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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reibungsschweißen,
bei welcher der drehbare Werkstücksaufnehmer mit einer einstellbaren Schwungmasse
versehen ist und im Zeitpunkt des Gegeneinanderdrückens der Werkstücke die Aufnahme
von Energie unterbrochen ist.
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Maschinen dieser Art sind vorgeschlagen worden, um möglichst schnell
die für den Vorgang des Reibungsschweißens benötigte Energie bei Berührung der beiden
zu verbindenden Teile in der Grenzfläche umzusetzen. Die Größe des Trägheitsgewichtes
muß der Größe, Form und Zusammensetzung der zu verbindenden Teile angepaßt werden.
Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, für das Trägheitsgewicht eine Mehrzahl
von Scheiben zu verwenden, die lösbar auf derselben Achse angeordnet sind, die in
Antriebsverbindung mit dem Motor steht. Die Handhabung der Trägheitsgewichte, insbesondere
der nach dem älteren Vorschlag vorgesehene Ein- und Ausbau, ist insofern mit Schwierigkeiten
verbunden, als beim Bau der Maschine für ausreichenden Raum gesorgt werden muß,
um die Trägheitsgewichte einzusetzen und wieder herauszunehmen.
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Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, die bereits vorgeschlagene
Vorrichtung zum Reibungsschweißen in der Weise zu verbessern, daß auf das umständliche
Einsetzen oder Ausbauen der Trägheitsgewichte zur Anpassung der Maschine an einen
bestimmten Reibungsschweißvorgang verzichtet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe
ist nach der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgesehen,
daß die an der Schwungmasse zusätzlich anbringbaren Trägheitsgewichte ringförmig
um den drehbaren Werkstücksaufnehmer angeordnet bereitgestellt sind. Nach der Erfindung
sind alle Trägheitsgewichte eng benachbart zur Spindel des Werkstücksaufnehmers
angeordnet. Irgendeine gerade benötigte Anzahl von Trägheitsgewichten kann mit dem
Werkstücksaufnehmer verbunden werden, während die übrigen Gewichte in einer Speicherstellung
gehalten werden.
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Vorzugsweise ist nach der Erfindung der drehbare Aufnehmer mit einem
Flansch versehen, an dem die zusätzlichen Trägheitsgewichte mittels Kopfschrauben
anbringbar sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal werden die bereitgestellten zusätzlichen
Trägheitsgewichte mittels ineinandergreifender Zentrierkanten gehalten.
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Die Erfindung sieht außerdem vor, daß die Drehspindel des Werkstücksaufnehmers
senkrecht steht und von einem becherförmigen Behälter zur Aufnahme der bereitgestellten
Trägheitsgewichte umgeben ist.
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Weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform beispielsweise erläutert
und dargestellt ist. Es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Maschine, wobei einige der im Inneren liegenden Teile gestrichelt dargestellt sind,
F i g. 2 eine Seitenansicht der Maschine nach F i g. 1, wobei die Maschine teilweise
aufgebrochen und innere Teile gestrichelt dargestellt sind, F i g. 3 einen Querschnitt
durch die Drehspindel entlang der Linie und gesehen in Richtung der Pfeile III-III
der F i g. 2, F i g. 4 eine vordere Teilansicht des oberen Teils der Drehspindel,
die wegen der Schnittdarstellung von Einzelteilen aufgebrochen dargestellt ist und
die Anordnung der Druckmittelleitungen zur Speisung der hydraulisch betätigten Einspannvorrichtung
erkennen läßt, F i g. 5 eine vereinfachte Vorderansicht der Betätigungsvorrichtung
für die Einspannvorrichtung, F i g. 6 einen Teil einer Draufsicht auf die Linie
und in Richtung der Pfeile VI-VI der F i g. 5, F i g. 7 eine schematische Teilansicht
der Einspannvorrichtung der Drehspindel und F i g. 8 eine Ansicht auf die Linie
und in Richtung der Pfeile VIII-VIII in F i g. 7.
