KR20070043845A - 마찰 용접 연결용 체결 요소의 지지를 위한 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부재에 마찰 용접 연결을 하고 체결 요소에 작용하는 회전력과 접촉력(contact force)을 전달하기 위해서 팔로워 프로파일(follower profile)(17)과 각각의 방사상 접촉 표면을 구비한 체결 요소(1)를 지지하기 위한 척에 관한 것이다. 환상의 수용 요소(9)는 상기 회전력을 전달하기 위하여 척(2)에 구비되며, 상기 수용 요소는 삽입된 축방향 다각형 프로파일을 포함하는 체결 요소를 꼭 맞게 둘러싼다. 상기 척은 상기 환상의 수용 요소(9)에 후퇴 가능한 접촉 부분(18, 27)을 포함하며, 이것은 상기 요소에서 안내되며 상기 수용 요소에서 횡방향 개구부(12)를 통해서 체결 요소가 삽입될 수 있도록 하기 위하여 상기 요소 내에서 후퇴할 수 있으며, 상기 접촉 부분은 상기 개구부 뒤로 후퇴한다. 체결 요소의 삽입 후에, 상기 체결 요소가 회전 중에 마찰 용접 위치에서 상기 부재에 대해서 압착할 수 있도록 하는 방식으로 상기 접촉 부분은 상기 체결 요소의 접촉 표면(19)에 대향한 지지 위치로 이동될 수 있다.상기 지지 위치에서, 환상의 수용 요소로 삽입된 상기 체결 요소는 반경 방향으로 내측으로 돌출한 후퇴 가능한 정지 부분(10, 11)에 의해서 축방향으로 지지된다.

척, 체결 요소, 마찰 용접, 억제 부분(arresting part), 압력 피스, 환상의 리셉터클.

Description

마찰 용접 연결용 체결 요소의 지지를 위한 척{CHUCK FOR RETAINING FIXING ELEMENTS FOR A FRICTION WELDED CONNECTION}

본 발명은 체결 요소를 지지하기 위한 척에 관한 것이며, 각각의 체결 요소는 부재에 마찰 용접 연결을 하고 체결 요소에 작용하는 회전력과 압착력을 전달하기 위하여 반경 방향의 압력 표면과 드라이빙 프로파일(driving profile)을 구비하고 있다.

이러한 척은 미국 특허 제4,850,722호에서 제시되고 설명되어 있다. 공지의 척은 나사식 스터드(threaded stud)를 포함하는 특정의 체결 요소에 적합하며, 상기 나사식 스터드의 전면은 각각의 부재에 마찰 용접됨으로써 결합되는 표면을 형성한다. 상기 스터드는 상기 전면과 떨어져 있는 플랜지를 구비하며, 상기 플랜지는 회전력과 압착력을 전달하도록 형성되며, 상기 스터드 전면의 반대편 부분이 형태에 있어서 다소 원뿔형이며, 그리고 융기부(ridge)와 함께 반경 방향을 지향하는 연속적인 플루트 홈(flute)이 구비되어 있다. 이런 식으로 지향된 상기의 플루트 홈들은 함께 상기의 원뿔을 형성하며, 이 때 상기의 플루트 홈을 통해서 회전력을 받고 상기의 플랜지의 반경 방향 부분을 통해서 압착력을 받으며 마찰 용접을 위해서 상기의 힘들을 스터드의 생크(shank)를 통해서 스터드의 전면으로 전달하는 상 응하게 형성된 척에 의해 수용되는 역할을 한다. 스터드를 기초로 하는 마찰 용접 공정에서는 상당한 회전력과 압착력 둘 모두를 가하는 것이 필요하기 때문에, 플랜지의 상기 표면의 플루트 홈이 형성된 형태는 상기 개개의 플루트 홈의 구배가 상기 플랜지로부터 주기적으로 멀어지게 되는 경향을 사용된 마찰 용접 장치의 척에게 가져다준다는 것을 의미할 수 있으며, 이것은 결과적으로 요동 운동(shaking motion)을 가져올 수 있으며, 무엇보다도 축방향에서, 이것은 마찰 용접 작업을 위해서 바람직하지 못하다. 스터드에 작용하는 회전력과 압착력은 중심의 구멍을 가지고 있는 압력 피스(pressure piece)에 의해 보통 가해진다. 스터드는 스터드의 플랜지가 플랜지의 각각의 면에 적합한, 즉 마찬가지로 형태에 있어 원뿔형이며 플루트 홈이 구비된 압력 피스의 전면에 직면하기까지 압력 피스의 구멍으로 삽입된다. 압력 피스의 플루트 홈은 플랜지의 플루트 홈에 꼭 맞는다. 회전력과 압착력을 받는 플랜지의 형태가 요동 운동 발생의 문제점을 야기할 수 있다는 사실과는 별개로, 공지의 척은 스터드의 단일 처리에만 적합한데, 왜냐하면 부재에 마찰 용접되는 각각의 스터드를 손을 사용해서 척 안으로 뒤이은 압착의 방향의 반대 방향으로 삽입해야 하기 때문이다. 따라서 상기 척은 스터드의 자동 공급에는 적합하지 못하며, 이것은 상기 공지의 척의 또 다른 문제점을 구성한다.

