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Title:
METHOD FOR CONNECTING TWO COMPONENTS BY MEANS OF FRICTION WELDING AND A MACHINE ELEMENT PRODUCED ACCORDING TO SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/054852
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for connecting a first component (1) to a second component (2) by means of friction welding. The method comprises the following steps: a) the second component (2) is provided with a through bore (5) that is normal in relation to the second contact surface (4) and is greater than the diameter of the connecting component, b) said two components (1, 2) are placed adjacent to one another and are clamped in a friction welding machine (8) in such a way that said components face each other, c) a connecting pin (6) acting as the connecting component is clamped in another clamping device (9) of a friction welding machine and d) the friction welding connection (11) is produced between the front face of the connecting pin (6) and the first component (1). The aim of the invention is to obtain exact positioning and a transmission of shearing forces. The resulting welding bead (10) forms a connection in a positive fit in the chamber (7) between the bore (5) and the connecting pin (6). Said method is particularly suitable for permanently connecting rotating machine elements.

Inventors:
KLAMPFL HEINZ KARL (AT)
Application Number:
PCT/AT2001/000021
Publication Date:
August 02, 2001
Filing Date:
January 26, 2001
Export Citation:
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Assignee:
STEYR POWERTRAIN AG & CO KG (AT)
KLAMPFL HEINZ KARL (AT)
International Classes:
B23K20/12; (IPC1-7): B23K20/12
Foreign References:
US3495321A1970-02-17
FR2321206A11977-03-11
US3477115A1969-11-11
Attorney, Agent or Firm:
Kovac, Werner (Magna Europa AG Magna-Strasse 1 Oberwaltersdorf, AT)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Teiles mit einem zweiten Teil, wobei das erste Teil (1) eine erste Kontaktfläche (3) und das zweite Teil (2) eine zweite Kontaktfläche (4) besitzt, die einander in verbunde nem Zustand berühren, mittels Reibschweissung mit kreissymmetrischen Verbindungsteilen, bestehend in folgenden Schritten : a) die Kontaktflächen (3,4) der beiden Teile (1,2) werden bearbeitet und der zweite Teil (2) wird mit einer durchgehenden zur zweiten Kontakt fläche (4) normalen Bohrung (5) versehen, die grö er als der Durch messer des Verbindungsteiles ist, b) die beiden Teile (1,2) werden mit ihren Kontaktflächen (3,4) zum Anliegen gebracht und zueinander positioniert in einer Reibschweiss maschine (8) festgespannt, c) als Verbindungsteil wird ein eine Stirnfläche (6') aufweisender Verbin dungsstift (6) in der anderen Spanneinrichtung (9) einer Reibschweiss maschine festgespannt, d) der Verbindungsstift (6) wird in die Bohrung (5) eingeführt, bis er die erste Kontaktfläche (3) erreicht und dann unter Drehung in Richtung der Drehachse angepresst, wodurch eine Reibschweissverbindung (11 ; 39) wischen der Stirnfläche des Verbindungsstiftes (6) und dem ersten Teil (1) hergestellt wird, e) Nach Beendigung der Schweissung verbleibt der Verbindungsstift (6 ; 27 ; 37) zumindest teilweise in der Bohrung (5 ; 36), dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt d) entstehende Schweisswulst (10) im Raum (7) zwischen der Wand der Bohrung (5) und dem Verbin dungsstift (6) eine fonmschlüssige Verbindung zwischen diesen bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Schritt d) der Schweiss wulst (10) auch mit der Wand der Bohrung (5 ; 36) im zweiten Teil (2 ; 32) eine Reibschweissverbindung (12 ; 40) eingeht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im An schlu an Schritt d) der für die Verbindung der beiden Teile (1,2) nicht mehr benötigte und in der anderen Spanneinrichtung (8 ; 9) einer Reib schweissmaschine festgespannte Teil (28) des Verbindungsstiftes (6) von dem die Verbindung herstellenden Teil (27 ; 37) getrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tren nung durch Abreissen und/oder Abscheren des nicht benötigten Teiles in einer vorbestimmten Zone (30) des Verbindungsstiftes (6) im Zuge des Schrittes d) erfolgt.
