使用被构造为电动液压直接驱动器的进给驱动器的压焊设备和压焊方法

摘要

本发明涉及一种压焊设备(1)和一种压焊方法。该压焊设备(1)具有增塑装置(5)、定位和冲压装置(6)、控制器(26)和用于工件(2，3)并且用于加工轴线(13)的进给装置(7)。进给装置(7)具有能控制或能调节的液压进给驱动器(12)，所述液压进给驱动器被构造为用于所述加工轴线(13)的、能控制或能调节的电动液压直接驱动器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有方法独立权利要求和设备独立权利要求的前序部 分的特征的压焊设备、特别是摩擦焊接设备，以及一种压焊方法。

背景技术

从实践中可知这种摩擦焊接设备。该摩擦焊接设备具有增塑或摩擦装 置，以及带有用于工件的进给装置的定位和冲压装置。进给装置具有可控制 的液压缸，该液压缸与外部的液压单元连接，该液压单元也供给压焊设备的 其他消耗器。液压单元具有大的压力存储器，该压力存储器由电机驱动的泵 供应，并且通过伺服阀将液压介质从该压力存储器输入液压缸。伺服阀与摩 擦焊接设备的控制器连接，并用于对缸进给进行控制和调节。

从专利文献DE19902357A1公知一种具有伺服阀的类似的摩擦焊接设 备。专利文献DE202004009909U1示出了一种具有两个用于冲压行程和快速 运动的缸的摩擦焊接机器。

专利文献DE202008005534U1公开了一种压焊设备，该压焊设备的增 塑装置被构造为具有磁性运动的电弧的熔化装置，并且该压焊设备的冲压装 置具有带有液压缸的可控制的进给驱动器。

发明内容

本发明的目的在于，进一步改进压焊技术。

本发明利用方法独立权利要求和设备独立权利要求中的特征来实现本 发明的目的。

所要求保护的压焊技术、即压焊设备和压焊方法，具有各种优点。进给 驱动器的构造费用和安装费用以及占地面积降低。所述改进还有能量效率和 声发射。特别有利的是，通过质量减小而产生的动力学和作用效率的改进。 控制技术上的费用和安全措施费用同样也得到降低。

另一方面，对所述进给进行的控制和调节精确性可以得到显著提高。可 以在缸上实现对所述进给的直接调节。通过使用可控制的电机、特别是电伺 服电机，还可以简化操控。

液压缸和单一或多重存在的泵连同一个或多个驱动电机可以集成到优 选封闭的液压回路中。在液压回路上根据需要还连接有均压器。迄今的在具 有单独的液压机组的阀技术、管道(Verrohrung)和油路上的费用可以被减 小。冷却功率可以降低。此外，通过降低安装容量还获得了节能效果。

流体静力学的进给驱动器可以直接建立在压焊设备上，并主要是直接建 立在液压缸上。这节省了空间和构造费用。有利地还在于，将一个或多个泵、 一个或多个驱动器电机和液压回路连接到一个紧凑的结构单元，此外该结构 单元可以被容易地安装并维护。

流体静力学的进给驱动器可以是多级的，在此功率、特别是进给速度可 以匹配不同的加工需求。就此，可以例如实现用于前进行程和/或返回行程的 快速运动。这提升了压焊技术的功率能力和经济性。快速运动可以被设计为 用于进给运动的一部分，在此在另一部分中实现减缓的进给运动、特别是低 速运动。可以通过选择性接通流体静力学进给驱动器的多个泵的组来实现前 述的功率匹配。

用于多级性的构造费用可以保持较低。在一种优选的实施方式中，在液 压回路中存在两个或多个泵，其中至少一个泵能够根据需求被接通和断开。 这可以以特别简单的方式通过液压回路中的多路阀来实现。

可控制或可调节的流体静力学进给驱动器可以设计为仅用于加工轴线 和用于进给。在压焊设备上或在其周围环境中的可能存在的其他液压元件可 以由其他的液压单元操作。

一种用于借助被控制的压焊设备对工件进行压焊的方法设计为，借助增 塑装置对工件增塑，并借助定位和冲压装置将工件相对于彼此定位以及沿着 加工轴线进行冲压，在此借助于具有被控制或被调节的液压进给驱动器的进 给装置使工件沿着加工轴线运动。在此，利用进给驱动器实现进给，该进给 驱动器被构造为用于加工轴线的被控制或被调节的电动液压直接驱动器。

工件可以通过摩擦焊接或通过利用磁性运动的电弧的焊接而被连接。在 压焊时，所述工件在其彼此相反的并且待连接的端面上被增塑。这可以通过 摩擦接触和线性或旋转的相对运动，或者通过运动的电弧来实现。