본 발명의 목적은 마찰 용접 연결용의 체결 요소의 지지를 위하여 상기한 종류의 척을 새로 만드는 것이며, 한 편으로 상기의 척은 체결 요소의 자동 공급을 가능하게 하며, 다른 한 편으로는 압착력의 축방향과 압착력 자체에서 각각의 체결 요소를 안내하는 것이 현저하게 정확하게 행해질 수 있어서 튼튼하게 용접될 수 있도록 하면서 체결 요소와 부재에서 최소한으로 가능한 범위에서 물질을 제거하고, 그 결과 특히 얇은 부재 즉, 특히 얇은 금속판에서 마찰 용접 연결이 적합하도록 하는 마찰 용접 연결을 가능하게 하는 방식으로 회전력과 압착력을 가할 수 있다. 본 발명의 목적은 상기 척이 회전력을 전달하기 위하여 환상의 리셉터클(annular receptacle)을 구비하기 때문에 달성될 수 있으며, 상기 환상의 리셉터클은 삽입된 체결 요소를 꼭 맞게 감싸며(snugly embrace), 상기 체결 요소는 축방향의 다면 프로파일(axial multi-sided profile)을 가지며, 상기 척은 압력 피스를 포함하며, 상기 압력 피스는 상기 환상의 리셉터클로부터 멀리 잡아 당겨지게 형성되며, 상기 압력 피스는 상기 환상의 리셉터클에서 한정되는 관에 의해서 안내되며 상기 관의 횡방향 개구부를 통해서 체결 요소를 공급하기 위하여 상기 관에서 상기 개구부 뒤로 후퇴할 수 있으며 체결 요소의 삽입 후에는 마찰 용접 위치에서 체결 요소가 그 회전 중에 작업편(workpiece)에 대해서 압착을 하도록 체결 요소의 압력 표면에 대향해서 대기 위치로 앞으로 나갈 수 있으며, 대기 위치에서, 환상의 리셉터클로 삽입된 체결 요소는 반경 방향으로 내측으로 돌출한 후퇴 가능한 억제 부분(arresting part)에 의해서 환상의 리셉터클의 단부 위치에 축방향으로 지지된다.

본 발명에 따른 척에서는, 별도의 도구 요소가 한 편으로는 회전력을 가하고 다른 한 편으로는 압착력을 가하기 사용된다. 즉, 회전력을 위해서는 척에 의해서 결합된 체결 요소의 축방향 다면 프로파일에 적합하고 상기 다면 프로파일을 꼭 맞게 감싸는 환상의 리셉터클이 사용된다. 압착력은 압력 피스에 의해 가해지면, 상기 압력 피스는 환상의 리셉터클 내에서 후퇴 가능하도록 형성되며 환상의 리셉터클에서 안내된다. 상기 압력 피스는 상기 환상의 리셉터클에서 뒤로 많이 후퇴할 수 있어서 처리를 위한 새로운 체결 요소가 환상의 리셉터클의 횡방향 개구부를 통해서 상기 체결 요소가 압력 피스에 의해 방해 받지 않고서 매 번 삽입될 수 있으며, 상기 개구부는 개구부 뒤로 후퇴할 수 있다. 상기 다면 프로파일은 예를 들어 육각형의 프로파일일 수 있으며, 바람직하게는 예를 들어 육각형의 볼트와 육각형의 너트에서 사용될 수 있다. 그러나 물론 다른 다면 프로파일, 보다 구체적으로 정사각형 프로파일을 사용하는 것도 선택적으로 가능하다. 마찰 용접 작업을 위해서, 압력 피스는 이 때 환상의 리셉터클 안에서 체결 요소에 대해서 압착되며, 상기 체결 요소는 압착력을 받기 위하여 상기의 반경 방향의 압력표면을 구비하고 있다. 이러한 형태는 회전력과 압착력 각각이 개별적으로 가해지고 따라서 상응하는 정확도로 조절될 수 있도록 보장하며, 왜냐하면 각각의 힘을 조절하는 것이 어떤 방식으로도 다른 힘에 의해서 불리한 영향을 받을 수 없기 때문이다. 일단 삽입된 후에는 체결 요소가 그 대기 위치에서 마찰 용접 연결을 위하여 지지되는 것을 보장하기 위해서, 상기의 환상의 리셉터클은, 환상의 리셉터클의 횡방향 개구부를 통해서 삽입된 체결 요소를 붙잡고 체결 요소를 처리 시까지 제 위치에 안전하게 지지하는 반경 방향으로 내측으로 돌출하는 후퇴 가능한 억제 부분(arresting part)이 구비된다.

체결 요소가 척으로 삽입되었을 때 환상의 리셉터클에 있는 안전한 지지부가 확실히 제공되도록, 바람직하게는 환상의 리셉터클이 상기 압력 피스로부터 멀어지는 방향에서 체결 요소와 접촉하는 곳까지 그 외측 개구부를 좁히도록 설계된다. 체결 요소의 드라이빙 프로파일과 함께 상기 외측 개구부로 미끄러지자마자 상기 체결 요소는 이 때 환상의 리셉터클에 의해서 드라이빙 프로파일이 결함됨으로써 축방향으로 안전하게 지지되며, 이로써 후속의 마찰 용접 작업이 정확하게 중심을 맞춰서 실시되도록 할 수 있다.