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Eine als Ausführungsform der Erfindung gebaute Maschine 11 hat in
Seitenansicht eine L-förmige Ausbildung, die sich durch die L-förmigen Rahmenglieder
12 (s. F i g. 2) ergibt. Eine Einspannanordnung 13 ist am oberen Teil der L-förmigen
Rahmenglieder 12 befestigt.
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Eine kombinierte Preßstempel- und Spindelanordnung 14 wird in senkrechter
Stellung im Grundteil des L-förmigen Rahmens gehalten. Die L-förmigen Rahmenglieder
12 werden durch Absteifungs- und Verbindungsglieder 16 (s. F i g. 3) aneinander
befestigt.
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Die Einspannanordnung 13 ist abnehmbar am oberen Teil des Rahmens
mittels Kopfschrauben 17 angeordnet. Die Einspannanordnung 13 weist ein Paar druckbetätigter
Klemmvorrichtungen zur Vorbewegung von Backen 19 nach innen auf, die ein sich nicht
drehendes Werkstück WP-1 in Flucht mit einem Werkstück WP-2 festklemmen, das seinerseits
in einem drehbaren und axial beweglichen Einspannfutter 21 befestigt ist.
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Die Einspannanordnung 13 ist mit sich verjüngenden Keilen 22 angesetzt,
welche in Schlitze 23 in der Ansatzfläche des Maschinenrahmens und in entsprechende
Schlitze eingreifen, die auf der Rückseite der Einspannanordnung eingeformt sind.
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Ein einstellbarer Anschlag 24 hält das Werkstück WP-1 in senkrechter
Richtung gegen den Druck, der durch die Aufwärtsbewegung des Werkstückes WP-1 während
des Verbindungsvorganges einwirkt.
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Die Einspannanordnung 13 kann leicht und schnell am Maschinenrahmen
angesetzt und von diesem abgenommen und gegen eine andere, für einen bestimmten
zu verschweißenden Teil geeignete Einspannanordnung ausgetauscht werden. Hierfür
müssen nur wenige Druckmittelleitungen getrennt und wieder angeschlossen werden.
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Die Klemmbacken 19 der Einspannanordnung 13 werden (s. F i g. 5 und
6) durch einen einzigen hydraulischen Zylinder und eine einfache Gestängeanordnung
betätigt. Nach diesen Figuren weist ein Hydraulikzylinder 26 eine Kolbenstange 27
auf, die durch einen Stift mit einem Paar Verbindungsglieder 28 verbunden ist. Die
Verbindungsglieder 28 sind ihrerseits mit Kniehebeln 29 durch Stifte 31_ verbunden.
Jeder der Kniehebel 29 ist auf einem Schwenkzapfen 32 schwenkbar, so daß
die Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 27 die Kniehebel um die Schwenkzapfen 32 dreht,
um die Klemmbacken 19 zu bewegen, die durch Stift mit den Kniehebeln 29 verbunden
sind und dadurch in Eingriff mit dem Werkstück WP-1 treten. Die Rückziehung der
Stange 27 dreht die Kniehebel 29 in entgegengesetzte Richtung, um die Klemmbacken
19 von dem Werkstück WP-1 zu lösen. Die Anordnung und Arbeitsweise
der
Einspannanordnung ist ganz einfach gehalten, da alle Drehbewegungen und axialen
Bewegungen von der kombinierten Preßstempel- und Spindelanordnung 14 .geleistet
werden, deren Aufbau und Arbeitsweise nachfolgend beschrieben wird.
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Ein Elektromotor 36 ist zum Antrieb über einen Getriebezug 37 (s.
F i g. 1 und 3) mit einer Drehspindel 41 verbunden. Die Drehspindel 41 wird in Wälzlagern
42 und 43 gehalten. Diese Lager werden ihrerseits in den entsprechenden oberen und
unteren Endabschnitten eines Preßstempels 44 gehalten. Der Preßstempel44 ist zur
Hin- und Herbewegung in senkrechter Richtung in einem Zylinder 46 angeordnet. Der
Zylinder 46 ist seinerseits an den Absteifungsgliedern 16 befestigt.
