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Title:
ASSEMBLY COMPRISING AT LEAST TWO COMPONENTS OF AN EXHAUST SYSTEM AND METHOD FOR JOINING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/121592
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an assembly comprising at least two components of an exhaust system of an internal combustion engine, wherein the at least two components consist of a metal or a metal composite material, made from a group comprising corrosion- and heat-resistant steels, steels which have a corrosion protection layer, titanium, titanium alloys and aluminium alloys, and joined together by a cold-welded joint (60, 62). The cold-welded joint (60, 62) comprises at least one additional element. The invention also relates to a method for joining at least two components of an exhaust system by means of a cold-welded joint (60, 62), wherein the components consist of a metal or a metal composite material, which is made from the group comprising corrosion- and heat-resistant steels, steels which have a corrosion protection layer, titanium, titanium alloys and aluminium alloys. An intermediate element (30) is arranged between the at least two components and the at least two components are each joined to the intermediate element by means of a cold-welded joint (60, 62).

Inventors:
KEESSER THORSTEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/082106
Publication Date:
July 20, 2017
Filing Date:
December 21, 2016
Export Citation:
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Assignee:
FAURECIA EMISSIONS CONTROL TECHNOLOGIES GERMANY GMBH (DE)
International Classes:
F01N13/18; B23K20/06
Foreign References:
US20080072584A12008-03-27
EP1431073A22004-06-23
US20040074095A12004-04-22
Attorney, Agent or Firm:
PRINZ & PARTNER MBB PATENT- UND RECHTSANWÄLTE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Baugruppe mit mindestens zwei Bauteilen einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, wobei die mindestens zwei Bauteile aus einem Metall oder einem Metallverbundwerkstoff bestehen, das bzw. der aus der korrosions- und hitzebeständige Stähle, Stähle mit Korrosionsschutzschicht, Titan, Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen umfassenden Gruppe stammt, und durch eine Kaltschweißverbindung (60, 62, 64) miteinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltschweißverbindung (60, 62, 64) mindestens ein Zusatzelement umfasst. 2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement ein Zwischenelement (30) ist, das derart angeordnet ist, dass die mindestens zwei Bauteile jeweils mit dem Zwischenelement (30) eine Kaltschweißverbindung (60, 62) bilden, wobei eine direkte Kaltschweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen vorzugsweise nicht existiert.

3. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (30) aus einem Material ist, das weicher als das verwendete Metall oder der verwendete Metallverbundwerkstoff ist und/oder einen geringeren E-Modul als dieses bzw. dieser hat, wobei das Material insbesondere Kupfer, Aluminium oder Nickel ist.

4. Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bauteile zusätzlich durch eine Lötverbindung miteinander verbunden sind, wobei das Zwischenelement (30) ein Lot in der Lötverbindung ist. 5. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement ein Beschleunigungselement (40) ist, das auf einer der Kaltschweißverbindung (60, 62, 64) abgewandten Seite eines der mindestens zwei Bauteile angeordnet ist, einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Bauteil hat und insbesondere aus Kupfer ist. 6. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bauteile Rohre sind, wobei ein erstes Rohr (10) zumindest teilweise innerhalb eines zweiten Rohres (20) liegt, und das Zusatzelement ringförmig ist.

7. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (10, 20) aus Edelstahl hergestellt ist.

8. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (10, 20) aus einer Titanlegierung hergestellt ist.

9. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (10, 20) aus einem Blech besteht, das mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist, die insbesondere aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

10. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltschweißverbindung (60, 62, 64) durch ein Magnet- impulsschweißverfahren hergestellt ist.

