〜５０Ｎ／ｍｍ^２の範囲における押圧力が好ましくは設定される。

有利な実施形態において、本発明による線形摩擦溶接機に中央制御デバイスが設けられる。中央制御デバイスは、機械の作動中に実施されることになる独立した機械要素の全ての作動を制御するのに役立ち、且つ特にパルセータの係合及び係合解除、据込み加工ユニットの直線移動、据込み加工ユニットの締付ホルダに保持された工作物の、発振器ユニットの締付ホルダに保持された工作物に対する押圧、据込み加工プロセスの完了の実行、並びにまた溶接されることになるか又は溶接されている工作物の挿入又は除去のためのカバー部の開口及び閉鎖を制御する。

本発明による線形摩擦溶接機には、根本的に、その振動部に関して、玉軸受又はスライド軸受などの機械的継ぎ手を全く使用しないという大きい利点がある。機械的継ぎ手は、高い振動数及び負荷がかかると、使用可能期間が比較的短期間のみになることが既知である。むしろ、本発明による線形摩擦溶接機の発振器ユニットはそのような軸受なしで済ますことができ、且つ摩耗がなく、耐久性があり、生じている振動運動を伝導し、同時にまた摩擦面において開始された圧力及び据込みブロー中に解放された力を支持する可撓弾性の機械要素で作動する。したがって、本発明による線形摩擦溶接機の発振器ユニットは、特に経済的で効率的であり、同時にまた、比較的単純な方法で設置することができ、いかなる問題もなく高い振動数を可能にする構造をもたらす。

チェーンリンクなどの１つ又は複数の断面からなる工作物に加えて、さらに、窓フレームなどのフレーム状の工作物、並びに、複雑な形状を有する工作物が本発明による線形摩擦溶接機で溶接され得る。このために、溶接されることになる工作物に対して、締付ホルダを備えた機械が対応するように適合させることだけがそれぞれの場合に行われればよい。

本発明は、添付の図面を参照して一例として以下でより詳細に説明される。

本発明による線形摩擦溶接機の基本的な側面図を示す。 線形摩擦溶接機の正面側（図１における右側の機械側面）に向かう視線方向における図１の線形摩擦溶接機の斜視図を示す。 （図１における視線方向Ａで見た）図１による線形摩擦溶接機の正面図を示す。 図２の図と比べて反時計回りにおよそ９０°回転した位置にある図１の線形摩擦溶接機の斜視図を示す。

図に示されているのは、本発明による線形摩擦溶接機の実施形態、具体的には側面図（図１）、正面図（図３）、及び反時計回りに９０°回転された２つの位置にある線形摩擦溶接機を示す２つの斜視図である。

図において、同じ部品に同じ符号が付されている。

第１に、図１の図を取り上げることができる。図１において、据込み加工ユニット２及び発振器ユニット３を含む線形摩擦溶接機１が側面図で示されている。

この場合、据込み加工ユニット２には締付ホルダ４が設けられ、発振器ユニット３には締付ホルダ５が設けられる。

締付ホルダ４は下ホルダ部６を含み、締付ホルダ５は下ホルダ部８を含む。それぞれにおいて、溶接されることになる工作物１０が挿入される。挿入された工作物１０の各々は、それぞれ他の締付ホルダ４又は５における工作物１０の対向する側で、工作物１０が収容された締付ホルダ４又は５からわずかに突出する。

据込み加工ユニット２の締付ホルダ４は、下ホルダ部６に加えて上カバー部７を含み、発振器ユニット３の締付ホルダ５は、下ホルダ部８に加えて上カバー部９を含む。上カバー部７及び９は、それぞれ、工作物が締付ホルダ４及び５に挿入された状態で、それぞれ関係する工作物１０を関係する下ホルダ部６又は８に対してその上側から締め付ける。このようにして工作物１０を移動しないように固定する。

上カバー部７及び９の各々は、関係するホルダ１４又は１５に取り付けられる。ホルダ１４又は１５は、締付ホルダ４又は５を開くために、垂直に上方へ移動する作動ロッド１６又は１７を介して上向きに移動され得る。その結果、工具１０が、関連する締付ホルダ４又は５に挿入され得るか、又は既に溶接された工作物１０が締付ホルダ４及び５から除去され得るかのいずれかとなる。