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Der Stempel 44 hat einen Kolbenkopf 47, der einen etwas größeren Durchmesser
als der Stangenabschnitt des Preßstempelkolbens aufweist, um innerhalb des Zylinders
46 auf jeder Seite des Kolbenkopfes Druckkammern 48 und 49 zu bilden. Ein Paar Strömungsmittelleitungen
51 ermöglicht, daß Druckmittel in die Kammern 48 und 49 durch entsprechende, nicht
dargestellte Ventile eingeführt oder aus diesen abgezogen wird.
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Die Drehspindel 41 ist mit dem Getriebezug 37 durch eine gleitende
Keilnutverbindung 53 verbunden (s. F i g. 3). Die Keilnutverbindung 53 erlaubt eine
ununterbrochene Antriebsverbindung vom Motor 36 zur Drehspindel 41 unabhängig von
der senkrechten Stellung der Drehspindel 41.
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Das Einspannfutter 21 ist am oberen Ende der Spindel 41 zur Drehung
mit dieser befestigt. Das Einspannfutter enthält Klemmbacken 56, die druckbetätigt
sind, um das Werkstück WP-2 in dem Futter festzuklemmen und zur Drehung gegenüber
dem feststehenden Werkstück WP-1 zu halten. Kolben 57 von Zylindern 58 in der Drehspindel
41 betätigen die Klemmbacken 56 über das Gestänge 59 (s. F i g. 7).
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Wie insbesondere aus F i g. 4 ersichtlich, wird das hydraulische Arbeitsmittel
zur Betätigung des Kolbens 57 dem Inneren der Spindel 41 über Leitungen 61 und 62
im Preßstempel 44 und Leitungen 63 und 64 in der Spindel 41 zugeführt. Eine Drehdichtungsanordnung
66 verhindert den Verlust von Strömungsmittel zwischen der Drehspindel 41 und dem
sich nicht drehenden Preßstempel 44. Die Drehdichtungsanordnung 66 enthält vorzugsweise
vier Stirnflächen-Dichtungen.
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Das obere Ende der Drehspindel 41 (s. F i g. 3) ist mit einer Zwölf-Punkt-Fassung
71 ausgebildet, die in einem Halteglied 72 des Einspannfutters 21 angeordnet ist.
Das untere Ende des Werkstückes WP-2 ist mit einem Zwölf-Punkt-Antriebsschaft versehen,
der in die Zwölf-Punkt-Fassung 71 eingreift. In dieser Weise wird das Werkstück
WP-2 gegenüber dem feststehenden Werkstück WP-1 angeordnet und wird in dem Einspannfutter
21 zur Drehung mit diesem festgehalten.
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Die Maschinell überträgt die Energie vom Motor 36 nicht unmittelbar
auf die zu verbindenden Teile, die Werkstücke WP-1 und WP-2. Das heißt, der Dreh-Reibungskontakt
zwischen diesen Teilen wird nicht durch unmittelbaren Antrieb vom Motor 36 hergestellt.
Statt dessen wird die Energie vom Motor in einem oder mehreren Trägheitsgewichten
76 gespeichert, die mit der Drehspindel 41 zur Drehung mit dieser verbunden sind.
Die gesamte zur Bildung der Verbindung benötigte Energie wird in den sich drehenden
Teilen der Maschinell gespeichert.
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Verschieden große Teile erfordern verschieden große Energiemengen.
Die Menge der gespeicherten Energie wird durch Aufsetzen von Trägheitsgewichten
auf die Drehspindel 41 oder durch Entfernung von Trägheitsgewichten von der Spindel
angepaßt.
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In der Maschine werden alle Trägheitsgewichte auf Vorrat gelagert,
die zum Schweißen irgendwelcher Teile gebraucht werden könnten. Dieser Ort liegt
in der Nähe der Spindel 41.