5. Maschinenelement, bestehend aus einem ersten Teil (1 ; 30) mit einer ersten Kontaktfläche (3) und aus einem zweiten Teil (2), mit einer zweiten Kontaktfläche (4) und einer in der zweiten Kontaktfläche endenden Boh rung (5 ; 36), die einen Verbindungsstift (6 ; 37) aufnimmt, wobei der Durchmesser der Bohrung (5 ; 36) zumindest über einen Teil ihrer Tiefe grö er als der des Verbindungsstiftes (6 ; 37) ist, der Verbindungsstift (6 ; 37) die Bohrung (5 ; 36) durchsetzt und wobei seine Stirnfläche (6') mit der ersten Kontaktfläche (3) durch eine erste Reibschweisszone (11 ; 39) ver bunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bildende Schwei wulst (10) in dem Raum (7) zwischen dem Verbindungsstift (6 ; 37) und der Wand der Bohrung (5 ; 36) eine formschlüssige Verbindung zwischen er stem und zweitem Teil (1,2 ; 30,32) herstellt.
6. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweisswulst (10) mit der Wand der Bohrung (5 ; 36) des zweiten Tei les (2) eine zweite Reibschweisszone (12 ; 40) bildet.
7. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsstift (6) eine Sollbruchstelle (26 ; 30) aufweist.
8. Maschinenelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (26) eine Umfangsnut ist.
9. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (3) des ersten Teiles (1) an der mit dem Verbin dungsstift (6) zu verschweissenden Stelle eine Abtragung (18 ; 19 ; 20 ; 21 ; 22) aufweist.
10. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5) des zweiten Teiles in der Nähe der zweiten Kontaktfläche eine Erweiterung (14 ; 15) aufweist.
11. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5) des zweiten Teiles auf der der zweiten Kontaktfläche ab gewandten Seite eine Einschnürung (16) aufweist.
12. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil eine Welle (30) und der andere Teil ein auf dieser befestigter Körper (32) ist.
13. Maschinenelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (30) die Ausgleichswelle einer Kolbenmaschine und der Körper (32) ein Ausgleichsgewicht ist.
Description:
VERFAHREN ZUM VERBINDEN ZWEIER TEILE MITTELS REIBSCHWEISSUNG UND NACH DIESEM VERFAHREN HERGESTELLTES MASCHINENELEMENT Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Teiles mit einem zweiten Teil, wobei das erste Teil eine erste Kontaktfläche und das zweite Teil eine zweite Kontaktfläche besitzt, die einander in verbunde- nem Zustand berühren, mittels Reibschweissung mit kreissymmetrischen Verbindungsteilen in folgenden Schritten : a) die Kontaktflächen der beiden Teile werden bearbeitet und der zweite Teil wird mit einer durchgehenden zur zweiten Kontaktfläche normalen Bohrung versehen, die grö er als der Durchmesser des Verbindungs- teiles ist, b) die beiden Teile werden mit ihren Kontaktflächen (3,4) zum Anliegen gebracht und zueinander positioniert in einer Reibschweissmaschine festgespannt, c) als Verbindungsteil wird ein eine Stirnfläche aufweisender Verbin- dungsstift in die andere Spanneinrichtung einer Reibschweissmaschine gespannt, d) der Verbindungsstift wird in die Bohrung eingeführt, bis er die erste Kontaktfläche erreicht und dann unter Drehung eine Reibschweiss-

verbindung zwischen der Stirnfläche des Verbindungsstiftes und dem ersten Teil hergestellt, e) Nach Beendigung der Schweissung verbleibt der Verbindungsstift zu- mindest teilweise in der Bohrung.

