EP1704016A1 - Rotationsreibschweissanlage - Google Patents

Rotationsreibschweissanlage

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Publication number
EP1704016A1
EP1704016A1 EP04802949A EP04802949A EP1704016A1 EP 1704016 A1 EP1704016 A1 EP 1704016A1 EP 04802949 A EP04802949 A EP 04802949A EP 04802949 A EP04802949 A EP 04802949A EP 1704016 A1 EP1704016 A1 EP 1704016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
friction welding
rotary friction
component
rotating spindle
welding system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04802949A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Bayer
Martin Bussmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1704016A1 publication Critical patent/EP1704016A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B23K20/121—Control circuits therefor
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rotary friction welding system according to the preamble of patent claim 1.
  • Friction welding is a widely used joining process in the manufacture of gas turbines. Friction welding is part of the so-called pressure welding process, with friction welding distinguishing between linear friction welding and rotary friction welding and friction stir welding.
  • the present invention relates to the so-called rotary friction welding, in which rotationally symmetrical components are welded together by external friction.
  • rotary friction welding a first component rotates, whereas the other component stands still and is pressed against the rotating component with a certain force.
  • the force applied here is also known as the friction force.
  • joining surfaces of the components to be connected to one another adapt to one another by becoming dough.
  • the energy in the flywheels is consumed by friction, the rotating component is braked and an increased force, the so-called compressive force, is applied in order to compress the two components in the area of the weld seam.
  • rotary friction welding is carried out on so-called rotary friction welding systems, wherein according to the prior art the rotating component is mounted on a rotating spindle and the stationary component on a non-rotating spindle.
  • rotary friction welding it is important on the one hand to position the two components to be welded together exactly on the one hand and on the other hand to provide the compression force exactly to the extent required.
  • rotary friction welding systems have a positioning device on the one hand to align the component mounted on the non-rotating spindle relative to the component mounted on the rotating spindle, and on the other hand a compression force device to provide the required compression force.
  • the orientation of the static side and the Rotie ⁇ Governing side is made of a rotary friction by wedges. Alignment using wedges can only be carried out with great effort and does not allow alignment of the components to be welded together during the welding process. In the rotary friction welding systems known from the prior art, adjustment of the components to be welded to one another is therefore only possible to a very limited extent.
  • the compression force required for rotary friction welding is generated hydraulically in rotary friction welding systems according to the prior art.
  • a hydraulic compressive force device has the disadvantage that it is not possible to control the provided compressive force exactly. Therefore, according to the state of the art, a dedicated rotary friction welding system has to be built for each compression force class.
  • the present invention is based on the problem of creating a new type of rotary friction welding system.
  • the positioning device and the upsetting force device are preferably coupled to one another via parallel kinematics in such a way that the component mounted on the second, non-rotating spindle can be aligned three-dimensionally in space relative to the component mounted on the first rotating spindle before and / or during rotary friction welding ,
  • a dynamic alignment of the two components to be connected to one another can be carried out before and during the rotary friction welding. This can significantly improve the quality of the welded joint.
  • the upsetting force device can be integrated into the parallel kinematics or can also be designed as a separate assembly.
  • a measuring device monitors the alignment of the component mounted on the non-rotating spindle relative to the component mounted on the rotating spindle, the orientation of the mounting on the non-rotating spindle depending on a measurement signal supplied by the measuring device.
  • th component can be controlled or regulated relative to the component mounted on the rotating spindle before and during rotary friction welding.
  • the upsetting force device is preferably designed to provide the upsetting force required for rotary friction welding as a position-controlled and / or force-controlled piezoelectric drive, or as a combination of a hydraulic drive with a piezoelectric fine adjustment.
  • a piezoelectric compressive force device By using a piezoelectric compressive force device, the required compressive force can be provided in a larger area and more precisely than the purely hydraulic compressive force devices known from the prior art. It is therefore possible to create a rotary friction welding system that is suitable for several classes of upsetting force.
  • Figure 1 is a schematic representation of a rotary friction welding system according to the prior art.
  • Fig. 3 shows a schematic detail from a rotary friction welding system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a rotary friction welding system 10 for joining two components 1 1 and 12 according to the prior art, wherein the weld 13 shown enlarged in Fig. 2 is formed between the components 1 1 and 12 during rotary friction welding.