各作動ロッド１６及び１７は、この場合、対応する駆動デバイス（図示せず）に接続される。駆動デバイスは、好ましくは、それぞれ油圧式シリンダの形態で設計され、且つ図示の線形摩擦溶接機１の機械フレーム２４（図では基本的にのみ示されている）に締結される。

例えば図１から明らかなように、据込み加工ユニット２の締付ホルダ４の上ホルダ１４は、その作動ロッド１６の下端に直接接続される。
発振器ユニット３の締付ホルダ５の上ホルダ１５は、その作動ロッド１７の下端に直接接続されない。むしろ、この場合、互いに平行である３つの垂直に延在するレール状支持体２０が挿入される（図２及び３参照）。レール状支持体２０は、レール状支持体２０のそれぞれの下端により、ホルダ１５に堅く締結され、且つレール状支持体２０のそれぞれの上端により、横断方向に延在するホルダ２２に堅く締結される。
横断方向に延在するホルダ２２は、その上側でかつ中央で作動ロッド１７の下端に接続される。

発振器ユニット３の締付ホルダ５のカバー部９がその中に据えられる上ホルダ１５が垂直支持体２０の下端に堅く締結される。それと同じように、発振器ユニット３のホルダ部８の下ホルダ１９も、３つの平行なレール状垂直支持体２１を介して下向きの方向に支持される（図２及び３参照）。これらの支持体２１は、それらの上端によりホルダ１９の下側に堅く締結され、それらの下端により、支持ブロック２３に堅く取り付けられる。支持ブロック２３は、図において簡易的に描かれた、線形摩擦溶接機１の機械フレーム２４の一部で支持される。

据込み加工ユニット２の支持ブラケット１１がベースプレート２５（図１及び４）に据えられる。ベースプレート２５は、好適な方法で機械フレーム２４に締結される。この場合、支持ブラケット１１は、ベースプレート２５上において、発振器ユニット３に向かう方向又は発振器ユニット３から離れる方向に直線的に可動に取り付けられる。図４に示されるように、長手方向案内レール２６は、対応する案内スロットに係合し、且つそれぞれに隣接するホルダ１８において動くことができるように案内され、これらのホルダ１８を介してベースプレート２５上に保持される。

据込み加工ユニット２の移動は、作動ロッド２７を介して行われる。作動ロッド２７は、油圧式シリンダ（図示せず）を介して矢印ｃの方向に作動される（図１及び４参照）。この方向ｃは、発振器ユニット３に向かう方向又は発振器ユニット３から離れる方向における据込み加工ユニット２の直線移動方向に対応する。

据込み加工ユニット２及び発振器ユニット３の互いに対する向きは、締付ホルダ４，５に収容された工作物１０が、工作物１０の向き合う端面１２及び１３により、軸方向に整列し且つ断面が一致する態様で、互いの方を向くように選択される。据込み加工ユニット２の移動方向ｃは、工作物１０の中心軸の方向に平行に向く。図１の下の詳細図は、溶接されることになる２つの工作物１０を示す。これらは、２つの半部の形態をとるチェーンリンクである。この図は、溶接プロセスの前に締付ホルダ４及び５に保持されるときの２つの工作物１０について、互いに対する相対的関係で示している。

発振器ユニット３のホルダ部８の下ホルダ１９は、据込み加工ユニット２の反対側で、互いに平行である２つの丸いバー状の支持体２８を介して、据込み加工ユニット２の移動方向ｃにおいて機械フレーム２４の一部に堅く締結される。ホルダ１９へのバー２８の締結も剛性があるように行われる。

発振器ユニット３のホルダ１９は、据込み加工ユニット２の移動方向ｃに対して横断方向に、水平に横たわる作動ロッド２９を介して、好適な継ぎ手３０を介在させて、機械フレームに締結されたハイドロパルセータの形態の発振器デバイス（ここでも図示せず）に接続される。継ぎ手３０を介して往復の振動運動が矢印ｄの方向にホルダ１９に伝えられ得る（図２及び３）。