Die Kontaktflächen können ebene oder auch Zylinderflächen sein, die zu verbindenden Teile daher sowohl plattenförmig als auch kreissymmetrisch, vorzugsweise eine Welle und ein darauf befestigter Körper, etwa ein Zahn- rad, eine Nabe oder ein exzentrischer Ausgleichskörper. Die Verbindung kann im übrigen sowohl mittels eines oder auch mittels mehrerer Verbin- dungsteile hergestellt sein.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US 3,477,115 bekannt. Bei diesem werden zwei Platten mittels eines nietförmigen Stiftes verbunden. Nach der Schweissung sitzt der Kopf des Verbindungsstiftes auf dem zweiten Teil auf, sodass beide Teile fest aufeinandersitzen. Die so hegestellte Verbin- dung ähnelt einer Nietung, bei der die beiden Teile zusammengezogen werden, wobei auch ein gewisser Reibschluss zwischen diesen hergestellt wird. Für eine dauerhaft genaue Positionierung und die Übertragung von, insbesondere pulsierenden, Kräften quer zur Achse des Stiftes ist eine solche Verbindung nicht geeignet. Bei rotationssymmetrischen Teilen entstehen solche Querkräfte bei Übertragung eines Drehmomentes.

Dabei steht der Verbindungsstift auch unter Zugspannung und die verbun- denen Teile unter Druckspannung, was zu einem Verzug der Teile führen kann. Das bedingt auch Einschränkungen bei der Wahl der Schweisspara- meter, wodurch das Verfahren vor allem im Blechbereich brauchbar ; für dickere Teile, besondere Anforderungen und schwer verschweissbare Werkstoffe aber nicht geeignet ist.

Nach diesem Verfahren hergestellte Maschinenelemente sind somit nicht dauerhaft genau gefügt, bisweilen verzogen, was sich bei rotierenden Ma- schinenelementen verbietet und für die Übertragung eines Drehmomentes überhaupt nicht geignet. Deshalb handelt die Erfindung auch von erfin- dungsgemä hergestellten Maschinenelementen.

Es ist Ziel der Erfindung, ein gattungsgemä es Verfahren zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht hat. Es soll schnell und billig und auch für dicke Werkstücke bzw rotierende Maschinenelemente aus verschiedenen Werkstoffen geeignet sein, in der Folge genaue Werkstücke liefern, die auch Schubkräfte bzw ein Drehmoment übertragen können. Zur Minimie- rung des Verzuges soll auch möglichst wenig Energie zuzuführen sein.

Zur Herstellung der Reibschweissverbindung im engeren Sinne wird der Verbindungsstift in die Bohrung eingeführt, bis er die erste Kontaktfläche erreicht und dann unter Drehung angepresst wird, wodurch zwischen der Stirnfläche des Verbindungsstiftes und dem ersten Teil die Reibschweiss- verbindung hergestellt wird.

Das erfindungsgemä e Verfahren besteht darin, dass der bei der Reib- schweissverbindung im engeren Sinne entstehende Schweisswulst im Raum zwischen der Wand der Bohrung und dem Verbindungsstift eine formschlüssige Verbindung zwischen diesen bildet.

Die grö ere Bohrung braucht nicht genau bearbeitet zu sein, eine Fein- bearbeitung nach dem Bohren ist nicht erforderlich. Wenn das zweite Teil ein Gussteil ist, könnte sie sogar gussroh bleiben. Ihr Überma bezüglich des Verbindungsteiles erlaubt die genaue Positionierung der beiden Teile

zueinander, ohne eine allzu genaue Positionierung der anderen Spann- einrichtung (die eine oder die andere ist drehbar und/oder verschiebbar) zu erfordern. Eine prozessspezifische Vorbereitung der ersten Kontaktfläche des ersten Teiles für die Schweissung ist normalerweise nicht erforderlich.

Das Verfahren ist auch in dieser Hinsicht voll automatisierbar.