1 1 . Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine durch eine Kaltschweißverbindung (60, 62, 64), wobei die Bauteile aus einem Metall oder einem Metallverbundwerkstoff hergestellt sind, das bzw. der aus der korrosions- und hitzebeständige Stähle, Stähle mit Korrosionsschutzschicht, Titan, Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen umfassenden Gruppe stammt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Bauteilen ein Zwischenelement (30) angeordnet wird und die mindestens zwei Bauteile jeweils mit dem Zwischenelement (30) durch ein Magnetimpulsschweißverfahren gefügt werden. 12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Zwischenelement (30) aus einem Material ist, das weicher als das verwendete Metall bzw. der verwendete Metallverbundwerkstoff ist und/oder einen geringeren E-Modul als dieses bzw. dieser hat, wobei das Material insbesondere Kupfer, Aluminium oder Nickel ist. 13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Magnetimpulsschweißverfahrens eine Kaltschweißverbindung zwischen dem einen Bauteil und dem Zwischenelement (30) und zwischen dem Zwischenelement (30) und dem anderen Bauteil hergestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bauteile zusätzlich miteinander verlötet werden und das Zwischenelement (30) als Lot wirkt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lötens eine Wärmebehandlung der Bauteile stattfindet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschleunigungselement (40) auf einer dem jeweils anderen Bauteil abgewandten Seite eines der mindestens zwei Bauteile angeordnet wird und das Beschleunigungselement (40) einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Bauteil hat und insbesondere aus Kupfer ist. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die zwei Bauteile und das Zwischenelement (30) unterhalb einer Schmelztemperatur des Zwischenelements diffusionsgeglüht werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bauteile Rohre sind, wobei ein erstes Rohr (10) zumindest teilweise innerhalb eines zweiten Rohres (20) liegt, und das Zwischenelement (30) und/oder das Beschleunigungselement (40) ringförmig ist bzw. sind.

Description:
Baugruppe mit mindestens zwei Bauteilen einer Abgasanlage und

Verfahren zum Fügen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe mit mindestens zwei Bauteilen einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, wobei die mindestens zwei Bauteile aus einem Metall oder einem Metallverbundwerkstoff bestehen, das bzw. der aus der korrosions- und hitzebeständige Stähle, Stähle mit Korrosionsschutzschicht, Titan, Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen umfassenden Gruppe stammt, und durch eine Kaltschweißverbindung miteinander gefügt sind. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen aus Sondermetall einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine durch eine Kaltschweißverbindung.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Material handelt es sich insbesondere um Edelstahl. In Frage kommen aber auch allgemeiner die anderen metallischen (Verbund-)Werkstoffe, die von der eingangs genannten Gruppe umfasst sind.

Aus der US 2004/0074095 A1 sind Komponenten einer Abgasanlage bekannt, die durch elektro-magnetisches Impulsschweißen verbunden sind. Aufgrund der Anforderungen an ein geringes Gewicht der Abgasanlage können diese Komponenten aus Edelstahl hergestellt sein. Es wird erläutert, dass das elektro-magnetische Impulsschweißen einem konventionellen Schweißverfahren vorzuziehen ist, da beim elektro-magnetischen Impulsschweißen keine Schweißspritzer entstehen. Damit wird wirksam verhindert, dass sich Schweißspritzer im Betrieb der Abgasanlage lösen und als lose Partikel Komponenten der Abgasanlage oder des Motors beschädigen können. Das elektro-magnetische Impulsschweißen, bei dem durch den Druck eines magnetischen Feldes zwei elektrisch leitfähige Bauteile derart schnell aufeinander zu beschleunigt werden, dass zwischen diesen eine Kaltverschweißung entsteht, ist seit langem im Stand der Technik bekannt. Neben dem Begriff „elektro-magnetisches Impulsschweißen" sind auch die Begriffe „Magnetimpulsschweißen" oder die englischen Bezeichnungen „Electromagnetic Pulse Welding" (EMP Welding) gängig. Im Folgenden werden diese Bezeichnungen als Synonyme verwendet. Das Magnetimpulsschweißen wird im Stand der Technik sowohl für Verbindungen von Rohren als auch für das Fügen von flachen Bauteilen, z. B. Blechen, genutzt.

Bei geringerer elektrischer Leitfähigkeit der zu verschweißenden Materialien sinken bei einem gleichbleibenden magnetischen Feld die erreichbaren Beschleunigungen. Damit wird gleichzeitig das Herstellen einer Kaltver- schweißung erschwert. Zunächst einmal muss bei einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit der zu verschweißenden Materialien eine größere Menge Energie in Form eines stärkeren, von außen aufgebrachten Magnetfelds in die zu verschweißenden Bauteile eingebracht werden. Die so eingebrachte Energie darf jedoch auch nicht zu groß werden, da man sonst riskiert, dass eines der Bauteile, bei Rohr-Verbindungen das innere Bauteil, unter dem Einfluss des Magnetfelds kollabiert. Dann kann keine Schweißverbindung mehr hergestellt werden.