振動方向ｄは、支持体２８の向き及び据込み加工ユニット２の直線調整運動の方向ｃに垂直に向いている。この場合、好ましくは、ハイドロパルセータが使用される。ハイドロパルセータの振幅及び周波数は調整可能であり、且つハイドロパルセータは、好ましくは、調整可能な最大振幅又は２．５ｍｍで作動し、１００Ｈｚの調整可能な最大周波数で作動する。テスト機械において、ハイドロパルセータの撓み力は、この場合、１．５ｍｍのホルダの撓みで７．７ＫＮ、２．５ｍｍの撓みで１３．８ＫＮであった。

発振器ユニット３の垂直支持体２０，２１並びに水平支持体２８は、振動方向ｄに、すなわち据込み加工ユニット２の移動方向ｃに対して垂直な方向に、作動ロッド２９を介したハイドロパルセータによるホルダ１９の作動中、支持体が弾性的可撓性を有して曲がり得るように設計される。支持ブロック２３又は機械フレーム２４への支持体の剛性の締結は変わらないままである。

上ホルダ２２は、３つの上垂直支持体２０の上端が締結され、且つひいては上作動ロッド１６に接続される。上ホルダ２２は、発振器ユニット３の上カバー部９を支持するホルダ１５を上ホルダ２２と併せて上向きの方向に上昇させるために、及び結果として締付ホルダ５の下ホルダ部８に据えられた工作物１０へのアクセスを可能にするために、上作動ロッド１６の移動によって上向きの方向に上昇され得る。上ホルダ２２のこの上昇運動中、上ホルダ２２は、その上側に取り付けられた２つの平行な案内ロッド３２を介して案内される。案内ロッド３２の各々は、静止案内プレート３１におけるその関連する案内開口を通過し、その案内開口において、ホルダ２２の昇降運動中に各案内ロッドが動くことができるように案内される。この目的のために、図３において、案内プレート３１は、作動ロッド１６及び案内ロッド３２とのその関連を説明するために局所的に断面で示される。

垂直上支持体２０及び下支持体２１は、上垂直支持体２０がそれぞれ下垂直支持体２１と整列されるように発振器ユニット３に取り付けられる。この場合、垂直上支持体２０及び下支持体２１は、幅Ａ及び長さＬの、反対側に配置された、２つの大きい側面を有する、長手方向レールの形態で設計される（図１）。この反対側に配置された２つの大きい側面は、幅Ｂの狭い側を介して相互接続される（図２）。
鋼などの好適な弾性的に曲げられる材料でできた垂直支持体２０、２１の設計において、狭い側の幅Ｂを、大きい側面の幅ＡがＢより極めて遥かに大きくなる、好ましくは少なくとも８〜１２倍だけＢより大きくなるような方法で設計することにより、これらのレール状支持体２０、２１の振動方向ｄにおける曲げ耐性が比較的低く、この場合、これらの支持体は、この曲げ方向において可撓性であるように挙動することが確実になる。
一方で、据込み加工ユニットの移動方向ｃに力が付加された場合、２つの工作物１０がそれらの向かい合う端面１２及び１３により互いに対して押圧する間に、この力が生じて、発振器ユニット３に作用すると、振動方向ｄに垂直な方向の垂直支持体２０、２１の曲げ又は座屈が極めて大きい抵抗に遭う。その場合、支持されることになる、生じている力の影響で、垂直支持体２０，２１の、方向ｃへの曲げは生じないことが確実になる。

Ｄの直径（図４）及びＥのバー長さ（図１）を有する丸いバーの形態の水平支持体２８は、据込み加工ユニット２の移動方向ｃに極めて強い支持をもたらすという事実もこれに追加される。その理由は、水平支持体２８がこの方向に平行に配置されるため、水平支持体２８の長手方向軸の方向ｃにおいて力が生じている間に負荷がかけられるからであり、一方で振動方向ｄにおいて横方向に撓んでいる間、比較的可撓性のある曲げ挙動が存在する。

レール形態の垂直支持体２０，２１並びに丸いバーの形態の支持体２８は、特定の曲げ挙動に好適である任意の材料及び任意の形状からなり得る。しかしながら、最も好ましくは、耐久性がある機械ばね特性を有し、且つ、可撓性ばねの意味において、長い使用期間にわたって信頼性があり、摩耗のない態様で作動する好適な鋼から製造される。