  • the prior art rotary friction welding system 10 shown in FIG. 1 has a first, rotating spindle 14 and a second, non-rotating spindle 15.
  • the component 11 is on the first, rotating spindle 14 and on the second, non- rotating spindle arranged the component 12 of the components to be connected 1 1 and 12 or * . stored.
  • the clamping devices 16 and 17 are assigned to the spindles 14 and 15, respectively.
  • the clamping devices 16 and 17 are used to connect the end components 1 1 and 12 can be attached to the respective spindle 14 or 15.
  • a flywheel body 23 is assigned to the first rotating spindle.
  • the component 1 1 mounted on the first rotating spindle 14 is rotated in the direction of the arrow 18, the component supported on the second non-rotating spindle 15 12 in the sense of arrow 19 is pressed with a so-called frictional force against component 1 1.
  • the relative rotation between the components 1 1 and 12 and the friction force generate friction and thus heating of the two components 1 1 and 12 on welding surfaces thereof.
  • a weld bead 20 is formed.
  • the material of the components 11 and 12 becomes doughy on the welding surfaces.
  • the energy stored in the flywheel body 23 is consumed by friction.
  • FIG. 3 shows a section of a rotary friction welding system according to the invention, in FIG. 3 the rotating side of the rotary friction welding system being separated from the non-rotating side thereof by a dash-dotted, vertical line for clarification. 3 shows the component 11 assigned to the rotating spindle 1 and the component 12 assigned to the non-rotating spindle 15 shown in cross section, the two components 11 and 12 being fastened or mounted on the respective spindles 14 and 15 via the clamping devices 16 and 17, respectively.
  • a positioning device 25 is assigned to the non-rotating side of the rotary friction welding system according to FIG. 3 in order to align the component 12 mounted on the non-rotating spindle relative to the component 11 mounted on the rotating spindle 14.
  • 3 is associated with a compressive force device 26 in order to generate the compressive force required for rotary friction welding.
  • the positioning device 25 and the compression force device 26 are now coupled to one another via a parallel kinematics 27. With the aid of the parallel kinematics 27, the component 12 mounted on the non-rotating spindle 15 can be aligned three-dimensionally in space relative to the component 11 mounted on the first spindle 14.
  • the components 1 1 and 12 to be connected to one another can therefore be aligned exactly with one another, in such a way that the opposite end faces of the two components 1 1 and 12 to be welded to one another are aligned parallel to one another on the one hand and an axial offset in this parallel alignment on the other the components 1 1 and 12 is avoided.
  • the parallel kinematics 27 allow a five-axis or six-axis movement of the component 12 mounted on the second, non-rotating spindle 15.
  • the parallel kinematics 27 is preferably designed as a hexapod, with struts 28 of the hexapod 27 being designed to be variable in length.
  • each strut 28 of the hexapod 27 variable in length can be adjusted independently of the other struts 28. This enables the 5 or 6-axis movement of the component 12 relative to the component 11.
  • the upsetting force device 26 can be integrated into the parallel kinematics 27, so that the parallel kinematics provides the required upsetting force.
  • a measuring device 30 is provided for dynamic adjustment during rotary friction welding.
  • the measuring device 30 is as Laser source is formed, which is arranged in the center of the rotational axis of the spindle 14 or the clamping device 16, wherein a point of incidence 32 of a laser beam 31 emitted by the laser source 30 is monitored on the non-rotating component 12. A measurement signal dependent on this is then used to regulate the alignment of the components 11 and 12 to be connected to one another.
  • the laser source 30 is assigned to the rotating side of the rotary friction welding system. At this point it should be pointed out that the laser source 30 can also be assigned to the non-rotating side, in which case an impact point of the laser beam of the laser source on the rotating component 11 is then monitored and evaluated.
  • the parallel kinematics for connecting the positioning device 25 and the upsetting force device 26 make it possible to align the two components 11 and 12 to be connected to one another before and during rotary friction welding, so that their central axes are exactly aligned with one another during the entire rotary friction welding process. Accordingly, dynamic readjustment is possible during rotary friction welding.
  • the individual struts 28 of the parallel kinematics 27, which are designed as hexapods, are interleaved with one another and can safely absorb the entire torque acting during rotary friction welding. Since the struts 28 are preferably mounted on solid-state joints 21, the entire arrangement is very rigid.