스터드형의 체결 요소의 처리를 위하여, 척에 있는 체결 요소에 실제의 마찰 용접 작업의 시작 전에 후퇴해 있는 억제 부분(arresting part)과 또한 척에 있는 소정의 지지부를 제공하기 위하여, 상기 압력 피스의 구멍의 영역에는 압력 피스의 구멍으로 부분적으로 돌출하는 클램핑 피스(clamping piece)가 압력 피스의 구멍의 영역에서 구비되며, 상기 클램핑 피스는 용이하게 해제할 수 있는 방식으로 대기 위치에서 체결 요소의 생크를 조이며, 상기 생크는 상기 구멍에 의해서 지지된다. 너트형 체결 요소의 처리를 위해서는, 압력 피스는 축방향으로 돌출하는 핀(pin)을 구비하며, 상기 압력 피스가 대기 위치에서 체결 요소에 대해서 압착할 때, 상기 핀은 램(ram) 형 클램핑 피스와 함께 상기 너트형 체결 요소의 나사식 구멍 안으로 돌출하며 상기 구멍 안에서 해제 가능하게 조여진다. 다음으로 두 개의 실시예 모두 각각의 체결 요소가 문제없이 잡아 당겨 떨어지도록 할 수 있으며, 왜냐하면 상기 했듯이 각각의 클램핑 피스의 지지 또는 조임 기능이 해제 가능하기 때문이다.

억제 부분(arresting part)이 그것이 지지했던 체결 요소를 해제하도록 억제 부분을 움직이게 하기 위하여, 바람직하게는 억제 부분에는 삽입되었던 체결 요소를 위한 원뿔형의 지지 표면이 구비되며, 체결 요소가 마찰 용접 위치로 이동함에 따라 그 지지 표면 위에서 체결 요소가 미끄러지고, 상기 억제 부분을 측부로 밀어 낸다.

압력 피스가 각각의 체결 요소의 반경 방향의 압력표면과 직면할 때, 이것은 이 때 상기 억제 부분의 원뿔형 지지 표면으로 인해서 결과적으로 상기 억제 부분을 밀어내는 반경 방향으로 외측으로 향하는 힘의 성분을 야기하며, 이로써 체결 요소를 해제하여서 마찰 용접 위치로 더 앞으로 나아가도록 한다.

체결 요소가 척으로 공급되고 있을 때에 체결 요소의 드라이빙 프로파일이 체결 요소가 방해를 받지 않고 환상의 리셉터클로 미끄러질 수 있는 위치가 이미 초기 단계에서 주어지도록 하기 위하여, 공급 채널(feed channel)은 환상의 리셉터클의 횡방향 개구부에 연결될 수 있으며, 상기 공급 채널은 환상의 리셉터클의 다면 프로파일에 적합할 때까지 그 내부 공간이 일정하게 좁아지면서 전이한다. 이러한 방식으로, 체결 요소가 척을 향해서 공급 채널로 미끄러져 들어갈 때, 체결 요소는 체결 요소가 이때 방해를 받지 않고서 환상의 리셉터클 안으로 체결 요소의 다면 프로파일에 적합한 체결 요소의 형상을 가지고서 미끄러져 들어갈 수 있는 각 위치(angular position)가 초기 단계에서 이미 주어진다.

체결 요소의 회전 속도를 제어하는 것을 기초로 하는 마찰 용접 작업 중에 회전하는 부재의 관성 모멘트를 최소화하기 위하여, 바람직하게는 척은 환상의 리셉터클에서 축방향으로 이동할 수 있는 비회전식 램이 압력 피스의 이동을 위해서 구비되도록 설계되며, 상기 램은 체결 요소의 반대편의 부분에서 축방향으로 구동 가능하고 해제 가능하게 압력 피스와 결합하며, 체결 요소가 마찰 용접 위치에 도달할 때, 환상의 리셉터클이 그에 작용하는 회전력을 압착력과 함께 압력 피스에 전달하도록 하는 방식으로 압력 피스는 환상의 리셉터클과 잠금 고정되게 하며, 상기 램은 압력 피스로부터 해제된다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 도면에서 제시된다.

도 1은 척과 함께 척의 구동 기구를 보여주는 도면.

도 2a 내지 도 2d는 체결 요소의 공급에서부터 마찰 용접까지의 각각의 작업 단계에서 스터드형의 체결 요소의 처리를 위한 척만을 따로 도시한 도면.

도 3a 내지 도 3c는 체결 요소의 마찰 용접을 위하여 이미 삽입된 체결 요소의 3 개의 작업 위치에서 너트형의 체결 요소의 처리를 위한 척만을 따로 도시한 도면.

도 4는 너트형 체결 요소를 지지하기 위한 돌출 핀(protruding pin)을 구비한 압력 피스를 도시한 도면.

도 5는 삽입된 체결 요소를 감싸기 위한 환상의 리셉터클의 단부의 확대도.

도 6a는 회전하는 질량체에 관한 특수한 형태의 척과 함께 그 구동 기구 및 대기 위치에 있는 체결 요소를 도시한 도면.

도 6b는 압력 피스에 의해 지지된 체결 요소를 마찰 용접 위치로 이송하기 전 단계에서의 척의 구동 기구와 그 척을 도시한 도면.

도 6c는 체결 요소가 마찰 용접 위치로 이송되었을 때의 척과 그 구동 기구 를 도시한 도면.

도 7은 도 6a 내지 도 6c에서 제시된 척으로부터 바라본 압력 피스의 사시도.

도 8은 척과 환상의 리셉터클 사이의 잠금 고정 기구(locking mechanism)의 단면도.

도 9는 횡방향으로 부착된 구동 기구를 구비한 장치의 개략도.

도 10은 너트 형태의 체결 요소의 처리를 위한 도 6a에서 도시된 것에 따른 장치를 나타내는 도면.