Edelstähle, nicht rostende Stähle und Titanwerkstoffe verfügen in der Regel über eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit. Daher muss beim Verschweißen von zwei Bauteilen aus Edelstahl mittels Magnetimpulsschweißen eine sehr hohe Energie über das äußere Magnetfeld eingebracht werden. Doch selbst bei starken magnetischen Feldern ist es noch technologisch höchst anspruchsvoll, zwischen zwei Edelstahlbauteilen eine dauerfeste und dichte Kaltschweißverbindung herzustellen. Es besteht dabei insbesondere beim Verschweißen von Rohren ein Zielkonflikt zwischen dem Herstellen einer tragfähigen Kaltschweißverbindung mit Hilfe eines starken Magnetfeldes und dem Verhindern des Kollabierens des inneren Fügepartners.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, das Verschweißen von Bauteilen aus Edelstahl oder anderen Legierungen, die schlecht mittels Magnetimpulsschweißen verbunden werden können, zu vereinfachen. Insbesondere soll dabei die Menge der zum Magnetimpulsschweißen benötigten Energie reduziert werden, ohne dabei die Qualität der Kaltschweißverbindung zu beeinträchtigen. Damit soll das Herstellen dauerfester und dichter Kaltschweißverbindungen zwischen zwei Bauteilen aus Sondermetall ermöglicht werden. Die Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Baugruppe gelöst, bei der die Kaltschweißverbindung mindestens ein Zusatzelement umfasst. Das Zusatzelement setzt dabei an den oben diskutierten Problemfeldern an und kann einerseits die Beschleunigungsfähigkeit der zu verschweißenden Bauteile verbessern und andererseits das Entstehen einer Kaltschweißverbindung bei niedrigen Beschleunigungen begünstigen. In beiden Fällen wird also erreicht, dass weniger Energie zum Erstellen einer Schweißverbindung notwendig ist. Bei der Schweißverbindung kann es sich um die endgültige Verbindung zwischen den Bauteilen und dem Zwischenelement handeln. Es ist allerding auch möglich, dass es sich bei der Schweißverbindung um eine eher vorläufige oder nicht ausreichend feste Schweißverbindung handelt und dass die Bauteile erst nach einem weiteren Bearbeitungsschritt endgültig miteinander verbunden sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Zusatzelement als ein Zwischenelement ausgebildet, das derart angeordnet ist, dass die mindestens zwei Bauteile jeweils mit dem Zwischenelement eine Kaltschweißverbindung bilden, wobei eine direkte Kaltschweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen vorzugsweise nicht existiert. Das Zwischenelement bildet damit eine Zwischenschicht, über die die Kaltschweißverbindung realisiert ist. Es wird dabei die Tatsache ausgenutzt, dass eine Kaltverschweißung des Metalls oder des Metallverbundwerkstoffs mit dem Werkstoff des Zwischenelements mit weniger Energieeinsatz realisiert werden kann als die Kaltverschweißung von beispielsweise Edelstahl mit Edelstahl. Da in dieser Ausführungsform keine direkte Kaltschweißverbindung zwischen den Metall- oder Metallverbundwerkstoffkomponenten besteht, kann die für das das Magnetimpulsschweißen benötigte Energiemenge reduziert werden.

Darüber hinaus kann das Zwischenelement aus einem Material sein, das weicher als das Metall oder der Metallverbundwerkstoff und insbesondere weicher als Edelstahl ist und/oder einen geringeren E-Modul als das verwendete Metall oder der verwendete Metallverbundwerkstoff hat, wobei das Material insbesondere Kupfer, Aluminium oder Nickel ist. Die Wahl eines solchen Materials beeinflusst das Entstehen einer Kaltschweißverbindung im positiven Sinne. Das heißt, dass eine Kaltschweißverbindung unter Einsatz einer geringeren Energiemenge entsteht als dies bei einer direkten Verschweißung von zwei Bauteilen aus beispielsweise Edelstahl der Fall wäre. Die beispielhaft genannten Materialien können selbstverständlich auch Kupfer-, Aluminium- oder Nickellegierungen sein. Diese Materialen haben sich als besonders geeignete Zwischenelemente herausgestellt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung können die mindestens zwei Bauteile zusätzlich durch eine Lötverbindung miteinander verbunden sein, wobei das Zwischenelement ein Lot in der Lötverbindung ist. Die Lötverbindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Kaltschweißverbindung zwischen den Bauteilen und dem Zwischenelement nicht zur endgültigen Verbindung dient, sondern die Bauteile eher im Sinne eines Heftens vorläufig miteinander verbindet. Das Löten, das z. B. durch ein Erwärmen der mittels Magnetimpulsschweißen gefügten Bauteile erfolgt, kann dabei ohne ein zusätzliches Lot auskommen. Damit ist eine einfach umzusetzende Möglichkeit gegeben, die Fügestelle zwischen den beiden Bauteilen weiter zu verbessern.