  • the compression force device 26 is designed as a piezoelectric drive to provide the required compression force and the required compression path.
  • the piezoelectric drive can be position-controlled and / or force-controlled.
  • the measurement signal of the measuring device 30 already described above can be used to control the position of the piezoelectric drive.
  • the measurement signal provided by the load cell can then be used to regulate the force of the piezoelectrically designed upsetting force device.
  • Piezo drives can provide controlled compressive forces of a few thousand kN. Furthermore, the Compression path can be specified very precisely. Compared to the hydraulic upsetting force devices known from the prior art, a more targeted introduction of the upsetting force is therefore possible.
  • the compression force device 26 is also possible to design the compression force device 26 as a combination of a hydraulic or mechanical drive and a piezoelectric drive.
  • the hydraulic or mechanical drive then serves for rough positioning and the piezoelectric drive for fast fine positioning. If the positioning requirements for the upsetting force device 26 are low, a pure hydraulic drive or a ball screw can be used for position control and generation of the upsetting force.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationsreibschweißanlage. Die Rotationsreibschweißanlage verfügt über eine erste, drehende Spindel (14) und eine zweite, nicht-drehende Spindel (15), wobei auf der ersten Spindel (14) ein erstes Bauteil (11) der miteinander zu verbindenden Bauteile und auf der zweiten Spindel (15) ein zwei­tes Bauteil (12) der miteinander zu verbindenden Bauteile gelagert ist.. Weiterhin verfügt die Rotationsreibschweißanlage über eine Positioniereinrichtung (25), um das auf der zwei­ten, nicht-drehenden Spindel (15) gelagerte Bauteil (12) relativ zum auf der ersten, dre­henden Spindel (14) gelagerten Bauteil (11) auszurichten, und über eine Stauchkraftein­richtung (26), um die für das Rotationsreibschweißen benötigte Stauchkraft bereitzustel­len. Erfindungsgemäß sind die Positioniereinrichtung (25) und die Stauchkrafteinrichtung (26) derart miteinander gekoppelt, dass das auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel (15) ge­lagerte Bauteil (12) dreidimensional im Raum relativ zu dem auf der ersten, drehenden Spindel (14) gelagerten Bauteil (11) vor und/oder während des Rotationsreibschweißens ausrichtbar ist.

Description

Rotationsreibschweißanlage
Die Erfindung betrifft eine Rotationsreibschweißanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Fertigung von Gasturbinen ist das Reibschweißen ein weitverbreitetes Fügeverfahren. Das Reibschweißen gehört zu den sogenannten Pressschweißverfahren, wobei man beim Reibschweißen das sogenannte lineare Reibschweißen vom Rotationsreibschweißen und dem sogenannten Rührreibschweißen unterscheidet. Die hier vorliegende Erfindung betrifft das sogenannte Rotationsreibschweißen, bei welchem rotationssymmetrische Bauteile durch äußere Reibung miteinander verschweißt werden. Beim Rotationsreibschweißen rotiert ein erstes Bauteil, wohingegen das andere Bauteil stillsteht und mit einer bestimmten Kraft gegen das rotierende Bauteil gedrückt wird. Die hierbei aufgebrachte Kraft bezeichnet man auch als Reibkraft. Hierbei passen sich Fügeflächen der miteinander zu verbindenden Bauteile durch Teigigwerden aneinander an. Durch Reibung wird die in Schwungscheiben steckende Energie verbraucht, das drehende Bauteil wird abgebremst und eine erhöhte Kraft, die sogenannte Stauchkraft, wird angelegt, um die beiden Bauteile im Bereich der Schweißnaht zu verdichten.