도 1은 체결 요소(1)의 마찰 용접을 위한 장치의 대략적인 모습을 도시하였으며, 상기 장치는 구동 기구(3)에 의하여 구동되는 척(2)을 포함한다. 구동 기구(3) 자체는 본 발명의 주요한 사항이 아니며 따라서 상기 장치의 모듈로서 단지 대략적으로만 포현되었다. 상기 척(2)은 다운홀더(4)로 둘러싸여 있으며, 상기 다운홀더는 척과 함께 부재(5)로 내려져서 상기 부재를 마찰 용접 중에 공지의 방식으로 받침부(6)에 대해서 압착하기에 적합하다. 상기 척(2)은 연속적으로 관(7)을 통해서 처리되어야 할 체결 요소가 공급되며, 상기 관(7)은 측부로부터 상기 척(2)으로 일정 각을 이루며 합체된다. 이것은 아래에서 보다 상세히 기술된다. 본 장치에 관한 상세한 기술은 여기에서 참고하는 독일 특허 출원 제10 2004 034 498.1호에 포함되어 있다.

도 2a 내지 도 2d는 스터드형 체결 요소(1)의 처리를 위한 각각의 작업 단계 에서의 척(2)을 나타낸다.

상기 척(2)은 환상의 리셉터클(9)을 포함하며, 상기 환상의 리셉터클은 한 번에 한 개의 새로운 체결 요소(1)가 상기 관(7)을 통해서 공급될 수 있도록 하는 크기이며, 상기 관은 일정 각을 이루며 환상의 리셉터클(9)로 합체되며, 상기 체결 요소(1)는 도 2a에 도시된 작업 위치로부터 도 2b에 도시된 작업 위치로 미끄러져 들어가며, 체결 요소는 대기 위치에서 억제 부분(10, 11)에 의해서 지지된다. 체결 요소의 이러한 공급을 가능하도록 하기 위하여, 환상의 리셉터클(9)에는 횡방향의 개구부(12)가 마련되며, 상기 횡방향 개구부는 작은 틈을 가지면서 상기 관(8)의 단부와 연결되며, 관(7)의 상기 단부는 환상의 리셉터클(9)의 벽으로부터 작은 틈을 유지하는데, 왜냐하면, 이 후의 공정 동안에 상기 환상의 리셉터클(9)이 마찰 용접 작업을 위해 회전하게 되기 때문이다.

상기 두 개의 억제 부분(10, 11)은 리벳(15, 16)에 의해서 스프링 요소(13, 14)를 통해서 환상의 리셉터클(9)에 부착된다. 상시 스프링 요소(13, 14)는 대기 위치(도 2b 참조)에서 지지되고 있는 체결 요소(1)를 해제하기 위하여 상기 억제 부분(10, 11)이 측부로 휘어지도록 하며(도 2d 참조), 상기 대기 위치로부터 상기 체결 요소(1)는 도 2d에 도시된 것과 같이 마찰 용접 위치로 이송될 수 있다.

도 2a 내지 도 2d에 제시된 척은 상기한 바와 같이 육각형의 축방향 다면 프로파일(17)을 가진 스터드형 체결 요소(1)의 처리를 위한 것이며, 즉 이 점에서 육각형 헤드 볼트와 유사한 체결 요소를 위한 것이다. 상기 다면 프로파일은 환상의 리셉터클(9)을 위해서도 마련되며, 마찬가지로 새로운 체결 요소의 공급을 위한 관(7)을 위해서도 마련되며, 그 결과 상기 관(7)으로부터 이미 상기 체결 요소는 환상의 리셉터클(9)로 이송되기 위하여 정확하게 방향이 정해진 회전각(rotation angle)이 제공되며 환상의 리셉터클(9)에서 지지된다.

도 2b에 도시된 대기 위치로부터 시작해서, 상기 체결 요소는 처음에는 상기 대기 위치에서 상기 억제 부분(10, 11)에 의해서 지지되며, 상기 척(2)은 도 2c에 제시된 위치로 바뀌며, 이 때 도 2a 내지 도 2b에 도시된 것과 같은 후퇴 위치에서 최초에 지지되었던 압력 피스(18)는 체결 요소(1)로 내려지고, 상기 압력 피스(18)는 체결 요소(1)의 반경 방향의 압력표면(19)을 부딪쳐서 체결 요소(1)를 환상의 리셉터클(9)의 바닥 단부(20) 방향으로 밀어내며, 상기 억제 부분(10, 11)은 측부로 밀려나는데, 왜냐하면 상기 억제 부분이 대략적으로 원뿔형의 지지 표면(21, 22)(도 2a 참조)을 구비하고 있고, 상기의 지지 표면(21, 22)을 다면 프로파일(17)의 가장자리가 압착함으로써, 억제 부분을 외측으로 피봇팅 시키기 때문이며(도 2d 참조), 이것은 스프링 요소(13, 14)에 의해서 가능하게 된다. 따라서 압력 피스가 상기 체결 요소(1)로 내려질 때, 압력 피스(18)는 압력 피스의 구멍(23)으로 체결 요소(1)의 생크를 감싸며 상기 생크를 클램핑 피스(24)에 의해서 해제 가능하게 조이며, 상기 클램핑 피스(24)는 압력 피스의 구멍(23)의 영역에서 압력 피스(18)에 포함되어 있으며 여기에서는 팽창 가능한 고무링(expandable rubber ring)의 형태이며, 상기 고무링은 상기 구멍(23)의 벽에서 대응하는 홈에서 수용되며, 압력 피스(18)가 체결 요소(1)의 생크를 압착할 때, 약간 늘어나면서 고무링의 장력 하에서 체결 요소(1)를 해제 가능하게 조인다.