Das Übermass hat weiters die wichtige Konsequenz, dass der Raum zwi- schen dem Verbindungsstift und der Wand der Bohrung den für das Reib- schweissen typischen Schweisswulst aufnimmt. Der Schweisswulst über- brückt so gewisserma en das Spiel zwischen den beiden Teilen, fixiert die Positionierung und bildet eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsstift und dem zweiten Teil, die auch erhebliche Schubkräfte beziehungsweise Drehmomente aufnehmen kann. Durch diesen, Fxpan- sionsraum"bauen sich trotz der formschlüssigen Verbindung in den Teilen nur sehr geringe Spannungen auf. Mit der Freiheit, die Durchmessediffe- renz in weiten Grenzen zu variieren hat man auch bei der Wahl der Schweissparameter viel mehr Freiheit, etwa zur Anpassung an verschie- dene Werkstoffe. Dadurch sind auch schwer schweissbare Werkstoffe, ja sogar nichtmetallische Werkstoffe für das erfindungsgemä e Verfahren geeignet.

Dadurch, dass der Schweisswulst die Verbindungsfläche und damit die übertragbaren Schubkräfte vergrö ert, braucht der Verbindungsteil nur ein Stift kleinen Durchmessers zu sein, was die benötigte Schweissenergie wei- ter vermindert und die Taktzeit weiter verkürzt. Es genügt in der Regel ein einfacher Stift ohne besonders gestaltete Stirnfläche. Er ist daher billig und auch einfach einzuspannen und zu zentrieren. Durch besondere Gestaltung der Stirnfläche kann die Wulstbildung und damit der ganze Schweisspro- zess ma geblich beeinflusst werden.

In manchen Anwendungsfällen, etwa wenn besonders hohe und pulsierende Drehmomente zu übertragen oder Fliehkräfte aufzunehmen sind, ist es in Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, wenn bei der Durchführung der Reibungsschweissung der Schweisswulst auch mit der Wand der Bohrung im zweiten Teil eine Reibschweissverbindung eingeht (Anspruch 2). Der Grad der Auffüllung der Bohrung und damit die Festigkeit der Verbindung ist wieder über die Schweissparameter einstellbar.

In Weiterbildung der Erfindung wird der für die Verbindung der beiden Teile nicht mehr benötigte und in der anderen Spanneinrichtung der Reib- schweissmaschine festgespannte Teil des Verbindungsstiftes von dem die Verbindung herstellenden Teil des Verbindungsstiftes getrennt (Anspruch 3). Die Abtrennung des nicht benötigten Teiles kann so ohne einen geson- derten Arbeitsgang erfolgen, zum Beispiel durch Abreissen und/oder Ab- scheren des nicht benötigten Teiles in einer vorbestimmte Zone des Verbin- dungsstiftes (Anspruch 4), und zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Dazu sind die Schweissparameter und Masse und die Ablaufsteuerung der Reib- schwei maschine so zu wählen, dass die vorbestimmte Zone durch die Schweisshitze ausreichend erweicht ist.

Besonders praktisch geht das, wenn der Verbindungsstift eine Sollbruch- stelle aufweist (Anspruch 7), die vorzugsweise eine Umfangsnut ist (An- spruch 8). Die Trennung erfolgt dann ganz von selbst, wenn in der letzten Phase der Reibschweissung ein erhöhtes Drehmoment aufgebracht und/oder an der Einspannung eine Zugkraft aufgebracht wird. Die Soll- bruchstelle kann so an eine sonst unzugängliche Stelle in der Bohrung ge- legt werden, sodass der nicht benötigte Teil des Verbindungsstiftes nicht vorsteht.

Die Erfindung betrifft auch ein vorzugsweise rotierendes Maschinenele- ment, das aus einem ersten Teil mit einer ersten Kontaktfläche und aus einem zweiten Teil mit einer zweiten Kontaktfläche und einer in der zwei- ten Kontaktfläche endenden Bohrung, die einen Verbindungsstift aufnim- mt, besteht, wobei der Durchmesser der Bohrung zumindest über einen Teil ihrer Tiefe grö er als der des Verbindungsstiftes ist. Dabei ist erfindungs- gemä (Anspruch 5) der die Bohrung durchsetzende Verbindungsstift und seine Stirnfläche mit der ersten Kontaktfläche durch eine erste Reib- schweisszone verbunden, wobei der sich bildende Schwei wulst in dem Raum zwischen dem Verbindungsstift und der Wand der Bohrung eine formschlüssige Verbindung zwischen erstem und zweitem Teil herstellt.