Das Rotationsreibschweißen wird auf sogenannten Rotationsreibschweißanlagen durchgeführt, wobei nach dem Stand der Technik das rotierende Bauteil auf einer drehenden Spindel und das stillstehende Bauteil auf einer nicht-drehenden Spindel gelagert ist. Beim Rotationsreibschweißen ist es von Bedeutung, einerseits die beiden miteinander zu verschweißenden Bauteile exakt zueinander zu positionieren und andererseits die Stauchkraft im benötigten Umfang exakt bereitzustellen. Hierzu verfügen Rotationsreibschweißanlagen einerseits über eine Positioniereinrichtung, um das auf der nicht-drehenden Spindel gelagerte Bauteil relativ zu dem auf der drehenden Spindel gelagerten Bauteil auszurichten, und andererseits über eine Stauchkrafteinπchtung, um die benötigte Stauchkraft bereitzustellen. Nach dem Stand der Technik erfolgt die Ausrichtung der statischen Seite und der rotie¬ renden Seite einer Rotationsreibschweißanlage durch Keile. Die Ausrichtung mithilfe von Keilen kann nur mit großem Aufwand durchgeführt werden und ermöglicht keine Ausrichtung der miteinander zu verschweißenden Bauteile während des Schweißvorgangs. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rotationsreibschweißanlagen ist demnach eine Jus- tage der miteinander zu verschweißenden Bauteile nur sehr eingeschränkt möglich. Die für das Rotationsreibschweißen benötigte Stauchkraft wird bei Rotationsreibschweißanlagen nach dem Stand der Technik hydraulisch erzeugt. Eine hydraulische Stauchkrafteinrichtung verfügt über den Nachteil, dass keine exakte Steuerung der bereitgestellten Stauchkraft möglich ist. Deshalb muss nach dem Stand der Technik für jede Stauchkraftklasse eine eigne Rotationsreibschweißanlage gebaut werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartige Rotationsreibschweißanlage zu schaffen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Rotationsreibschweißanlage durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß sind die Positioniereinrichtung und die Stauchkrafteinrichtung vorzugsweise über eine Parallelkinematik derart miteinander gekoppelt, dass das auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel gelagerte Bauteil dreidimensional im Raum relativ zu dem auf der ersten, drehenden Spindel gelagerten Bauteil vor und/oder während des Rotationsreibschweißens ausrichtbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Rotationsreibschweißanlage kann vor und während des Rotationsreibschweißens eine dynamische Ausrichtung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile durchgeführt werden. Hierdurch lässt sich die Qualität der Schweißverbindung deutlich verbessern. Die Stauchkrafteinrichtung kann dabei in die Parallelkinematik integriert sein oder auch als separate Baugruppe ausgeführt sein.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überwacht eine Messeinrichtung die Ausrichtung des auf der nicht-drehenden Spindel gelagerten Bauteils relativ zu dem auf der drehenden Spindel gelagerten Bauteil, wobei abhängig von einem von der Messeinrichtung gelieferten Messsignal die Ausrichtung des auf der nicht-drehenden Spindel gelager- ten Bauteils relativ zu dem auf der drehenden Spindel gelagerten Bauteil vor und während des Rotationsreibschweißens steuerbar bzw. regelbar ist.
Vorzugsweise ist die Stauchkrafteinrichtung zur Bereitstellung der für das Rotationsreibschweißen benötigten Stauchkraft als lagegeregelter und/oder kraftgeregelter piezoelektrischer Antrieb ausgebildet, oder als Kombination eines hydraulischen Antriebs mit einer piezoelektrischen Feinregulierung. Durch die Verwendung einer piezoelektrischen Stauchkrafteinrichtung kann die benötigte Stauchkraft gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten, rein hydraulischen Stauchkrafteinrichtungen in einem größeren Bereich sowie genauer bereitgestellt werden. Daher ist es möglich, eine Rotationsreibschweißanlage zu schaffen, die für mehrere Stauchkraftklassen geeignet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Rotationsreibschweißanlage nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Rotationsreibschweißnaht zwischen zwei miteinander verbundenen Bauteilen; und
Fig. 3 ein schematisiertes Detail aus einer erfindungsgemäßen Rotationsreibschweißanlage.
Fig. 1 zeigt eine Rotationsreibschweißanlage 10 zum Fügen zweier Bauteile 1 1 und 12 nach dem Stand der Technik, wobei sich zwischen den Bauteilen 1 1 und 12 beim Rotationsreibschweißen die in Fig. 2 vergrößert dargestellte Schweißnaht 13 ausbildet. Die in Fig. 1 dargestellte Rotationsreibschweißanlage 10 nach dem Stand der Technik verfügt über eine erste, drehende Spindel 14 und eine zweite, nicht-drehende Spindel 15. Auf der ersten, drehenden Spindel 14 ist das Bauteil 1 1 und auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel das Bauteil 12 der miteinander zu verbindenden Bauteile 1 1 und 12 angeordnet bzw*. gelagert. Hierzu sind den Spindeln 14 und 15 jeweils Spanneinrichtungen 16 und 17 zugeordnet. Mithilfe der Spanneinrichtungen 16 und 17 sind die miteinander zu verbin- denden Bauteile 1 1 und 12 auf der jeweiligen Spindel 14 bzw. 15 befestigbar. Der ersten, drehenden Spindel ist ein Schwungmassenkörper 23 zugeordnet.