압력 피스(18)를 내리는 이동의 마지막이 도 2d에 나타나 있다. 압력 피스(18)는 이제 그 전면을 이용하여 상당한 축 압력으로 체결 요소(1)의 압력표면(19)(도 2b 참조)을 압착하고, 상기 환상의 리셉터클(9)은 동시에 회전하게 되며, 그 결과 이제 마찰 용접 작업이 뒤따르며, 마찰 용접 작업은 도 1에서 일반적인 원칙으로 도시되어 있으며 이 때 필요한 압착력과 회전력은 도 1에 제시된 구동 기구(3)에 의해서 가해진다. 상기 척(2)의 이러한 마찰 용접 위치(25)는 도 1에서 점선으로 나타냈다.

도 3a 내지 도 3c는 기본적으로 동일한 척(2)을 보여주지만, 상기 척은 너트형 체결 요소의 처리를 위한 형태이다. 너트형의 체결 요소의 공급을 위한 관(7)이 환상의 리셉터클(9)에 연결되었으며, 이러한 연결은 도 2a와 관련하여 기술된 방식으로 실시된다.

도 3a는 대기 위치에 있는 너트형 체결 요소(26)와 함께 척(9)을 보여주며, 대기 위치에서 체결 요소(26)는 두 개의 억제 부분(10, 11)에 놓여 있다. 이 때, 압력 피스(27)에 의해 체결 요소(26)의 뒤쪽 표면에, 즉 체결 요소의 방사상 압력표면에 가해지는 압력 하에서, 억제 부분(10, 11)이 밀려 남으로써 체결 요소(26)를 해제한다. 그리고 나서 체결 요소(26)는 도 3c에 도시된 단부 위치에서 환상의 리셉터클(9)에 의해서 안전하게 지지되며, 그 후 구동 요소(3)(도 1 참조)에 의해 가해진 압착력과 회전력이 체결 요소(26)에 작용함으로써 상기 체결 요소(26)를 마찰 용접 위치에서 부재(5)에 결합한다.

체결 요소(26)를 환상의 리셉터클(9)에 삽입한 후에, 대기 위치(도 3b에 도 시된 위치)로부터 마찰 용접 위치(도 3c에 도시된 위치)로의 이동 중에 체결 요소가 해제 가능하게 지지되는 것을 보장하기 위하여(도 2c와 관련된 기술 참조), 압력 피스(27)는 돌출 핀(28)이 구비되며, 상기 돌출 핀은 체결 요소(26)의 나사식 구멍에 삽입 가능하며 O 자형 링에 의해서 둘러싸이며, 상기 O 자형 링은 상기 돌출 핀(28)의 홈에 의해서 지지된다. 상이 O 자형 링은 클램핑 피스로서의 역할을 하며 내측으로부터 체결 요소(26)의 나사식 구멍의 표면에 대해서 압착함으로써 상기 체결 요소(26)를 해제 가능하게 고정한다.

각각의 체결 요소(1, 26)의 도 2d와 도 3c에 도시된 각각의 마찰 용접 위치로의 이동의 끝에서, 체결 요소는 체결 요소의 다면 프로파일에 의해서 아주 안전하게 지지되어서 체결 요소는 환상의 리셉터클로부터 미끄러지지 않으며 회전 중에 틈(play)이 가능한한 작은 상태로 지지된다. 이러한 목적을 위해서 환상의 리셉터클(9)의 단부(20)(도 2c 참조)는 도 5에 나타난 것과 같이 특수한 형태를 가진다. 따라서 체결 요소가 그 다면 프로파일을 이용하여 마찰 용접 위치로 부드럽게 이동할 수 있는 동안에 동시에 체결 요소가 상기의 다면 프로파일에 의해서 상기의 마찰 용접 위치에서 꼭 맞게 지지되도록 하는 좁아지는 부분(narrowing)(29)을 상기의 단부(20)는 구비하며, 상기의 다면 프로파일은 상기의 환상의 리셉터클에 또한 구비되며, 이러한 목적을 위해서 환상의 리셉터클의 대응하는 영역에 매우 미세한 테이퍼가 형성된다. 결과적으로, 상기 테이퍼(29)의 영역에서, 환상의 리셉터클(9)은 체결 요소의 다면 프로파일(17) 둘레에서 꼭 맞는 접촉을 하며 대응하는 위치의 상기 체결 요소를 해제 가능하게 지지함으로써, 마찰 용접 작업 중에 -상당 한 압착력과 회전력을 받아들임으로써- 순수 회전이 가능하게 하며, 따라서 대응하는 부재의 확실한 마찰 용접이 가능하게 한다.

도 6a는 체결 요소(1)의 마찰 용접을 위한 장치에 있어서 도 1에 도시된 형태의 변화된 형태를 보여주고 있으며, 상기 체결 요소(1)는 대기 위치에 있다. 체결 요소(1)는 공급관(7)에서 (점선으로 표시된) 위치로부터 상기 대기 위치로 이송되었다. 도시된 대기 위치에서, 체결 요소(1)는 억제 부분(10, 11)에 의해서 지지되며, 억제 부분의 기능은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 억제 부분(10, 11)의 기능과 동일하다. 도 6a의 억제 부분(10, 11)은 체결 요소(1)에 압력이 가해질 때 외측을 향해서 횡방향으로 휘어질 수 있다(도 2b에 관련된 발명의 상세한 설명을 또한 참조). 상기 억제 부분(10, 11)은 환상의 리셉터클(30)에 부착되며, 상기 환상의 리셉터클은 축방향으로 이동 가능한 방식으로 관형 다운홀더(31)에 수용된다. 체결 요소(1)의 마찰 용접을 위해서, 상기 다운홀더(31)는 대응하는 작업편(예를 들어 도 1의 5 참조)으로 내려진다. 상기 관형 다운홀더(31)는 추가의 체결 요소의 공급을 위해서 상기의 공급관(7)에 의해서 관통된다. 대응하는 관통부(32)가 환상의 리셉터클(30)에도 구비된다. 압력 피스(33)는 환상의 리셉터클(30)에서 축방향으로 이동 가능한 방식으로 안내되며, 상기 압력 피스(33)는 이하 기술하는 기구에 의해서 체결 요소(1)로 내려지도록 형성되며 이하 기술하는 것처럼 작업편에 대해서 이후에 압착되도록 형성된다. 상기 압력 피스(33)는 도그(dog)(34)(또한 도 7 참조)가 구비되며, 상기 도그(34)는 환상의 리셉터클(30)에서 상응하게 형성된 홈(30)과 결합하며, 이것은 압력 피스(33)가 도 6a에 도시된 위치로부터 마찰 용접 전의 위 치로의 축방향 이동 중에 상기 환상의 리셉터클에 대해서 회전할 수 없도록 하는 것을 보장한다.