在从属权利要求中给出了本发明的其他有利的设计方案。

附图说明

在附图中示例性并示意性地示出本发明。具体示出：

图1是摩擦焊接设备的示意性侧视图，

图2是具有液压回路的进给驱动器，以及

图3是进给驱动器的运动示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种压焊设备(1)和一种压焊方法。

可以以不同的方式设计压焊设备(1)和压焊方法。在图1中示出了摩 擦焊接设备或者说摩擦焊接方法的设计方案。在另一种未示出的实施方式 中，压焊设备(1)可以构造为具有磁性运动的电弧的焊接设备。为此，相 应地设计压焊方法。

压焊设备(1)具有增塑装置(5)和用于待焊接的工件(2，3)的定位 及冲压装置(6)。增塑、定位和冲压分别在工件(2，3)的彼此相反并待 焊接的端面上进行。此外，压焊设备(1)还包含控制器(26)和用于工件 (2，3)并用于加工轴线(13)的进给装置(7)。进给装置(7)具有进给 驱动器(12)，该进给驱动器被构造为用于加工轴线(13)的可控制或可调 节的电动液压直接驱动器。

增塑装置(5)在示出的实施例中被构造为摩擦装置。在此，彼此待焊 接的工件(2，3)在端面彼此接触，并在挤压力下相对于彼此运动、特别是 围绕加工轴线(13)转动。摩擦热为工件(2，3)的接触区域增塑，在此工 件(2，3)沿着线性的加工轴线(13)或进给轴线进一步彼此运动。在该摩 擦阶段结束时，可以沿着加工轴线(13)进行附加的冲压行程。在摩擦焊接 中，在连接点或焊接点形成隆起部的条件下，被焊接的工件(2，3)发生缩 短。

在压焊设备(1)的一种替代的实施方式中，增塑装置(5)被构造为具 有磁性运动的电弧的熔化装置。在此，借助电源在金属工件(2，3)上施加 电压，在此工件(2，3)首先沿着加工轴线(13)在端面彼此接触，并随后 又彼此间隔一段(einStück)距离，在此在这些工件端面之间引燃电弧。借 助磁性的驱动装置、例如可电磁控制的线圈布置，电弧被驱动并在周向侧围 绕工件边缘跑，在此工件边缘被焊接。在达到期望的熔点之后，工件(2，3) 随后以沿着加工轴线(13)的冲压行程轴向彼此运动，并且处于彼此焊接连 接。

在示出的实施例中，两个工件(2，3)彼此焊接，它们在此被可松脱地 保持在工件保持件(8，9)中。工件保持件(8，9)可以例如被构造为可控 制的、特别是全自动的拉紧装置，并与控制器(26)连接。优选地，工件(2， 3)由金属构成，在此它们可以具有相同或不同的材料。工件特别是可以具 有相同或不同的熔化特性。工件(2，3)还优选是导电的、特别是用于利用 磁性运动的电弧进行的焊接。

替代地，可以在一个加工中将多于两个工件(2，3)彼此焊接。为此， 例如可以使用所谓的双头摩擦焊接设备，其具有用于中间的并且例如第三工 件的中间张紧件。

在摩擦焊接设备(1)中，为了产生摩擦热，使用例如转动驱动器(10) 用于工件(2，3)的前述的相对运动。该转动驱动器可以作用于沿轴向方向 或沿着加工轴线(3)例如静止的工件保持件(8)，并将该工件保持件与工 件(2)一起围绕加工轴线(13)转动。转动驱动器(10)具有与控制器(26) 连接的可控制或可调节的驱动电机、特别是电动机。此外，转动驱动器(10) 可以包含一个或多个飞轮体(Schwungmassen)。

另一工件(3)被设置为，例如借助滑车(11)等沿着加工轴线(13) 轴向移动，并被进给驱动器(12)加载。在此，工件(3)可以被保持在其 工件保持件(9)中，该工件保持件被进给驱动器(12)加载。工件(3)抗 扭地设置在工件保持件(9)中。替代地，也可以为所述另一工件(3)设置 转动驱动器。例如在前面提到的双头摩擦焊接设备(1)是这种情况。在另 一变形中，可以将两个或更多个工件沿着加工轴线(13)轴向移动。此外， 还可以仅转动并轴向移动一个工件。

除进给驱动器(12)外，进给装置(7)还包含滑车(11)，该滑车沿 着加工轴线(13)运动、特别是可移动地安置在机架(4)上。此外，根据 图1，滑车还可以在进给装置(7)的缸(14)的外罩上被轴向引导。在另一 种未示出的实施方式中，可以取消滑车(11)，在此工件保持件(9)直接 设置在进给驱动器(12)上。