Vorzugsweise kann das Zusatzelement auch ein Beschleunigungselement sein, das auf einer der Kaltschweißverbindung abgewandten Seite eines der mindestens zwei Bauteile angeordnet ist, einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Bauteil hat und insbesondere aus Kupfer ist. Beim Beschleunigungselement wird dessen geringer spezifischer elektrischer Widerstand oder dessen hohe elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zum zu fügenden Bauteil ausgenutzt. Dadurch kann das Beschleunigungselement unter geringem Energieeinsatz vom Magnetfeld, das beim Magnetimpulsschweißen angelegt wird, beschleunigt werden. Da das Beschleunigungselement auf der der Fügestelle abgewandten Seite eines Bauteils angeordnet ist, nimmt das Beschleunigungselement bei seiner beschleunigten Bewegung das zu fügende Bauteil mit. Mit dieser Methode können also auch Bauteile mit geringer elektrischer Leitfähigkeit ausreichend schnell beschleunigt werden, sodass diese eine Kaltschweißverbindung ausbilden können. Das Beschleunigungselement kann als beispielsweise als Folien- oder Bandmaterial ausgebildet sein. Ferner kann das Beschleunigungselement zusammen mit einem Zwischenelement oder ohne Zwischenelement benutzt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei Bauteile Rohre, wobei ein erstes Rohr zumindest teilweise innerhalb eines zweiten Rohres liegt und das Zusatzelement ringförmig ist. Ist das Zusatzelement ein Zwischenelement, so liegt der Ring in der Fügestelle zwischen den beiden teilweise ineinander liegenden Rohren. Ist das Zusatzelement ein Beschleunigungselement, so sitzt dieses als Ring auf der Außenseite des äußeren Rohres im Bereich der Fügestelle, also der Überlappungszone der beiden Rohre. Durch diese Anordnung und Gestaltung kann ein wiederholgenauer und robuster Herstellungsprozess garantiert werden. Darüber hinaus kann so eine Schweißverbindung erstellt werden, die über den gesamten Umfang der Rohre eine gleichbleibende Qualität aufweist.

Bevorzugt ist die Kaltschweißverbindung durch ein Magnetimpulsschweiß- verfahren hergestellt. Vorteilhafte Eigenschaften des Magnetimpulsschweißens sind, dass dieses Verfahren weniger Wärme in die zu fügenden Bauteile einbringt als beispielsweise beim Lichtbogenschweißen. Darüber hinaus entstehen beim Magnetimpulsschweißen keine Schweißspritzer. Zusätzlich können über das Magnetimpulsschweißen Materialkombinationen geschweißt werden, die mit konventionellen (Schmelz-) Schweißverfahren nicht gefügt werden können. Ferner entstehen beim Magnetimpulsschweißen keine Prozessdämpfe und/oder - gase sowie nahezu keine Wärme, die in die Umgebung der Schweißverbindung eingebracht werden. Dies ist sowohl für Personen als auch für Maschinen und Anlagen in dieser Umgebung von Vorteil. Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem zwischen den mindestens zwei Bauteilen ein Zwischenelement angeordnet wird und die mindestens zwei Bauteile jeweils mit dem Zwischenelement durch eine Kaltschweißverbindung gefügt werden. Damit werden die Bauteile aus Metall oder Metallverbundwerkstoff nicht direkt miteinander verschweißt, sondern über das Zwischenelement. Damit kann die für das Verfahren notwendige Energiemenge reduziert werden.

