Die Verbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen und zum Teil fertig bearbeiteten und bereits gehärteten Teilen ist in der modernen Fertigungs- technik sehr erwünscht, weil eine Anordnung häufig unterschiedlichen Anforderungen genügen muß, die mit einem einzigen Material nicht er- reichbar sind. Dann müssen für einzelne Elemente eines Bauteiles ver- schiedene Werkstoffe eingesetzt werden, um ein Optimum an wirtschaft- licher Herstellung und mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

So stellt sich beispielsweise in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen oft das Problem, ein fein bearbeitetes und gehärtetes Zahnrad mit einem hohlen Gehäuseteil komplizierter Form, der naturgemäß ein Gußteil ist, zu verbinden. Zahnräder sind meist einsatzgehärtet, ihr Grundgefuge ist dadurch blindgehärtet, was zwar hohe Festigkeit, aber sehr geringe Zä-

higkeit und Bruchdehnung, verglichen mit normalseglühtem Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, bedeutet. Die Gußteile bestehen vorzugs- weise aus Stahlguß, weissem Temperguß oder Sphäroguß, ihr Kohlen- stoffgehalt beträgt meist über 2 %.

Üblicherweise werden solche Teile mittels hochfester Schrauben verbun- den. Solche Schraubverbindungen erfordern aber ausreichend dimensio- nierte Flansche und erhöhen so Raumbedarf und Gewicht des Bauteiles.

Nebstbei ist der Zeitaufwand bei Zusammenbau und beim Zerlegen, vor allem wenn die Verbindung nach langer Betriebsdauer unlösbar gewor- den ist, erheblich. Schweissen verbietet sich wegen des fertig bearbeiteten Zustandes (Verzug) und weil sowohl Guß als auch einsatzgehärteter Stahl schwer schweißbar sind. Ausserdem muß bei den hohen dynamischen Belastungen die Verbindung absolut sicher und mit hoher Qualität repro- duzierbar herzustellen sein.

Aus der EP 277 712 A ist ein aus zwei miteinander-erschweißten Metall- teilen bestehender Ventilstößel bekannt. Ein Teil besteht aus hochkoh- lenstoffhaltigem oder legiertem Stahl oder aus härtbarem Gußeisen ; der andere aus Flußstahl (Kohlenstoffgehalt 0,05 bis 0.2 %), dessen Schweißeigenschaften unproblematisch sind. Die beiden Teile werden ohne vorherige Schweißnahtbearbeitung mittels eines Hochenergiestrah- les miteinander-erschweißt. Es gibt also keinen Raum für eine flüssige Schweißzone. Der eine Teil wird an der Berührungsfläche entkohlt. Zur Ausbildung einer austenitischen Schweißzone wird eine Nickelscheibe eingelegt oder der eine oder andere Teil an seiner Schweißfläche vernik- kelt.

Nachteilig ist daran die vor dem Schweißen notwendige Entkohlung und die vorher und nachher erforderliche Wärmebehandlung. Durch die ein- ander berührenden zu verschweißenden Flächen ist auch eine über die Tiefe der Naht gleichmäßige Schweißung nicht gewährleistet, weil der Hochenergiestrahl auf seinem Weg entlang der Flächen bereits Energie abgibt und dadurch in der Tiefe nur mehr schwach ist. Das eigentliche Problem ist somit schon in dem einfachen Fall, in dem nur einer der Teile aus einem schwer schweißbaren Werkstoff besteht. nicht gelöst : die Be- herrschung des Kohlenstoffes und die Herstellung einer über die gesamte Schweißnaht rißsicheren Verbindung. Letztere ist aber zur Übertragung großer Kräfte sehr wichtig.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine den Belastungs-und Werkstoffver- hältnissen gewachsene und seriensichere Schweißverbindung solcher Bauteile zu ermöglichen. Das wird mittels des erfindungsgemäßen Ver- fahrens erreicht. Es besteht darin, daß an den ansonsten fertig bearbeite- ten Teilen die zu verbindenden Flächen zur Schweißvorbereitung zumin- dest teilweise abgetragen werden, sodaß eine schmale U-Nut, Y-Nut oder V-Nut entsteht, und daß sodann die Teile aneinandergefügt und unter Zu- fuhr eines austenitischen Schweißdrahtes mittels eines Hochenergiestrah- les verschweißt werden.