Der Schwei wulst kann aber auch mit der Wand der Bohrung des zweiten Teiles eine zweite Reibschweisszone bilden (Anspruch 6). Das so herge- stellte Maschinenelement zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und niede- re Herstellkosten aus.

Besondere Umstände oder Werkstofflconstellationen können es erforderlich machen, dass die erste Kontaktfläche des ersten Teiles an der mit dem Ver- bindungsstift zu verschweissenden Stelle eine Abtragung (Anspruch 9) oder dass die Bohrung des zweiten Teiles in der Nähe der zweiten Kontakt- fläche eine Erweiterung aufweist (Anspruch 10). Auf diese Weise kann das Flie verhalten des Schweisswulstes, die Wärmeableitung, die Prozess- sicherheit und können auch die Eigenschaften der Schweissverbindung be- einflusst werden. Die Abtragung kann mechanisch, chemisch oder elek- trisch erfolgen. Die Bohrung des zweiten Teiles kann aber auch auf der der zweiten Kontaktfläche abgewandten Seite eine Einschnürung aufweisen (Anspruch 11). Diese Einschnürung dient dann der Zentrierung des Verbin- dungsstiftes.

Besondere Vorteile werden erzielt, wenn das erste-oder das zweite-Teil eines erfindungsgemä en Maschinenelementes eine Welle und das jeweils andere Teil ein auf dieser befestigter Körper ist (Anspruch 12), und ganz besonders, wenn die Welle die Ausgleichswelle einer Kolbenmaschine und der Körper ein Ausgleichsgewicht ist (Anspruch 13).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 : Die Teile des erfindungsgemä en Maschinenelementes vor dem Verschweissen, Fig. 2 : Einen Teil eines nach dem erfindungsgemä en Verfahren her- gestellten erfindungsgemä en Maschinenelementes in einer ersten Form, Fig. 3 : Einen Teil eines nach dem erfindungsgemä en Verfahren her- gestellten erfindungsgemä en Maschinenelementes in einer zweiten Form, Fig. 4 : Detail II der Fig. 1 in verschiedenen Varianten (a bis d), vor dem Verschweissen, Fig. 5 : Detail III der Fig. l in verschiedenen Varianten (a bis f), vor dem Verschweissen, Fig. 6 : Detail IV der Fig. 1 in verschiedenen Varianten (a bis e), vor dem Verschweissen, Fig. 7 : Eine nach dem erfindungsgemä en Verfahren zusammen- gebaute Ausgleichswelle einer Kolbenmaschine im Längs- schnitt, Fig. 8 : Querschnitt zu Fig. 7, Fig. 9 : Detail V in Fig. 7, vergrö ert.

Fig. 1 zeigt teilweise ein Maschinenelement, das aus einem ersten Teil 1 und einem zweiten Teil 2 besteht, vor dem Verschwei en. Die Teile 1, 2 können wie dargestellt plattenförmig sein, sind aber vorzugsweise eine Welle und eine Nabe. Im letzgenannten Fall ist die erste Kontaktfläche 3 des ersten Teiles und die zweite Kontaktfläche 4 des zweiten Teiles eben oder zylindrisch. Diese Flächen sind genau bearbeitet, soda Teil 1 und 2 sauber gefügt werden können. Im Falle zylindrischer Kontaktflächen be- deutet das zumindest einen Spielsitz. Das zweite Teil 2 besitzt eine Boh- rung 5, die den Eintritt eines Verbindungsstiftes 6 gestattet, dessen Stirn- fläche 6'in der gezeigten Stellung bereits auf der zweiten Kontaktfläche 4 aufsitzt. Der Durchmesser des Verbindungsstiftes 6 ist kleiner als der In- nendurchmesser der Bohrung 5, soda zwischen diesen ein Zwischenraum 7 freibleibt.