Eine Verfahrensvariante sieht zudem vor, dass das Zwischenelement aus einem Material ist, das weicher als das verwendete Metall oder der verwendete Metallverbundwerkstoff ist und/oder einen geringeren E-Modul als dieses bzw. dieser hat, wobei das Material insbesondere Kupfer, Aluminium oder Nickel ist. Selbstverständlich können auch Legierungen aus Kupfer, Aluminium oder Nickel verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels des Magnetimpulsschweißverfahrens eine Kaltschweißverbindung zwischen dem einen Bauteil und dem Zwischenelement und zwischen dem Zwischenelement und dem anderen Bauteil hergestellt wird. Anders ausgedrückt: die endgültige Verbindung zwischen den Bauteilen und dem Zwischenelement wird durch das Magnetimpulsschweißverfahren hergestellt.

Weiter kann das Verfahren die mindestens zwei Bauteile zusätzlich miteinander verlöten, wobei das Zwischenelement als Lot wirkt. Durch diesen zusätzlichen Schritt des Lötens wird die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen weiter verbessert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mittels des Magnetimpulsschweißverfahrens die Bauteile nicht oder nicht vollständig miteinander verbunden werden, sondern beispielsweise die Kaltschweißverbindung nur insoweit ausgebildet wird, dass die Bauteile nur geheftet sind. In diesem Fall können die Bauteile dann mittels des Lötens endgültig aneinander befestigt werden.

Das Löten kann beispielsweise durch ein Erwärmen der gefügten Bauteile in einem Ofen oder mittels Induktionsspulen erfolgen. Da das Zwischenelement als Lot wirkt, muss bei diesem Verfahren kein Lot von außen zugefügt werden, was das Verfahren vereinfacht. Weiter sind so die zu verlötenden Bauteile schon in ihrer Fügestellung zueinander positioniert. Ein Verfahrensschritt des Ausrichtens und/oder Fixierens kann also entfallen.

Zum Verlöten der Bauteile können insbesondere die Spulen verwendet werden, die auch zum Magnetimpulsverschweißen verwendet werden.

In einer alternativen Ausführungsform kann während des Lötens eine Wärme- behandlung der Bauteile stattfinden. Bei dieser Wärmebehandlung kann es sich z. B. um ein Glühen zur Reduktion von Eigenspannungen halten. Ebenfalls sind Wärmebehandlungen zum Erzeugen eines gewünschten Gefüges möglich. Auch können im Rahmen der Wärmebehandlung Härteverfahren, z. B. Nitrieren, durchgeführt werden. In einer Variante ist ein Beschleunigungselement auf einer dem jeweils anderen Bauteil abgewandten Seite eines der mindestens zwei Bauteile angeordnet und hat einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als das Bauteil. Insbesondere ist das Beschleunigungselement aus Kupfer. Dadurch wird erreicht, dass mit dem Verfahren unter geringem Energieeinsatz Bauteile mit geringer elektrischer Leitfähigkeit bzw. mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand kaltverschweißt werden können. Ferner können die mindestens zwei Bauteile und das Zwischenelement unterhalb einer Schmelztemperatur des Zwischenelements diffusionsgeglüht werden. Dadurch werden Gefügeinhomogenitäten vermindert.

Zusätzlich können die mindestens zwei Bauteile Rohre sein, wobei ein erstes Rohr zumindest teilweise innerhalb eines zweiten Rohres liegt und das Zwischenelement und/oder das Beschleunigungselement ringförmig ist bzw. sind. Das Verfahren ist somit für den wichtigen technologischen Bereich der Rohr- Verbindungen geeignet. Die Ausbildung von Zwischen- und Beschleunigungselementen als Ringe ist eine einfache Ausrichtung der zu fügenden Bauteile zueinander möglich, sodass Schweißverbindungen hergestellt werden können, die strengen Maßtoleranzen genügen.

Vorzugsweise wird die Kaltschweißverbindung durch ein Magnetimpulsschweißverfahren hergestellt.