ここで、２つの工作物１０が図示の線形摩擦溶接機１を使用して互いに溶接されることになる場合、第１に、据込み加工ユニット２の締付ホルダ４において締め付けられた工作物１０が、据込み加工ユニット２を介して、発振器ユニット３において締め付けられた工作物１０の向かい合う端面１３に対して、２つの締め付けられた工作物１０の端面１２及び１３が互いに押し当てられるまで、直線状に移動される（図１、下の詳細図を参照）。 このプロセスにおいて、据込み加工ユニット２は、発振器ユニット３において締め付けられた工作物１０に対する据込み加工ユニット２において締め付けられた工作物１０の押圧力が、所定の値に到達するように、発振器ユニット３に向かって移動される。所定の値は、溶接されることになる２つの工作物１０の鋼のタイプに依存して選択され、且つ３０Ｎ／ｍｍ^２〜５０Ｎ／ｍｍ^２の範囲内で選択されることが多い。
２つの工作物１０が互いに押し当てられる場合、発振器ユニット３の締付ホルダ５において締め付けられた工作物１０は、ハイドロパルセータの起動により、対応する振動に設定される（図２及び３における矢印ｄを参照）。
このプロセスにおいて、摩擦面において生じる両方の工作物１０（このうち、発振器ユニット３において緊密に締め付けられた工作物１０のみが振動運動を実行する）間の相対的な運動の結果として、摩擦ゾーンにおける材料が次第に加熱される。同時に、据込み加工ユニット２は、押圧力を維持するために、かつ加熱中に生じる軟化条件を補償するために、発振器ユニット３に向かう方向に、かつこのプロセスにおいて所定の力の範囲内で制御された方法で、移動される。

ベースプレート２５又はホルダ１８に取り付けられた所定の距離マーカーに到達すると、２つの工作物１０の互いに対する押圧力を維持しつつ、据込み加工ユニット２の運動は終了し、ハイドロパルセータの形態の発振器デバイスも３〜４回の振動にわたって停止される。その後、据込み加工ユニット２は、短い所定の時間にわたり、例えば５秒にわたり休止し、その後、据込み加工ユニット２及び発振器ユニット３の締付ホルダ４,５の上カバー部７，９が垂直に上向きに移動される。次いで、据込み加工ユニット２は、発振器ユニット３から離れるような方向に移動され、溶接された完成製品は、例えば手動で又は好適な把持デバイスにより除去される。

据込み加工ユニット２が、発振器ユニット３において締め付けられた工作物１０に対するその押圧運動を終える距離マーカーの位置は、振動の結果としての摩擦面における加熱プロセス（これは、据込み加工ユニット２がその押圧運動を終えるまで２つの工作物１０間で起きていた）により、当接ポイントで材料が十分に「ペースト状」の形態であるように選択される。発振器ユニット３の振動運動の中断後、据込み加工ユニット２は、所定の押圧力により、それに保持された工作物１０を他方の工作物上で据え込み加工する。このプロセスにおいて、ペースト状材料は、両方の工作物１０の端部断面が互いに完全に溶接されるまで、この摩擦溶接の過程で当接ポイントから側面へ押し出される。

図示の線形摩擦溶接機１には、中央制御デバイス（図示せず）が設けられる。中央制御デバイスは、確立された独立した仕様（とりわけ押圧力の値、据込み加工ユニットから離れての操作、ハイドロパルセータの起動）を順守する一方、工作物１０の望ましい線形摩擦溶接が達成されるように、本機械が使用されるときに実施されることになる全てのプロセスを制御する。

Claims (19)