Die Reibschwei ung wird durch Relativbewegung zwischen dem Verbin- dungsstift 6 und den beiden gefügten Teilen 1, 2 vorgenommen. Dazu sind letztere an einer nur angedeuteten Spannvorrichtung 8 einer nicht darge- stellten Reibschwei maschine befestigt, der Verbindungsstift 6 an einer an- deren Spannvorrichtung 9 der Reibschwei maschine. Die zum Schwei en ausgeführte Relativbewegung ist eine Drehung um die Achse des Verbin- dungsstiftes 6 und ein Vorschub in Richtung dieser Achse. Diese Bewegun- gen laufen in einer festgesetzten Reihenfolge und in genau dosiertem Aus- ma ab, wobei diese mechanischen Schwei parameter in der bei Reib- schwei ungen üblichen Weise berechnet beziehungsweise ermittelt wer- den.

Die Bohrung 5 bedarf keiner Feinbearbeitung, sie kann auch gu roh sein.

Das Verhältnis zwischen Bohrungsdurchmesser und Durchmesser des Ver- bindungsstiftes sowie gegebenenfalls die Form der Bohrung sind wichtige

Einflu faktoren zur Steuerung des Schwei prozesses. Von ihnen hängt das Flie verhalten und die endgültige Form des Schwei wulstes ab. Von ihnen hängt es aber auch ab, ob es zur weiteren Schweissung zwischen dem auf- steigenden Wulst und der Bohrung 5 kommt, oder lediglich zur Bildung ei- ner formschlüssigen Verbindung.

Fig. 2 zeigt dasselbe Maschinenelement nach der Verschwei ung. Bei dieser bildet die Stirnfläche 6'des Verbindungsstiftes 6 mit der ersten Kontaktfläche eine erste Schwei zone 11. Der dabei entstehende Schwei - wulst 10 wird in den Zwischenraum 7 abgedrängt und bildet so mit der Bohrung 5 des zweiten Teiles 2 eine für die Übertragung einer Schubkraft beziehungsweise eines Drehmomentes geeignete formschlüssige Verbin- dung. Bis zu welcher Höhe und in welcher Weise der Schwei wulst 10 den Zwischenraum 7 füllt, hängt vom Durchmesserverhältnis und von den Schwei parametem ab. Auf diese Weise ist der Verbindungsstift 6 mit dem ersten Teil 1 verschwei t und der zweite Teil ist vom Verbindungsstift 6 in der Art eines Pa stiftes gegen Verschieben der Kontaktflächen 3,4 zuein- ander gesichert. Bei der Werkstoffauswahl kommt es hier auf die Ver- schwei barkeit des Verbindungsstiftes 6 mit dem ersten Teil 1 an, der zweite Teil 2 ist ja nur formschlüssig verbunden, er kann somit aus einem beliebigen Werkstoff, der nicht einmal ein Metall zu sein braucht, bestehen.

Mit anders gewählten Schweissparametern entsteht eine Verbindung gemä Fig. 3. Bei dieser sind die Schwei parameter und die Werkstoffe so ge- wählt, dass zusätzlich zur ersten Schwei zone 11 auch der Schwei wulst 10 mit der Innenwand der Bohrung 5 im zweiten Teil 2 reibverschwei t wird und so eine zweite Schwei zone 12 bildet, und somit auch eine Schwei verbindung zwischen dem Verbindungsstift 6 und dem zweiten

Teil 2. Die Höhe der zweiten Schwei zone 12 ist von der Breite des Zwischenraumes 7 und von den Schwei parametem abhängig.