Die erfindungsgemäße Baugruppe sowie das erfindungsgemäße Verfahren werden für Bauteile aus Edelstahl erläutert. Da jedoch als maßgebliche Eigenschaft auf die schlechte elektrische Leitfähigkeit abgestellt wird, kann die erfindungsgemäße Baugruppe auch aus Bauteilen bestehen, die aus einem anderen Material mit schlechter elektrischer Leitfähigkeit hergestellt sind, beispielsweise Titan oder Titanlegierungen. Weiterhin können Komponenten aus Verbundmaterialien verschweißt werden, beispielsweise Bleche aus Stahl oder Edelstahl, die mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sind, beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, aus Nickel oder einer Nickellegierung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch solche Bauteile gefügt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen, die unterschiedliche Ausführungsformen zeigen, erläutert. Es zeigen: Figur 1 die erfindungsgemäße Baugruppe, bevor sie unter Nutzung eines Zwischenelements und optional eines Beschleunigungselements verschweißt wird,

Figur 2 die erfindungsgemäße Baugruppe aus Fig. 1 in verschweißtem Zustand,

Figur 3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe, bevor sie unter Nutzung eines Beschleunigungselements verschweißt wird,

Figur 4 die erfindungsgemäße Baugruppe aus Fig. 3 in verschweißtem Zustand,

Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2,

Figur 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4.

In der Figur 1 ist eine Baugruppe aus zwei miteinander zu verschweißenden Rohren einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine dargestellt. Beide Rohre bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel aus Edelstahl.

Der Begriff Edelstahl soll in diesem Zusammenhang maximal breit verstanden werden und alle Stahlwerkstoffe mit einer schlechten elektrischen Leitfähigkeit umfassen.

Ein erstes Rohr 10 liegt dabei teilweise innerhalb eines zweiten Rohres 20, das einen größeren Durchmesser als das erste Rohr hat, angeordnet. Beide Rohre 10, 20 sind so angeordnet, dass deren Mittelachsen 25 sich decken.

In der dargestellten Ausführungsform wird für die Verschweißung der Rohre 10, 20 ein Zusatzelement verwendet, das als ein Zwischenelement 30 ausgeführt ist. Das Zwischenelement 30 hat die Form eines Ringes und ist im Bereich der Überlappung zwischen dem Rohr 10 und dem Rohr 20 angeordnet.

Es kann z. B. aus Kupfer, Aluminium oder Nickel bestehen.

Optional kann ein weiteres Zusatzelement verwendet werden, das als ein Beschleunigungselement 40 ausgebildet ist und beispielsweise aus Kupfer gefertigt ist. Aufgrund des in dieser Ausführungsform optionalen Charakters ist das Beschleunigungselement 40 gestrichelt dargestellt. Das Beschleunigungselement 40 ist ringförmig ausgebildet und sitzt im Bereich der Überlappung der beiden Rohre 10, 20 auf der äußeren Mantelfläche des Rohres 20.

Die beiden Rohre 10, 20 sowie das Zwischenelement 30 und das optionale Beschleunigungselement 40 befinden sich innerhalb einer Spule 50, die schematisch eine Anlage zum Magnetimpulsschweißen repräsentiert.

Die Figur 2 zeigt nun die Baugruppe aus Fig. 1 nach dem Verschweißen der beiden Rohre 10, 20 mit einem Magnetimpulsschweißverfahren. Das Schweißen beinhaltet das Einschalten eines Stromes, der die Spule 50 durchläuft und dadurch ein starkes Magnetfeld generiert, durch dessen Druck die Wände des Rohres 20 mit einer sehr hohen Beschleunigung und einer sehr hohen Geschwindigkeit auf die Wände des Rohres 10 gedrückt werden. In der dargestellten Ausführungsform hat das Zusatzelement die Form des Zwischenelements 30. Daher entstehen nun zwei Kaltschweißverbindungen. Eine erste Kaltschweißverbindung 60 liegt zwischen einem Abschnitt der äußeren Mantelfläche des Rohres 10 und der inneren Mantelfläche des Zwischenelements 30. Eine zweite Kaltschweißverbindung 62 existiert zwischen der äußeren Mantelfläche des Zwischenelements 30 und einem Abschnitt der inneren Mantelfläche des äußeren Rohres 20. Zum Erstellen dieser Schweiß- Verbindungen wurde das Rohr 20 durch das Magnetimpulsschweißverfahren plastisch verformt.

Wurde optional das Beschleunigungselement 40 benutzt, so hat sich dieses ebenfalls unter dem Einfluss des Magnetfeldes plastisch verformt und sitzt auch in der in Fig. 2 dargestellten Situation auf der äußeren Mantelfläche des Rohres 20. Das Beschleunigungselement 40 kann mit der äußeren Mantelfläche des Rohres 20 verbunden sein, jedoch ist dies in der dargestellten Anwendung unerheblich.