도 6a의 대기 위치에서 도시된 체결 요소(1)를 마찰 용접 위치로 이송하는 것은 도 6b와 도 6c를 참고하여 이제부터 기술된다.

우선, 정사각형의 램(36)은 도 6a에 도시된 위치로부터 압력 피스(33)를 향해서 이동한다. 상기 램(36)의 정사각형 단면은 도 6a 내지 도 6c에서 X자 선에 의해서 상징적으로 표시되었다. 환상의 리셉터클(30)의 연장부(37)가 이하 기술하는 것처럼 회전할 때, 상기 램(36)은 함께 회전하지 않는데, 왜냐하면 상기 연장부(37)가 둥근 구멍으로 형성되기 때문이다. 상기 램(36)은 압력 피스(33)를 향하는 단부에 스프링 로크 와셔(spring lock washer)(38)를 구비하며, 상기 스프링 로크 와셔는 하우징(39)의 대응하는 시트(seat)(도면 부호 40)와 압력 피스(33)의 대응하는 시트 안으로 해제 가능하게 잠금 고정된다.

도 6b는 내려진 위치에서의 상기 램(36)을 나타내며, 상기 내려진 위치에서 램은 상기 스프링 로크 와셔(38)를 중개로 하여 대기 위치의 압력 피스(33)를 지지하고 있다. 램이 계속적으로 아래로 이동할 때, 체결 요소(1)가 도 6c에 도시된 마찰 용접 위치에 도달할 때까지 램(36)은 압력 피스와 함께 이동하며 측부를 향해서 억제 부분(10, 11)을 밀어낸다(도 6c 참조). 램(36)은 이제부터 그 도시된 위치로부터 후퇴될 수 있다. 램(36)의 축방향 이동을 위해서, 실린더 안에서 안내되는 피스톤(56)을 구비한 실린더(53)가 제공되며, 상기 피스톤은 공기압으로 작동되며, 이것은 이와 관련하여 일반적 원칙으로만 논의되는 제어에 관한 종래의 형태이다. 상기 피스톤(56)에 작용하는 공기력(pneumatic force) 때문에 상기 피스톤(56)은 실린더에서 왕복 운동하게 됨으로써 이에 대응하여서 상기 램(36)과 함께 이동한다.

마찰 용접 위치에 남아 있을 때(도 6c 참조), 체결 요소(1)는 램(36)의 후퇴 전에 압력 피스(33)와 환상의 리셉터클(30)의 잠금 고정을 통해서 상기 위치에 지지된다. 이러한 목적을 위해서, 압력 피스(33)는 환상의 리셉터클(30)에 잠금 고정된다.

이와 같은 잠금 고정을 실행하기 위하여, 압력 피스는 도 7과 도 8에 도시된 도그(34)가 제공되며, 상기 도그(34)는 왕복 회전을 제공하기 위하여 압력 피스(30)의 대응하는 홈(55)과 결합하며, 상기 홈(55)은 총검 장착(bayonet catch)의 방식으로 상기 홈(34)과 함께 작동한다. 따라서 환상의 리셉터클과 압력 피스(33)는 축방향으로 맞물린다. 상기 램(36)은 상기 맞물림과 압력 피스(33)와의 잠금 고정(상기의 스프링 로크 와셔(38)와 상기 시트(40)에 의하여 제공됨)으로부터 후퇴할 수 있으며 도 6a 도시된 것과 같은 후방 위치로 뒤로 끌어당겨질 수 있다.