可控制并优选可调节的进给驱动器(12)与控制器(26)连接。该进给 驱动器在其作为电动液压直接驱动器的设计方案中，具有液压缸(14)和与 该液压缸连接的、以及由电驱动电机(17)驱动的泵(18，19)。这些驱动 组件(14，17，18，19)可以多重存在。进给驱动器(12)还具有封闭的液 压回路(20)，该液压回路将一个或多个缸(14)与一个或多个泵(18，19) 连接。还可以将均压器(21)连接于液压回路(20)，例如在图2中示出的 均压容器。

进给驱动器(12)可以多级地构造。在图1和图2中示出的实施方式中， 进给驱动器(12)具有唯一的液压缸(14)，该液压缸与多个、特别是两个 或三个泵(18，19)连接。在示出的实施方式中，多个泵(18，19)具有共 同的驱动电机(17)。替代地，多个泵也可以分别具有各自的驱动电机。

在多重设置泵(18，19)用以共同地加载液压缸(14)的情况下，可以 接通或断开至少一个泵(18，19)。液压介质(例如液压油)可以由此根据 需求被一个或多个泵(18，19)输送，并被直接输入缸(14)中。

可以以不同的方式实现泵(18，19)的接通和断开。在示出的实施例中， 第二泵(19)通过液压开关元件(22)、例如液压多路阀，被集成或连接到 液压回路(20)中。在多路阀(22)连通的情况下，两个泵(18，19)共同 地将液压介质输送至缸(14)中。在多路阀的另一位置上，第二泵(19)到 缸(14)的输送连接被阻断，并且液压介质通过旁路被输送。

泵(18，19)可以以相同的方式被构造。优选是2象限泵 (Quadrantenpumpe)或4象限泵。在结构方面，所述泵优选实施为内齿轮泵。 在示出的实施方式中，所述泵优选共同地由驱动电机(17)的从动轴加载。

可以通过单一或多重存在的驱动电机(17)控制或调节进给驱动器(12)。 为此，驱动电机(17)与控制器(26)连接。可以舍弃液压回路(20)中的 伺服阀或其他的液压控制或调节设施。

电驱动电机(17)可以在结构上以合适的方式被构造为用于实现期望的 控制和调节特性。该电驱动电机可以例如被构造为电伺服电机、特别是直流 电机。替代地，也可以构造为三相交流电机或交流电机，例如借助于变频器 来操控该三相交流电机或交流电机。

在由图1和图2示出的实施方式中，进给驱动器(12)构成封闭的结构 单元。该进给驱动器仅用于加载加工轴线(13)，并用于产生工件(3)或 工件保持件(9)的前进和/或返回行程。优选地，进给驱动器(12)具有封 闭的液压回路(20)，该液压回路根据需要具有带有液压介质的终生填料 (Lebensdauerfüllung)。在封闭的结构单元中，进给驱动器(12)向外仅具 有电接口，用以传输电功率流和电信号流或控制电流。

液压缸(14)可以以不同的方式构造。优选地，液压缸是双向作用缸 (doppeltwirkendenZylinder)，具有在两侧被加载的活塞(15)和至少一个 走向外的活塞杆(16)，该活塞杆在其自由端部与工件(3)或该工件的工 件保持件(9)连接以及由此沿着线性的且与活塞杆轴线相应的加工轴线(13) 共同起作用。

缸(14)可以例如根据图2被构造为仅具有一个活塞杆(16)的差动缸， 其中在活塞(15)两侧的填充量和输送量是不同的。替代地，根据图2的虚 线所示，缸(14)被构造为均匀运转缸(Gleichgangzylinder，同步缸)，并 且具有用于使填充量和输送量均等的第二活塞杆。

液压回路连接在活塞(15)两侧在缸(14)上的两个端侧点(A，B) 处。一个或多个泵(18，19)沿两个方向输送，并且既引起缸(14)和其活 塞杆(16)的前进行程，也引起它们的返回行程。在返回行程中，在示出的 差动缸的情况下，输送量可以被降低用以均衡杆体积。替代地，可以通过阀、 缓存器或以其他方式补偿杆体积。

在示出的实施方式中，两个泵(18，19)在液压回路(20)中并联。此 外，它们彼此横向地连接，并且还连接于均压器(21)。

进给驱动器(12)具有用于进给中的加工参数的一个或多个测量装置 (23，24，25)。这些加工参数可以例如涉及液压介质的压力和/或活塞杆(16) 的位置。为此，测量装置(23，24，25)具有一个或多个合适的传感器。优 选地，测量装置(23，24，25)设置在缸(14)上。