Um nun die beiden Bauteile 1 1 und 12 mithilfe des Rotationsreibschweißens miteinander zu verbinden, wird das auf der ersten, drehenden Spindel 14 gelagerte Bauteil 1 1 im Sinne des Pfeils 18 drehend bewegt, wobei das auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel 15 gelagerte Bauteil 12 im Sinne des Pfeils 19 mit einer sogenannten Reibkraft gegen das Bauteil 1 1 gedrückt wird. Die Relativrotation zwischen den Bauteilen 1 1 und 12 sowie die Reibkraft erzeugen eine Reibung und damit Erwärmung der beiden Bauteile 1 1 und 12 an Schweißflächen derselben. Es bildet sich eine Schweißwulst 20 aus. Hierbei erfolgt an den Schweißflächen ein Teigigwerden des Werkstoffs der Bauteile 1 1 und 12. Die im Schwungmassenkörper 23 gespeicherte Energie wird durch Reibung verbraucht. Hierdurch wird die erste, sich drehende Spindel 14 und damit das derselben zugeordnete Bauteil 1 1 abgebremst, wobei gleichzeitig das Bauteil 12 mit einer erhöhten Kraft, einer sogenannten Stauchkraft, auf das Bauteil 1 1 gedrückt wird. Ein in Folge der Erwärmung hocherwärmter Bereich 22 zwischen den Bauteilen 1 1 und 12 kühlt hierbei ab und es bildet sich letztendlich die Schweißnaht 13 aus.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Rotationsreibschweißanlage 10 nach dem Stand der Technik erfolgt die mechanische Ausrichtung der beiden miteinander zu verschweißenden Bauteile 1 1 und 12 und damit die Ausrichtung der rotierenden Seite bezüglich der nicht-rotierenden Seite der Rotationsreibschweißanlage 10 durch Keile 24, die der nicht-drehenden Spindel 15 zugeordnet sind. Die Verwendung solcher Keile 24 zur Ausrichtung bzw. Justage der miteinander zu verbindenden Bauteile erfordert einen großen Aufwand und ist nur vor dem Rotationsreibschweißvorgang möglich.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Rotationsreibschweißanlage, wobei in Fig. 3 die rotierende Seite der Rotationsreibschweißanlage von der nichtrotierenden Seite derselben durch eine strichpunktierte, vertikal verlaufende Linie zur Verdeutlichung voneinander getrennt sind. So sind in Fig. 3 das der rotierenden Spindel 1 zugeordnete Bauteil 1 1 sowie das der nicht-rotierenden Spindel 15 zugeordnete Bauteil 12 im Querschnitt gezeigt, wobei die beiden Bauteile 1 1 und 12 an der jeweiligen Spindel 14 bzw. 15 über die Spanneinrichtungen 16 bzw. 17 befestigt bzw. gelagert sind.