Bei beiden Verfahrensführullgen läuft der Schwei vorgang folgender- ma en ab : Die beiden Teile 1, 2 werden mit ihren vorbereiteten Kontakt- flächen 3,4 gefügt. Das zweite Teil 2 besitzt bereits eine Bohrung 5. Dann werden die beiden Teile 1, 2 genau positioniert und in einer Spannvorrich- tung der Reibschwei maschine eingespannt. Dann wird der Verbindungs- stift 6 in der anderen Spannvorrichtung der Reibschwei maschine einge- spannt und in die Bohrung 5 eingeführt und positioniert. Sodann wird der Verbindungsstift 6 durch eine Zustellbewegung in seiner Achse in die Boh- rung 5 eingeführt, bis seine Stirnfläche 6'die zweite Kontaktfläche 4 be- rührt.

Nun beginnt der eigentliche Schwei vorgang, der aus einer Reibphase, einer Stauchphase und einer Halte-bzw Nachpressphase besteht. Der zeit- liche Verlauf der Zustell-und der Rotationsbewegungen, die mechanischen Schwei parameter, wurden in für den Fachmann geläufiger Weise ermit- telt. Der für das Reibschwei en typische Schwei wulst 10 steigt in den Zwischenraum 7 zwischen Verbindungsstift 6 und Bohrung 5 auf und bil- det dort entweder eine formschlüssige Verbindung, wie in Fig. 2, oder er verschwei t auch mit dem zweiten Teil 2 und bildet eine Verbindung wie in Fig. 3.

In normalen Fällen braucht die erste Kontaktfläche 3 nicht prozessspezi- fisch bearbeitet zu sein, ist die Bohrung 5 zylindrisch und ist der Verbin- dungsstift 6 ebenfalls ein Zylinder. In besonderen Fällen oder zur Optimie- rung der Verbindung unter gewissen Umständen, können diese jedoch ab- weichend gestaltet sein.

Gemä Fig. 4 kann die Form der Bohrung 5 abgewandelt sein, weil deren Einfluss auf das Flie verhalten des Reibwulstes, das spezielle Füllverhalten im Übergangsbereich zwischen den beiden Teilen 1, 2 und auf die Prozess- stabilität erheblich ist. In Fig. 4 zeigt a) eine normale zylindrische Bohrung 5 ; b) eine zylindrische Bohrung 5'mit einer kleinen Anphasung 14 im Übergangsbereich zwischen den Teilen 1, 2 ; c) eine gro e Ansenkung 15 und d) eine Einschnürung 16 im oberen Bereich, die etwa der Zentrierung des Verbindungsstiftes 6 in dem zweiten zu verbindenden Teil 2 dient.

Fig. 5 zeigt verschiedene Ausbildungen der ersten Kontaktfläche 3 an der Stelle, an der die Verschwei ung mit dem Verbindungsstift 6 stattfinden soll. Normalerweise ist keine vorbereitende Bearbeitung erforderlich, eine solche kann aber bei besonderen Werkstoffpaarungen und/oder Oberflä- chenbeschaffenheit des ersten Teiles 1 vorteilhaft sein. Gemä a) ist eine Einsenkung 18 vorgesehen ; gemä b) eine Sackbohrung 19. Zum örtlichen Abtragen kohlenstoffreicher Einsatzschichten oder Nitritschichten genügt eine in c) nur angedeutete örtliche Abtragung 20. Sie kann durch chemi- sche Oberflächenumwandlung, Laserbearbeitung oder leichtes Anschleifen erfolgen. Gemä d) ist eine kalottenförmige Mulde 21 vorgesehen oder ge- mä e) eine ebene Einsenkung 22.

Fig. 6 zeigt verschiedene mögliche Ausbildungen des Verbindungsstiftes 6.