Die Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der das Rohr 10 mit dem Rohr 20 verschweißt werden soll. Als Zusatzelement wird in dieser Ausführungs- form lediglich das Beschleunigungselement 40 genutzt. Das Zwischenelement ist nicht vorgesehen. In der Fig. 3 ist wieder die Anordnung der Elemente vor dem Verschweißen dargestellt. Die Rohre 10, 20 sind wieder so angeordnet, dass deren Mittelachsen 25 sich decken und die Rohre 10, 20 sich zumindest teilweise überlappen. Das erste Rohr 10 ist dabei in das zweite Rohr 20 eingesteckt. Das Beschleunigungselement 40 hat wieder die Form eines Ringes und ist auf der äußeren Mantelfläche des Rohres 20 im Bereich der Überlappung zwischen den beiden Rohren 10, 20 angeordnet. In der Figur 4 ist die Baugruppe nach dem Verschweißen dargestellt. Wieder wurde aufgrund des Magnetfeldes, das im Rahmen des Magnetimpulsschweißverfahrens durch die Spule 50 generiert wurde, das äußere Rohr 20 plastisch verformt. Es hat sich nun zwischen dem Rohr 20 und dem Rohr 10 eine Kaltschweißverbindung 64 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Rohre 10, 20 also direkt miteinander verschweißt. Um das äußere Rohr auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, die eine solche Kaltverschweißung möglich macht, wurde das Beschleunigungselement 40 genutzt. Dieses wurde ebenfalls durch das von der Spule 50 generierte Magnetfeld plastisch verformt und sitzt weiterhin auf der äußeren Mantelfläche des Rohres 20.

In Fig. 5 ist der Ausschnitt I aus der Fig. 2 vergrößert dargestellt, sodass die Kaltschweißverbindungen 60, 62 zwischen dem ersten Rohr 10 und dem Zwischenelement 30 sowie zwischen dem zweiten Rohr 20 und dem Zwischenelement 30 deutlich zu sehen sind. Die Kaltschweißverbindungen 60, 62 bestehen auf einer mikroskopischen Skala aus zahlreichen formschlüssigen Verbindungen, mit denen die beiden Fügepartner mikroskopisch ineinander verkrallt sind. Darüber hinaus weisen die Kaltschweißverbindungen 60, 62 ein charakteristisches Wellenprofil auf.

Zusätzlich ist schematisch eine erste Diffusionszone 66 im ersten Rohr 10 und eine zweite Diffusionszone 68 im zweiten Rohr 20 dargestellt. Die Diffusionszonen 66, 68 sind durch ein dem Magnetimpulsschweißen nachgelagertes Verlöten der beiden Rohre 10, 20 entstanden. Dabei wurde das Zwischenelement 30 als Lot genutzt.

In der Fig. 6 ist der Ausschnitt II aus der Fig. 4 vergrößert dargestellt. In dieser Ausführungsform bildet sich die Kaltschweißverbindung 64 direkt zwischen dem ersten Rohr 10 und dem zweiten Rohr 20 aus und weist ebenfalls eine charakteristische Wellenform auf. Auch die Kaltschweißverbindung 64 besteht auf einer mikroskopischen Skala aus zahlreichen formschlüssigen Verbindungen, mit denen die beiden Fügepartner mikroskopisch ineinander verkrallt sind.

Die erfindungsgemäße Baugruppe sowie das erfindungsgemäße Verfahren wurden beispielhaft anhand einer Verbindung von zwei Rohren einer Abgasanlage dargestellt. Selbstverständlich schließt die erfindungsgemäße Baugruppe auch Verbindungen zwischen flachen Bauteilen, z. B. zwei Blechen, ein. Ebenfalls können komplex geformte Bauteile mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gefügt werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um Gehäuse von Schalldämpfern, Partikelfiltern oder Katalysatoren handeln. Die miteinander verschweißten Bauteile können abweichend vom gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel auch aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen oder aus einer Aluminiumlegierung. Es ist auch möglich, dass die Bauteile mit einer Korrosionsschutzschicht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung versehen sind.