Bei der Fertigung von Gasturbinen ist das Reibschweißen ein weitverbreitetes Fügeverfah- ren. 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 Bau- teile durch äußere Reibung miteinander verschweißt werden. Beim Rotationsreibschwei- ßen rotiert ein erstes Bauteil, wohingegen das andere Bauteil stillsteht und mit einer be- stimmten 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 durchge- führt, wobei nach dem Stand der Technik das rotierende Bauteil auf einer drehenden Spin- del und das stillstehende Bauteil auf einer nicht-drehenden Spindel gelagert ist. Beim Ro- tationsreibschweißen ist es von Bedeutung, einerseits die beiden miteinander zu ver- schweißenden 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 gela- gerte Bauteil relativ zu dem auf der drehenden Spindel gelagerten Bauteil auszurichten, und andererseits über eine Stauchkrafteinrichtung, um die benötigte Stauchkraft bereitzu- stellen.

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 Ausrich- tung 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 Stauchkrafteinrich- tung verfügt über den Nachteil, dass keine exakte Steuerung der bereitgestellten Stauch- kraft 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 Rotationsreibschweißan- lage durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß sind die Positioniereinrichtung und die Stauchkrafteinrichtung vor- zugsweise 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 Ro- tationsreibschweißens ausrichtbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Rotationsreibschweiß- anlage 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 ais separate Baugruppe aus- geführt 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 Messeinrich- tung gelieferten Messsignai 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 Rotationsreib- schweißen benötigten Stauchkraft als lagegeregelter und/oder kraftgeregelter piezoelekt- rischer Antrieb ausgebildet, oder als Kombination eines hydraulischen Antriebs mit einer piezoelektrischen Feinregulierung. Durch die Verwendung einer piezoelektrischen Stauch- krafteinrichtung 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 Bautei- ien ; und Fig. 3 ein schematisiertes Detail aus einer erfindungsgemäßen Rotationsreibschweiß- anlage.

Fig. 1 zeigt eine Rotationsreibschweißanlage 10 zum Fügen zweier Bauteile 11 und 12 nach dem Stand der Technik, wobei sich zwischen den Bauteilen 11 und 12 beim Rotati- onsreibschweißen 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 11 und auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel das Bauteil 12 der miteinander zu verbindenden Bauteile 11 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 11 und 12 auf der jeweiligen Spindel 14 bzw. 15 befestigbar. Der ersten, drehenden Spindel ist ein Schwungmassenkörper 23 zugeordnet.

Um nun die beiden Bauteile 11 und 12 mithilfe des Rotationsreibschweißens miteinander zu verbinden, wird das auf der ersten, drehenden Spindel 14 gelagerte Bauteil 11 im Sinne des Pfeils 18 drehend bewegt, wobei das auf der zweiten, nicht-drehenden Spindel 15 ge- lagerte Bauteil 12 im Sinne des Pfeils 19 mit einer sogenannten Reibkraft gegen das Bau- teil 11 gedrückt wird. Die Relativrotation zwischen den Bauteilen 11 und 12 sowie die Reibkraft erzeugen eine Reibung und damit Erwärmung der beiden Bauteile 11 und 12 an Schweißflächen derselben. Es bildet sich eine Schweißwulst 20 aus. Hierbei erfolgt an den Schweißflächen ein Teigigwerden des Werkstoffs der Bauteile 11 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 11 abgebremst, wobei gleichzeitig das Bauteil 12 mit einer erhöhten Kraft, einer sogenannten Stauchkraft, auf das Bauteil 11 gedrückt wird. Ein in Folge der Erwärmung hocherwärmter Bereich 22 zwischen den Bauteilen 11 und 12 kühlt hierbei ab und es bildet sich letzten- lich 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 11 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 nicht- rotierenden Seite derselben durch eine strichpunktierte, vertikal verlaufende Linie zur Ver- deutlichung voneinander getrennt sind. So sind in Fig. 3 das der rotierenden Spindel 14 zugeordnete Bauteil 11 sowie das der nicht-rotierenden Spindel 15 zugeordnete Bauteil 12 im Querschnitt gezeigt, wobei die beiden Bauteile 11 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 Positio- niereinrichtung 25 zugeordnet, um das auf der nicht-drehenden Spindel gelagerte Bauteil 12 relativ zu dem auf der drehenden Spindel 14 gelagerten Bauteil 11 auszurichten. Wei- terhin ist der nicht-drehenden Seite der Rotationsreibschweißanlage gemäß Fig. 3 eine Stauchkrafteinrichtung 26 zugeordnet, um die für das Rotationsreibschweißen erforderli- che Stauchkraft zu erzeugen. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind nun die Positi- oniereinrichtung 25 sowie die Stauchkrafteinrichtung 26 über ein Parattetkinematik 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 11 ausrichtbar. Die miteinander zu verbindenden Bauteile 11 und 12 können daher exakt aufeinander ausgerichtet werden, und zwar derart, dass die miteinander zu verschweißenden, sich gegenüberliegenden Stirnflächen den beiden Bau- teile 11 und 12 einerseits parallel zueinander ausgerichtet sind und andererseits in dieser parallelen Ausrichtung ein axialer Versatz der Bauteile 11 und 12 vermieden wird. Die Pa- rallelkinematik 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 längen- veränderlich ausgebildet sind. Im Sinne der Pfeile 29 kann jede längenveränderliche Stre- be 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 11 er- möglicht. 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 11 und 12 vor und während des Rotationsreib- schweißens möglich. Die erfindungsgemäße Rotationsreibschweißanlage ermöglicht dem- nach eine dynamische Justierung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 11 und 12. Zur dynamischen Justierung während des Rotationsreibschweißens ist eine Messein- richtung 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 11 und 12 verwendet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Laserquelle 30 der rotierenden Seite der Rotationsreibschweißanlage zugeordnet. An die- ser 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 11 überwacht und ausgewertet wird.

Mithilfe der Paraffelkinematik zur Verbindung der Positioniereinrichtung 25 und der Stauchkrafteinrichtung 26 ist eine Ausrichtung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 11 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 Rotationsreibschwei- ßens möglich. Die einzelnen Streben 28 der als Hexapod ausgebildeten Parallelkinematik 27 sind gegeneinander verschränkt und können das gesamte beim Rotationsreibschwei- ßen wirkende Drehmoment sicher aufnehmen. Da die Streben 28 bevorzugt über Festkör- pergelenke 21 gelagert sind, ist die gesamte Anordnung sehr steif.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist die Stauchkraft- einrichtung 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 wer- den. Soll darüber hinaus eine Kraftregelung des piezoelektrischen Antriebs ermöglicht werden, so liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dem piezoelektrischen An- trieb eine Kraftmessdose zuzuordnen, mit welcher die beim Rotationsreibschweißen auf- gebrachte Stauchkraft online erfasst und ausgewertet werden kann. Das von der Kraft- messdose bereitgestellte Messsignal kann dann zur Kraftregelung der piezoelektrisch aus- gebildeten Stauchkrafteinrichtung verwendet werden. Mit Piezoantrieben können Stauch- kräfte 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 Einbrin- gung der Stauchkraft möglich.

Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, die Stauchkrafteinrichtung 26 als eine Kombi- nation 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.