Im Normalfall wird ein Zylinderstift 6 mit ebener Stirnfläche 6'gemä a) verwendet. Alternativ kann der Verbindungsstift 6 an seiner Stirnfläche 6' gemä b) eine kreissymmetrische Vertiefung 23 besitzen, welche einen be- sonders fülligen Schwei wulst ergibt ; oder sie besitzt gemä c) an ihrer Stirnfläche eine Kalotte 24 ; oder gemä d) eine abgerundete Spitze 25. Um bei Beendigung der Reibschwei ung selbsttätig eine Trennung des Verbin-

dungsstiftes 6 herbeizuführen, ist entweder gemä e) eine scharfkantige Umfangsnut 26 vorgesehen oder die Schwei parameter und Ma e sind so gewählt, dass sich gemä f) eine Zone 30 erhöhter Temperatur bildet.

Die Umfangsnut 26 bewirkt, dass sich bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes der überflüssige Teil 28 des Verbindungsstiftes 6 von dem in der Bohrung 5 verbleibenden Teil 27 trennt. Dieser Momentenanstieg kann mittels der Reibschweissmaschine selbst oder durch eine geeignete Zusatzeinrichtung aufgebracht werden ; er kann bereits ohne besonderes Zutun in der Stauchphase oder in der Nachpressphase auftreten. Eine aus- reichend hohe Temperatur in der Zone 30 ist durch geeignete Auslegung zu erreichen. In f) ist noch ein Kopf 29 für die Einspannung in der Spannvor- richtung der Reibschwei maschine angedeutet.

Fig. 7 und 8 zeigen eine unter Anwendung des erfindungsgemä en Verfah- rens hergestellte Ausgleichswelle einer Kolbenmaschine. Die Ausgleichs- welle 30 ist im günstigsten Fall, wie hier, eine glatte zylindrische Welle mit durchgehend gleichem Durchmesser, also besonders einfach und billig zu fertigen. Sie entspricht dem ersten Teil der Fig. l, ihre Oberfläche bildet die erste Kontaktfläche. Die Ausgleichswelle 30 ist in Lagern 31 in einem nur angedeuteten Lagerstulll gelagert. Auf ihr sind, jeweils zwischen zwei La- gern 31, Ausgleichsgewichte 32 in der erfindungsgemä en Weise befestigt.

Das Ausgleichsgewicht 32 ist hier ein einteiliges Gu stück, das genau auf die Ausgleichswelle 30 pa t, kann aber auch eine Schmiede-oder Drehteil sein. Es besteht aus einer exzentrischen Ausgleichsmasse 33 und zwei die Ausgleichswelle 30 umfassenden Ringteilen 34. Das Ausgleichsgewicht entspricht dem zweiten Teil der Fig. 1. Das Ausgleichsgewicht 32 besitzt weiters eine Spurlagerfläche 35, die mit dem Lager 31 zusammenwirkt.

Deshalb und wegen der Funktionserfordemisse einer Ausgleichswelle muss

das Ausgleichsgewicht 32 sowohl in Längs-als auch in Umfangsrichtung genau positioniert auf der Ausgleichswelle 30 fixiert werden.

Zur Befestigung besitzt das Ausgleichsgewicht 32 im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel zwei Bohrungen 36, entsprechend Bohrungen 5 der Fig. l. Ei- ne Bohrung 36 würde aber genügen. In Fig. 9 ist die fertige Schwei verbin- dung 38 vergrö ert zu sehen. Der verbleibende Teil des Verbindungsstiftes 37 ist in einer ersten Schwei zone 39 mit der Ausgleichswelle 30 ver- schwei , und in einer zweiten Schwei zone 40 auch mit dem Ausgleichs- gewicht 32.

Dank der besonderen Vorteile des erfindungsgemä en Verfahrens und der Eigenschaften des erfindungsgemä en Maschinenelementes ist es möglich, die Ausgleichswelleneinheit gemä Fig. 7 zu montieren, die montierte Ein- heit einzuspannen, die Ausgleichsgewichte genau zu positionieren und dann erst die Reibungsschwei ung vorzunehmen. Die dadurch erzielte Zeit-und Kostenersparnis ist bei höchster Qualität, Zuverlässigkeit und Re- produzierbarkeit der Verbindung au erordentlich hoch.