Dadurch, daß sich die beim Schweissen mit Hochenergiestrahl (z. B. La- ser oder Elektronenstrahl) unübliche Schweißnahtvorbereitung wie fur eine schmale U-Naht, Y-Naht oder V-Naht oder deren Mischformen über einen größeren Teil der zu verschweißenden Flächen erstreckt, wird ein

Raum geschaffen. in dem viel von dem Material des zugeführten Schweißdrahtes einlegiert wird. Dank dem scharf gebündelten Hochen- ergiestrahl werden die Wände des Raumes (die aufgekohlten zu verbin- denden Flächen der Teile) nur mit sehr geringer Tiefe aufgeschmolzen.

Deshalb kann dort nur wenig Kohlenstoff in die Schweiße einlegieren, zumal sich der wenige Kohlenstoff über das Volumen des Raumes ver- teilt. Dadurch bleibt in der Schweißzone und auf deren beiden Seiten das Gefüge großteils erhalten. In dem Raum bildet sich aus dem zugeführten Schweißdraht eine austenitische Schweiße, die mit den beiden Grund- werkstoffen kompatibel ist. Dadurch entsteht eine rißsichere Schweißnaht hoher Dauerfestigkeit, bei guter Reproduzierbarkeit trotz in der Praxis auftretender chargenbedingter Schwankungen.

Da bei einem Hochenergiestrahl die auf die Länge der Schweißnaht be- zogene zugefuhrte Wärmemenge klein ist, ist die Wärmeeinflußzone am Rand und die dadurch entstehende spröde Zone so schmal, daß sie sich auf die Elastizität der gesamten Verbindung nicht nennenswert auswirkt.

Die schmale Schweißnut (sie ist wesentlich schmaler als bei einer kon- ventionellen Lichtbogenschweißnaht) bietet weiters den Vorteil, einer- seits das Eindringen des Hochenergiestrahles nicht zu behindern und an- dererseits dem Strahl doch so nahe zu sein, daß dessen Wand die erfor- derliche Schweißtemperatur erreicht, und auch nicht überschreitet.

Somit wird der Hochenergiestrahl nicht nur hinsichtlich seiner hohen Energiekonzentration und dadurch geringen Aufheizung des Werkstük- kes, sondern auch zu einem metallurgischen Zweck genutzt. Das Material

der schlecht verschweißbaren Grundwerkstoffe wird so durch einen mit beiden Grundwerkstoffen kompatiblen Zusatzwerkstoff ersetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsweise sind besonders hoch belastbare Verbindungen herstellbar. Sie besteht darin, daß die bei der Schweiß- nahtvorbereitung hergestellte Schweißnut einen Querschnitt aufweist, der dem Querschnitt der fertigen Schweißnaht entspricht, insbesondere äqui- distant ist (Anspruch 2). Dadurch bleibt die aufgeschmolzene Zone der zu verschweißenden Flächen über die gesamte Tiefe gleich schmal, wodurch die hohe Qualität der Verbindung über die gesamte Tiefe der Naht gesi- chert ist.

In Versuchen wurde festgestellt, daß bei hoher Maßhaltigkeit der Verbin- dung eine optimale Durchschweissung und damit eine maximale Dauer- festigkeit erzielt wird, wenn die Tiefe der U-Nut oder V-Nut 2/3 bis 7/8 der Strahleindringtiefe beträgt (Anspruch 3).

Der Schweißdraht kann so beschaffen sein, daß er bei der beim Schwei- ssen mit Hochenergiestrahl sehr hohen Abkühlungsgeschwindigkeit ein austenitisches Gefüge spontan ausbildet, er kann aber auch durch Legie- rungselemente von vornherein austenitisch sein. Vorteilhafterweise ent- hält der Schweißdraht mindestens 50 % Nickel (Anspruch 4). Dadurch wird die Austenitbildung unabhängig von der Abkühlungsgeschwindig- keit sichergestellt und das Nickel bildet in der Aufmischung mit den bei- den Grundwerkstoffen eine besonders zuverlässige rißfreie Pufferzone zwischen den beiden verbundenen Teilen.

In besonders schwierigen Fällen kann es vorteilhaft sein, die einsatzge- härtete Schicht vor der Schweißnahtvorbereitung zumindest teilweise ab- zutragen (Anspruch 5), soferne das bei der Schweißnahtvorbereitung selbst geschieht. Solche Fälle liegen vor, wenn ein besonderes Einsatz- verfahren angewendet wird, wenn sich die an die zu verschweissenden Flächen anschließenden Querschnitte bzw die Steifigkeiten der verbun- denen Teile stark unterscheiden.