마찰 용접 작업을 실시하기 위하여, 환상의 리셉터클(30)은 회전하게 된다. 이를 위해서, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 장치는 회전 드라이브(rotary drive)가 구비되며, 상기 회전 드라이브는 전기 모터(41)로 구성되어 있으며, 상기 전기 모터는 그 샤프트(42)에 의해서 기어 휠(gearwheel)(43)을 회전시키며, 상기 기어 휠은 스텝업 기어 휠(step-up gearwheel)(44)과 결합하며, 상기 스텝업 기어 휠은 이번에는 기어 휠(45)을 구동한다. 상기 기어 휠(45)은 상기 환상의 리셉터클(30)의 연장부(37)에 고정되게 안착되어 있다. 상기 전기 모터(41)가 회전할 때, 환상의 리셉터클(30)은 기어 휠(43, 45)에 의해 제공되는 전달비(transmission ratio)에 따라서 회전하게 되며, 상기한 바와 같이, 도 6c에 도시된 마찰 용접 위치에서, 환상의 리셉터클(30)은 이 때-압력 피스(33)와의 맞물림 때문에- 마찬가지로 압력 피스(33)를 회전하도록 하며, 그 결과 체결 요소는 동일한 회전 속도로 압력 피스(33)와 함께 회전하게 되며, 환상의 리셉터클을 압축하는 결과로서, 이것은 압력 피스(33)와의 맞물림 때문에 상기 압력을 압력 피스(33)에 전달하며, 상응하는 압력이 체결 요소(1)에 가해지고, 그 다음에 동일한 방식으로 체결 요소는 마찰 용접에 의하여 작업편(도시되지 않음)에 결합된다. 상기의 압력을 생성하는 것은 본 발명의 주요한 사항이 아니다. 필요한 압력을 생성하는 기구가 일반 원칙으로 도 6a 내지 도 6c와 도 10에 도시되었으며, 이것은 고정 압력 발생기(stationary pressure generator)(46)이며, 이로부터 압력 전달 램(pressure transfer ram)(47)이 돌출하며, 상기 압력 전달 램은 하우징(39)에 직접적으로 작용한다. 이러한 장치의 압력 생성 및 이동과 관련하여 그 밖의 사항에 대해서는, 상기한 독일 특허 출원 제10 2004 039 398.2호를 참고한다.

하우징(39)이 이동할 때, 상기 이동은 상기 압력 전달 램(47)을 통해서 가능해지며, 상응하는 압력이 하우징(39)에 배치된 롤러 베어링(48)을 통해서 환상의 리셉터클(30)의 연장부(37)에 가해진다.

상기의 기술로부터 명백해지는 바와 같이, 도 6a 도시된 위치로부터 도 6c에 도시된 위치로 압력 피스(33)를 이동하기 위한 기구는 마찰 용접 작업 중에는 어떠 한 방식으로도 회전하게 되지 않으며, 즉 상기 기구는 필수적으로 램(36)과 피스톤으로 구성되며, 그 관성 모멘트와 관련하여 마찰 용접 중에 회전하게 되는 부분의 관성 모멘트에 기여하지 않으며, 그에 따라서 마찰 용접 작업의 제어를 용이하게 한다.

추가적으로 지적하자면, 마찰 용접 작업의 실제적인 폐루프 제어(practical closed-loop control)를 위해서, 전기 모터의 순간 회전 속도 뿐만 아니라 환상의 리셉터클에 작용하는 압력을 측정할 필요가 있을 수 있다. 이를 위해서 롤러 베어링(48)을 위한 받침부로서 링형 압력센서(ring-shaped pressure sensor)(49)와 적산 회전계(revolution counter)(50)가 구비되며, 또한 이것은 동시에 샤프트(42)의 순간 각 위치(angular position)와 그 결과로 환상 리셉터클(30)의 순간 각 위치를 나타낸다. 상기 각 위치(angular position)는 중요한데, 이것은 압력 피스(33)의 이동과 잠금 고정을 위해서 도 6c에 도시한 것과 같이, 상기 압력 피스가 환상의 리셉터클(30)에 의해서 정확한 위치에서 탐지되어야 하기 때문이다.

도 7은 압력 피스(33)의 사시도를 도시한 것이며, 상기 압력 피스(33)는 체결 요소(1)를 향하는 부분에 둥근 구멍(51)을 구비하고 있으며 그 반대 부분에 정사각형 구멍(52)을 구비하고 있다. 상기 정사각형 구멍(52)은 램(36)에 의해서 결합되며, 상기 램은 램이 회전할 때 압력 피스(33)와 함께 움직인다. 압력 피스(33)가 압력 피스의 도그(34)를 사용하여 환상의 리셉터클(30)에 걸릴 수 있도록 상기 회전은 필요하다.

도 8은 IIX-IIX 선을 따라서 환상의 리셉터클(30)과 압력 피스(33)의 단면을 나타낸다. 이로부터 세 개의 도그(34)가 구비된 압력 피스(33)가 압력 피스(33)에서 대응하는 반경 방향의 홈(55)과 어떻게 결합하는지 명백하며, 상기 반경 방향 홈(5)은 총검 장착(bayonet catch)의 방식으로 도그(34)와 함께 작동한다.

도 9는 도 6a 내지 도 6c의 장치를 개략적인 형태로 도시하였다. 이로부터 실린더(53)가 하우징(39)으로부터 어떻게 돌출하는지 명백하며, 상기 실린더(53)는 상기한 바와 같이, 램(36)의 이동을 위한 가이드(guide)와 드라이브(drive)로서 구비된다. 또한 도 9는 관(7) 뿐만 아니라 관형 다운홀더(31)가 체결 요소(1)의 공급을 위해서 하우징(39)으로부터 돌출한 것을 보여준다. 실린더(53)를 바라보는 하우징(39)의 단부 옆에, 견부(54)에 기어 휠(43, 44, 45)로 구성된 기어 유닛(도 6a 참조)과 상기 기어 유닛에 작용하는 전기 모터(41)가 구비된다. 마지막으로, 도 9는 또한 고정 압력 생성기(46)와 함께 이에 의하여 작동되는 압력 전달 램(47)을 보여준다.

도 10은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 것과 널리 동일하나 너트(57) 형태의 체결 요소의 처리를 위하여 설계된 장치를 나타낸다. 상기 너트(57)는 공급관(feeding tube)(58)을 통해서 공급되었으며, 너트가 이전에 대기하던 공급관의 단부에서 점선으로 표시되고 있다.