Der nicht-rotierenden Seite der Rotationsreibschweißanlage gemäß Fig. 3 ist eine Positioniereinrichtung 25 zugeordnet, um das auf der nicht-drehenden Spindel gelagerte Bauteil 12 relativ zu dem auf der drehenden Spindel 14 gelagerten Bauteil 1 1 auszurichten. Weiterhin ist der nicht-drehenden Seite der Rotationsreibschweißanlage gemäß Fig. 3 eine Stauchkrafteinrichtung 26 zugeordnet, um die für das Rotationsreibschweißen erforderliche Stauchkraft zu erzeugen. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind nun die Positioniereinrichtung 25 sowie die Stauchkrafteinrichtung 26 über ein Parallelkinematik 27 miteinander gekoppelt. Mithilfe der Parallelkinematik 27 ist das auf der nicht-drehenden Spindel 15 gelagerte Bauteil 12 dreidimensional im Raum relativ zu dem auf der ersten Spindel 14 gelagerten Bauteil 1 1 ausrichtbar. Die miteinander zu verbindenden Bauteile 1 1 und 12 können daher exakt aufeinander ausgerichtet werden, und zwar derart, dass die miteinander zu verschweißenden, sich gegenüberliegenden Stirnflächen den beiden Bauteile 1 1 und 12 einerseits parallel zueinander ausgerichtet sind und andererseits in dieser parallelen Ausrichtung ein axialer Versatz der Bauteile 1 1 und 12 vermieden wird. Die Parallelkinematik 27 erlaubt hierzu eine fünfachsige oder auch sechsachsige Bewegung des auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel 15 gelagerten Bauteils 12. Die Parallelkinematik 27 ist vorzugsweise als Hexapod ausgebildet, wobei Streben 28 des Hexapods 27 längenveränderlich ausgebildet sind. Im Sinne der Pfeile 29 kann jede längenveränderliche Strebe 28 des Hexapods 27 für sich unabhängig von den anderen Streben 28 verstellt werden. Hierdurch wird die 5- bzw. 6-Achsen-Bewegung des Bauteils 12 relativ zum Bauteil 1 1 ermöglicht. Die Stauchkrafteinrichtung 26 kann dabei in die Parallelkinematik 27 integriert sein, sodass die Parallelkinematik die benötigte Stauchkraft bereitstellt.
Mithilfe der oben beschriebenen Parallelkinematik ist eine exakte Ausrichtung der beiden miteinander zu verschweißenden Bauteil 1 1 und 12 vor und während des Rotationsreibschweißens möglich. Die erfindungsgemäße Rotationsreibschweißanlage ermöglicht demnach eine dynamische Justierung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 1 1 und 12. Zur dynamischen Justierung während des Rotationsreibschweißens ist eine Messeinrichtung 30 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die Messeinrichtung 30 als Laserquelle ausgebildet, die im Zentrum der rotatorischen Achse der Spindel 14 bzw. der Spanneinrichtung 16 angeordnet ist, wobei ein Auftreffpunkt 32 eines von der Laserquelle 30 emittierten Laserstrahls 31 auf dem nicht-drehenden Bauteil 12 überwacht wird. Ein hiervon abhängiges Messsignal wird dann zur Regelung der Ausrichtung der miteinander zu verbindenden Bauteile 1 1 und 12 verwendet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Laserquelle 30 der rotierenden Seite der Rotationsreibschweißanlage zugeordnet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Laserquelle 30 auch der nicht-rotierenden Seite zugeordnet sein kann, wobei dann in diesem Fall ein Auftreffpunkt des Laserstrahls der Laserquelle auf dem rotierenden Bauteil 1 1 überwacht und ausgewertet wird.
Mithilfe der Parallelkinematik zur Verbindung der Positioniereinrichtung 25 und der Stauchkrafteinrichtung 26 ist eine Ausrichtung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 1 1 und 12 vor und während des Rotationsreibschweißens möglich, sodass deren Mittelachsen während des gesamten Rotationsreibschweißvorgangs exakt zueinander fluchten. Es ist demnach eine dynamische Nachjustage während des Rotationsreibschweißens möglich. Die einzelnen Streben 28 der als Hexapod ausgebildeten Parallelkinematik 27 sind gegeneinander verschränkt und können das gesamte beim Rotationsreibschweißen wirkende Drehmoment sicher aufnehmen. Da die Streben 28 bevorzugt über Festkörpergelenke 21 gelagert sind, ist die gesamte Anordnung sehr steif.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist die Stauchkrafteinrichtung 26 zur Bereitstellung der benötigten Stauchkraft sowie des benötigten Stauchwegs als piezoelektrischer Antrieb ausgebildet. Der piezoelektrische Antrieb kann lagegeregelt und/oder kraftgeregelt sein. Zur Lageregelung des piezoelektrischen Antriebs kann das Messsignal der bereits oben beschriebenen Messeinrichtung 30 verwendet werden. Soll darüber hinaus eine Kraftregelung des piezoelektrischen Antriebs ermöglicht werden, so liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dem piezoelektrischen Antrieb eine Kraftmessdose zuzuordnen, mit welcher die beim Rotationsreibschweißen aufgebrachte Stauchkraft online erfasst und ausgewertet werden kann. Das von der Kraftmessdose bereitgestellte Messsignal kann dann zur Kraftregelung der piezoelektrisch ausgebildeten Stauchkrafteinrichtung verwendet werden. Mit Piezoantrieben können Stauchkräfte von einigen tausend kN geregelt bereitgestellt werden. Des weiteren kann der Stauchweg sehr genau vorgegeben werden. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten, hydraulischen Stauchkrafteinrichtungen ist demnach eine gezieltere Einbringung der Stauchkraft möglich.
Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, die Stauchkrafteinrichtung 26 als eine Kombination aus einem hydraulischen oder mechanischen Antrieb und einem piezoelektrischen Antrieb auszuführen. Dabei dient dann der hydraulische oder mechanische Antrieb der Grobpositionierung und der piezoelektrische Antrieb der schnellen Feinpositionierung. Sollten die Positionieranforderungen an die Stauchkrafteinrichtung 26 gering sein, so kann auch ein reiner hydraulischer Antrieb oder eine Kugelumlaufspindel zur Lageregelung und Stauchkrafterzeugung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Rotationsreibschweißanlage zum Fügen zweier Bauteile, mit einer ersten, drehenden Spindel (14) und einer zweiten, nicht-drehenden Spindel (15), wobei auf der ersten Spindel (14) ein erstes Bauteil (1 1) der miteinander zu verbindenden Bauteile und auf der zweiten Spindel ( 15) ein zweites Bauteil ( 12) der miteinander zu verbindenden Bauteile gelagert ist, mit einer Positioniereinrichtung (25), um das auf der zwei- , ten, nicht-drehenden Spindel (15) gelagerte Bauteil (12) relativ zu dem auf der ersten, drehenden Spindel (14) gelagerten Bauteil (1 1) auszurichten, und mit einer Stauchkrafteinrichtung (26), um die für das Rotationsreibschweißen benötigte Stauchkraft bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (25) und die Stauchkrafteinrichtung (26) derart miteinander gekoppelt sind, dass das auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel ( 15) gelagerte Bauteil (12) dreidimensional im Raum relativ zu dem auf der ersten, drehenden Spindel (14) gelagerten Bauteil (11) vor und/oder während des Rotationsreibschweißens ausrichtbar ist.
2. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (25) und die Stauchkrafteinrichtung (26) über eine Parallelkinematik (27) miteinander gekoppelt sind.
3. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Parallelkinematik (27) eine fünfachsige oder sechsachsige Bewegung des auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel (15) gelagerten Bauteils (12) durchführbar ist.
4. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelkinematik (27) als Hexapod ausgebildet ist.
5. Rotationsreibschweißanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (30) die Ausrichtung des auf der nicht-drehenden Spindel (15) gelagerten Bauteils (12) relativ zu dem auf der drehenden Spindel (14) gelagerten Bauteil (1 1) überwacht.
6. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem von der Messeinrichtung (30) gelieferten Messsignal die Ausrichtung des auf der nicht-drehenden Spindel (15) gelagerten Bauteils (12) relativ zu dem auf der drehenden Spindel (14) gelagerten Bauteil (1 1) vor und während des Rotationsreibschweißens steuerbar bzw. regelbar ist.
7. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (30) als Laser ausgebildet ist, wobei ein Auftreffpunkt eines vom Laser emittierten Laserstrahls auf einem der miteinander zu verschweißenden Bauteile überwacht wird.
8. Rotationsreibschweißanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchkrafteinrichtung (26) zur Bereitstellung der für das Rotationsreibschweißen benötigten Stauchkraft als piezoelektrischer Antrieb ausgebildet ist.
9. Rotationsreibschweißanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchkrafteinrichtung (26) zur Bereitstellung der für das Rotationsreibschweißen benötigten Stauchkraft eine Kombination aus einem hydraulischen oder mechanischen Antrieb zur Grobpositionierung und einem als piezoelektrischer Antrieb zur Feinpositionierung ausgebildet ist.
0. Rotationsreibschweißanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Antrieb lagegeregelt und/oder kraftgeregelt ist.
1. Rotationsreibschweißanlage nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchkrafteinrichtung (26) in die Parallelkinematik (27) integriert ist.
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