测量装置(23，24)检测例如连接点(A，B)或者说液压回路(20) 在活塞(15)之前和之后的连接支路上的液压压力。测量装置(25)例如配 属于活塞杆(16)，并检测活塞杆的位置或者其在沿着加工轴线(13)的前 进行程和返回行程中的路程。替代地，测量装置(25)例如可以配属于工件 保持件(9)或者滑车(11)。由于冗余等原因，测量装置(25)也可以多 重存在，和/或设置在与前述位置不同的位置处。

压焊设备(1)、特别是设计为摩擦焊接设备，可以具有用于压焊加工、 特别是摩擦焊接加工的调节器，利用该调节器能够有针对性地影响所述加工 中的进给和工件缩短。由此，特别是可以补偿工件(2，3)的初始长度，并 调整和实现所完成焊接的工件的统一且精确的总长度。

用于利用磁性运动的电弧来焊接的压焊设备(1)同样可以具有这样的 调节器。此外，该压焊设备还可以具有用于检测和分析加工参数、特别是电 弧电压的装置，并相应地控制或调节所述进给。为此，该压焊设备可以例如 根据专利文献DE202008005534U1构造而成。

图3说明了加工循环中的所述进给。压焊设备(1)可以手动或自动地 装载和卸载工件(2，3)。为此，进给装置(7)使工件保持件(9)或滑车 (11)运动至撤回的装载位置(LP)。相应地，也使被加载的工件(3)和 液压缸(14)的活塞杆(16)运动。装载位置(LP)例如是在图1中示出的 具有间隔的工件(2，3)的初始点(27)。可以取决于工件地预设装载位置 (LP)。根据图3，装载位置也可以变化。

在加工中，活塞杆(16)或被加载的工件(3)从装载位置(LP)首先 以前进行程(ve)快速运动，直至工件(2，3)的接触位置(KP)。可以根 据需要在前进行程结束时以低速行程驶入接触位置(KP)。

在根据图3的摩擦焊接中，随后实现所述加工中的进一步的前进行程 (vp)，直至到达结束位置(EP)。该前进行程(vp)可以分成摩擦进给和 冲压进给。在这些不同的进给运动中，位置和/或路程被测量装置(25)检测， 并被报告给控制器(26)，该控制器根据实际位置调节所述进给。对进给的 直接调节可以在进给驱动器(12)的液压缸(14)上实现。

加工中的结束位置(EP)可以取决于工件地可变，并位于最大位置(MP) 之前。在压焊加工结束之后，接着是返回行程(re)，直至装载位置(LP)， 可以以快速运动发生该返回行程。

在利用磁性运动的电弧焊接的情况下，替代地，可以在到达接触位置 (KP)之后实现限定的返回行程，用以轴向地间隔工件(2，3)并用于引燃 电弧。在此，可以通过根据专利文献DE202008005534U1所述的调节器来改 变工件距离。随后，沿前进方向实现冲压行程，直至结束位置(EP)。同样 可以以摩擦焊接的前述方式，由控制器(26)根据检测到的实际位置来调节 不同的进给运动。

在具有两个或更多个泵(18，19)的优选的实施方式中，对于前进行程 和/或返回行程中的快速运动，多个、特别是两个泵(18，19)可以共同地加 载液压缸(14)。对于摩擦和冲压阶段中的前进行程(vp)，可以设计为仅 一个泵(18)加载缸(14)。在此，例如可以断开第二泵(19)，使得仅一 个或者说第一泵(18)加载缸(14)。这对于调节准确性是有利的。相应地， 这适用于在利用磁性运动的电弧焊接的情况下的返回行程、调节行程和冲压 行程。

可以以各种方式实现所示出并描述的实施方式的变型。一方面，可以将 所提到的实施例的特征任意地彼此组合、特别是也可以交换。此外，也可以 实现其他的构造上和功能上的变型。

可以以其他方法实现对一个或多个泵的接通和断开，例如通过与驱动电 机脱耦，或者通过关闭单独的自己的驱动电机。在此，可以例如机械或电地 构造开关元件(22)。

附图标记列表

1压焊设备，摩擦焊接设备

2工件

3工件

4架

5增塑装置

6定位和冲压装置

7进给装置

8工件保持件，拉紧装置

9工件保持件，拉紧装置

10转动驱动器

11滑车

12流体静力学的进给驱动器

13加工轴线

14缸，液压缸，差动缸

15活塞

16活塞杆

17驱动电机，伺服电机

18泵

19泵

20液压回路

21均压器，平衡容器

22开关元件，多路阀

23用于压力的测量装置

24用于压力的测量装置

25用于位置的测量装置

26控制器

27初始点

ve快速运动的前进行程

vp加工中的前进行程

re快速运动的返回行程

LP装载位置

KP接触位置

EP结束位置

MP最大位置