대기 위치에 있는 동안에, 상기 너트(57)는 도 6a의 예시적인 실시예의 스터드 형태의 체결 요소(1)와 같이, 억제 부분(10, 11)에 놓여있다. 너트(57)의 결합을 위해서, 압력 피스(59)는 돌출부(60)가 구비되며, 스프링 로크 와셔(61)는 상기 돌출부(60)에 걸린다. 상기 스프링 로크 와셔는 너트(57)의 대응하는 홈으로 걸릴 수 있다. 이를 위해서, 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 기술한 절차와 유사하게 압력 피스(59)는 너트(57)로 내려져서 너트에 잠금 고정되며, 그리고 나서 마찰 용접 위치로의 이송 작업과 추후의 처리는 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 기술된 것과 동일한 방식으로 실시된다.

Claims (7)

1. 각각이 부재(5)에 마찰 용접 연결을 하고 체결 요소(1, 26)에 작용하는 회전력과 압착력을 전달하기 위하여 반경 방향의 압력 표면(19)과 드라이빙 프로파일(driving profile)(17)을 구비하고 있는 체결 요소(1, 26)를 지지하기 위한 척으로서,

   상기 척(2)은 회전력을 전달하기 위하여 환상의 리셉터클(annular receptacle)(9)을 구비하고 있으며,

   상기 환상의 리셉터클(9)은 삽입된 체결 요소(1, 26)를 꼭 맞게 감싸며(snugly embracing),

   상기 체결 요소(1, 26)는 축방향의 다면 프로파일(multi-sided profile)(17)을 가지며,

   상기 척(2)은 압력 피스(18, 27)를 포함하며,

   상기 압력 피스(18, 27)는 상기 환상의 리셉터클 내에서 후퇴할 수 있으며,

   상기 압력 피스(18, 27)는 상기 환상의 리셉터클(9)에 의해서 안내되며 상기 환상의 리셉터클(9)의 횡방향 개구부(12)를 통해서 체결 요소(1, 26)를 공급하기 위하여 상기 환상의 리셉터클(9) 내에서 상기 개구부(12) 뒤로 후퇴할 수 있으며 체결 요소(1, 26)의 삽입 후에는 마찰 용접 위치에서 체결 요소(1, 26)가 그 회전 중에 상기 부재(5)에 대해서 압착을 하도록 체결 요소(1, 26)의 압력 표면(19)에 대향해서 대기 위치로 앞으로 나갈 수 있으며,

   상기 대기 위치에서, 환상의 리셉터클(9)로 삽입된 체결 요소(1, 26)는 반경 방향으로 내측으로 돌출한 후퇴 가능한 억제 부분(arresting part)(10, 11)에 의해서 축방향에서 지지되는 것을 특징으로 하는 체결 요소(1, 26)를 지지하기 위한 척.
2. 제1항에 있어서,

   상기 환상의 리셉터클(9)은 상기 압력 피스(18, 27)로부터 멀어지는 방향에서 상기 체결 요소(1, 26)와 접촉하는 곳까지 그 외측 개구부를 좁히는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   스터드형의 체결 요소(1)의 처리를 위하여, 압력 피스의 구멍(23)의 영역에는 압력 피스의 구멍으로 부분적으로 돌출하는 클램핑 피스(clamping piece)(24)가 구비되며,

   상기 클램핑 피스(24)는 용이하게 해제할 수 있는 방식으로 대기 위치에서 체결 요소(1)의 생크를 조이며,

   상기 생크는 상기 구멍(23)에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   너트형 체결 요소(26)의 처리를 위해서, 압력 피스(27)는 축방향으로 돌출하는 핀(pin)(28)을 구비하며,

   상기 압력 피스(27)가 대기 위치에서 상기 체결 요소(26)에 대해서 압착할 때 상기 핀(28)은 클램핑 피스와 함께 상기 너트형 체결 요소(26)의 나사식 구멍 안으로 돌출하며 상기 구멍 안에서 해제 가능하게 조여지는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   공급되어 대기 위치에서 지지되는 체결 요소(1, 26)를 위해서, 상기 억제 부분(arresting part)(10, 11)에는 원뿔형의 지지 표면(21, 22)이 구비되며,

   상기 체결 요소(1, 26)가 마찰 용접 위치로 이동됨에 따라 상기 지지 표면(21, 22) 위에서 상기 체결 요소(1, 26)가 미끄러지고, 상기 억제 부분(10, 11)을 측부로 밀어 내는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   공급 채널(feed channel)(7)은 상기 환상의 리셉터클(9)의 횡방향 개구부(12)에 연결되며,

   상기 공급 채널(7)은 상기 환상의 리셉터클(9)의 다면 프로파일에 적합할 때까지 그 내부 공간이 일정하게 좁아지면서 전이하는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.
7. 제1항에 있어서,

   압력 피스(33, 59)의 이동을 위해서 환상의 리셉터클(30)에서 축방향으로 이동할 수 있는 비회전식 램(non-rotatable ram)(36)이 구비되며,

   상기 램(36)은 체결 요소(1, 57)의 반대편의 부분에서 축방향으로 구동 가능하고 해제 가능하게 압력 피스(33, 59)와 결합하며,

   상기 체결 요소(1, 57)가 마찰 용접 위치에 도달할 때, 상기 환상의 리셉터클(30)이 그에 작용하는 회전력을 압착력과 함께 압력 피스(33, 59)에 전달하도록 하는 방식으로 상기 압력 피스(33, 59)는 상기 환상의 리셉터클(30)과 잠금 고정되며, 상기 램(36)은 상기 압력 피스(33, 59)로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 체결 요소를 지지하기 위한 척.

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