1. 据込み加工ユニット（２）と発振器ユニット（３）とを含む線形摩擦溶接機（１）であって、
   前記据込み加工ユニット（２）及び前記発振器ユニット（３）の各々は、工作物（１０）のための締付ホルダ（４、５）を有し、
   両方の締付ホルダ（４、５）は、そこに締め付けられた工作物（１０）が、前記工作物（１０）の表面（１２、１３）が互いに向き合って溶接され且つ互いに整列される状態で保持されるように設けられ、
   前記据込み加工ユニット（２）の前記締付ホルダ（４）は、前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）に対して直線状に移動し得、
   前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）は、前記据込み加工ユニット（２）の移動方向（ｃ）に垂直に振動するように往復して移動し得、且つ
   振動方向（ｄ）において、横方向に弾性的に撓み得る垂直及び水平支持体（２０、２１、２８）の端部に締結され、
   前記垂直及び水平支持体（２０、２１、２８）の他方の端部は、支持体本体（２３、２２、２４）に堅く固定され、
   前記振動方向（ｄ）において、弾性的に撓み得る前記支持体（２０、２１、２８）は、しかしながら、前記据込み加工ユニット（２）の前記移動方向において前記締付ホルダ（４、５）に負荷がかけられている間、座屈に抵抗するように挙動する、線形摩擦溶接機（１）。
2. 前記垂直支持体（２０、２１）は、レール状の梁の形態で設計されることを特徴とする、請求項１に記載の線形摩擦溶接機。
3. 前記水平支持体（２８）は、支持バーの形態で設計されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の線形摩擦溶接機。
4. 各場合において、互いに平行な少なくとも２つの垂直支持体（２０、２１）及び互いに平行な少なくとも２つの水平支持体（２８）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
5. 前記支持体（２０、２１、２８）は、鋼からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
6. 前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）は、垂直支持体（２０、２１）により、下向きの方向及び上向きの方向の両方において、垂直に支持されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
7. 前記据込み加工ユニット（２）の前記締付ホルダ（４）は、前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）に対して直線状に移動し得る支持ブラケット（１１）に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
8. 各締付ホルダ（４、５）は、下ホルダ部（６、８）と上カバー部（７、９）とを備え、前記下ホルダ部（６、８）と前記上カバー部（７、９）との間において、収容された工作物（１０）は、確実に係止されないように及び／又は確実に係止されるように締め付けられ得ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
9. 工作物（１０）を挿入又は除去するために、各締付ホルダ（４、５）の前記上カバー部（７、９）は、前記上向きの方向に垂直に移動し得ることを特徴とする、請求項８に記載の線形摩擦溶接機。
10. 前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）の前記下ホルダ部（８）及び前記上カバー部（９）の両方は、垂直支持体（２０、２１）に接続され、
    前記下ホルダ部（８）は、前記水平支持体（２８）にも接続されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の線形摩擦溶接機。
11. 前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）の前記下ホルダ部（８）の両方は、振動並進運動を開始するために油圧式パルセータに接続されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
12. 前記油圧式パルセータは、前記振動方向（ｄ）に向けられる接続ロッド（２９）を介して前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）の前記下ホルダ部（８）に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の線形摩擦溶接機。
13. 前記油圧式パルセータは、作動中、調整可能な振幅又は最大で２．５ｍｍ及び最大で１００Ｈｚの調整可能な周波数で作動し得ることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の線形摩擦溶接機。
14. 各締付ホルダ（４、５）の前記上カバー部（７、９）は、その垂直移動のために、作動ロッド（１６、１７）を介して、前記線形摩擦溶接機（１）の機械フレーム（２４）に取り付けられる油圧式作動シリンダに接続されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
15. 前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）の前記上カバー部（９）の前記垂直支持体（２０）は、共通の支持体本体（２２）に堅く固定され、
    前記共通の支持体本体（２２）は、ひいては前記締付ホルダ（５）の前記上カバー部（９）の前記垂直移動のために前記作動ロッド（１７）に締結されることを特徴とする、請求項１４に記載の線形摩擦溶接機。
16. 前記発振器ユニット（３）の前記下ホルダ部（８）の前記垂直及び水平支持体（２０、２１、２８）の前記支持体本体は、
    前記機械フレーム（２４）によって形成されるか、又は
    前記機械フレーム（２４）上で直接支持されることを特徴とする、請求項１５に記載の線形摩擦溶接機。
17. 前記据込み加工ユニット（２）は、その直線移動のための油圧式作動シリンダに接続され、
    前記油圧式作動シリンダを介して、前記据込み加工ユニット（２）の前記締付ホルダ（４）に保持された工作物（１０）は、調整可能な押圧力下において、前記発振器ユニット（３）の前記締付ホルダ（５）に保持された工作物（１０）に対して押圧され得ることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。
18. 前記押圧力は、１０Ｎ／ｍｍ^２〜２５０Ｎ／ｍｍ^２、好ましくは３０Ｎ／ｍｍ^２〜５０Ｎ／ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項１７に記載の線形摩擦溶接機。
19. 中央制御デバイスは、前記機械の作動中の全ての運転シーケンスを制御するために提供されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の線形摩擦溶接機。

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