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Nach F i g. 3 umgibt ein becherförmiger Behälter 77 das obere Ende
der Drehspindel 41. Der Behälter 77 ist mit dem nicht drehenden Preßstempel 44 verbunden
und kann mit dem Preßstempel und der Drehspindel 41 axial bewegt werden. Die Bodenwand
des Behälters 77 ist mit einer abgestuften Form 78 ausgebildet, und jedes der Trägheitsgewichte
76 weist eine entsprechend abgestufte Form auf. Diese Form ermöglicht, daß die Gewichte
untereinander bzw. mit der Bodenwand ineinandergreifen, um die auf Vorrat gehaltenen
Gewichte außer Berührung mit der Drehspindel 41 zu bringen.
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Das obere Ende der Drehspindel 41 ist mit einem radial gerichteten
Flansch 79 versehen. Eine Reihe von mit Versenkbohrungen versehenen Öffnungen 81
sind im Flansch ausgebildet und so geformt, daß darin Kopfschrauben 82 gehalten
werden.
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Jedes der Trägheitsgewichte 76 ist mit vollständig durch das Gewicht
hindurchgehenden Gewindebohrungen versehen, die in Flucht mit den ringsum verteilten
Öffnungen 81 im Flansch 79 liegen. Auf Grund dessen können verschieden lange Kopfschrauben
82 durch die Öffnungen 81 hindurchgesteckt werden, um irgendeine zum Schweißen eines
bestimmten Teils erforderliche Anzahl von Trägheitsgewichten 76 aufzunehmen und
an die Spindel 41 anzuschließen. Dadurch wird das Ansetzen oder Abnehmen der Trägheitsgewichte
außerordentlich vereinfacht, wenn die Maschinell auf die Verbindung von Teilen einer
anderen Art oder Größe umgestellt wird.
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Der Schweißvorgang wird damit begonnen, daß der Preßstempel und die
Spindel sich in ihrer untersten Stellung befinden. Das Werkstück WP-1 ist in der
Einspannanordnung 13 angeordnet, und die Klemmvorrichtung 18 wird betätigt, um das
Werkstück zwischen den Backen 19 festzuklemmen. Das andere Werkstück WP-2 wird in
das Drehfutter 21 eingesetzt, und der hydraulische Zylinder 58 und der Kolben 57
werden betätigt, um die Klemmbacken 56 in Eingriff mit dem Werkstück WP-2 zu bewegen.
Unter Druck stehendes Arbeitsmittel wird der Kammer 49 zugeführt, um den Preßstempelkolben
47 hochzufahren. Der Motor 36 wird eingeschaltet, um die Spindel 41 und die gerade
erforderliche Anzahl von Trägheitsgewichten 76, die an der Spindel befestigt sind,
auf die gewünschte Drehgeschwindigkeit zu bringen. Die Aufwärtsbewegung des Preßstempels
44 wird so gesteuert, daß die Drehspindel auf die gewünschte Drehgeschwindigkeit
kommt, bevor irgendeine Berührung zwischen den Werkstücken WP-1 und WP-2 hergestellt
wird. Sobald einmal die gewünschte Drehgeschwindigkeit erreicht ist, wird durch
eine die Spindeldrehzahl erfassende Vorrichtung der Motor 36 abgeschaltet, wodurch
der Spindel und den zugehörigen Teilen ein Freilauf ermöglicht
wird.
Unter Druck stehendes Arbeitsmittel wird wieder der Kammer 49 zugeführt, um den
Preßstempel 44 aufwärts zu bewegen und die Werkstücke unter Druck in Berührung zu
bringen. Die in den sich drehenden Teilen gespeicherte Energie wird in der Schweißzone
der Werkstücke WP-1 und WP-2 vernichtet, wenn die Reibung zwischen diesen Werkstücken
die Drehspindel bis zum Anhalten am Ende des Verbindungsvorganges bringt. Die Werkstücke
WP-1 und WP-2 werden dann gelöst und der Druckkolben 44 in seine unterste Stellung
zur Vorbereitung des nächsten Schweißvorganges zurückgeführt.