In solchen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn mindestens einer der bei- den Teile parallel zur Schweißnaht eine weitere Nut mit rundem Nut- grund aufweist (Anspruch 6). Eine derartige örtliche Querschnittsvermin- derung hat bei Schweißverbindungen kreissymmetrischer Teile in einer achsnormalen Ebene, besonders aber bei zylindrischen Schweißflächen, die vorteilhafte Wirkung, Differenzen des Schrumpfes bzw der Schrumpfgeschwindigkeit auszugleichen, ohne jedoch eine Kerbwirkung auszuuben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es zeigen : Fig. 1 : Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bau- teiles, Fig. 2 : Detail II in Fig. 1, vergrößert, Fig. 3 : ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteiles, Fig. 4 : Detail IN-in Fig. 3, vergrößert.

In Fig. l ist das Gehäuse eines Differentiales mit 1 und ein mit diesem zu einem Bauteil verbundenes Zahnrad mit 2 bezeichnet. Das Gehäuse 1

besteht aus weissem Temperguß, Stahlguß oder Sphäroguß, zB GGG 40,50,60 oder GTW-S38, das Zahnrad 2 aus Stahl und ist einsatzgehär- tet. Das Gehäuse 1 weist eine erste achsnormale zu verschweißende Flä- che 3 auf, an die ein zylindrischer Kragen 4 anschließt, der eine äussere zylindrische Paßfläche 5 bildet. Das Gehäuse 1 kann an einer Stelle grö- ßerer Wandstärke mit einer parallel zur ersten zu verschweißenden Fläche verlaufenden Umfangsnut 6 versehen sein, die im Querschnitt gerundet ist. Am Zahnrad 2 ist eine in einer Ebene normal zur Achse liegende zweite zu verschweißende Fläche 7 und eine zylindrische Paßfläche 8 vorgesehen, die auf der zylindrischen Paßfläche 5 sitzt. Die zylindrische Paßfläche 8 kann am Übergang zur zweiten zu verschweißenden Fläche 7 zurückgenommen sein, sodaß sich eine Erweiterung 9 bildet. Diese er- leichtert die Fertigung und das Aufschieben des Zahnrades auf den Kra- gen 4 und verbessert erforderlichenfalls die Durchschweißung der Wur- zel. Mit 18 ist die Drehachse des Bauteiles und mit 20 der Schweißkopf bezeichnet.

Fig. 2 zeigt die beiden Teile gefügt und in zur Schweißung vorbereitetem Zustand. Es ist zu erkennen, daß die zweite zu verschweißende Fläche 7 nach innen nur bis zur Erweiterung 9 reicht. Sie ist zum größeren Teil abgetragen, sodaß die erste Hälfte 10 einer schmalen Nut entsteht. Der Querschnitt der Nut kann die Form eines Y, U oder V, oder Kombinatio- nen dieser haben. Die bei der Schweißvorbereitung hergestellte Schweiß- nut hat idealerweise einen Querschnitt, der dem der fertigen Schweißnaht <BR> <BR> <BR> <BR> äquidistant ist. In derselben Weise ist die erste zu verschweißende Fläche bearbeitet. Am Übergang zur äußeren Zylinderfläche kann eine Rundung oder eine gebrochene Kante 12 vorgesehen sein. In diese schmale U-Nut

10,11 wird beim Schweißen mittels eines Hochenergiestrahles (Elektro- nen-oder Laserstrahl) das Material eines austenitischen Schweißdrahtes 28 eingeführt, sodaß sich in der U-Nut eine Schweiße bildet.

Wegen des scharfaebündelten Strahles und der hohen Schweißge- schwindigkeit werden die Wände 10,11 der U-Nut nur in geringer Tiefe aufgeschmolzen. sodaß nur wenig Kohlenstoff aus den beiden Teilen einlegieren kann und sich in der Schweiße ein stabiles austenitisches Ge- füge bilden kann. Die Schweiße bildet in Wandnähe eine sehr schmale Wärmeeinflußzone mit martensitischem Gefüge oder Zwischenstufen- Gefuge auf der Stahlseite und martensitischem, ledeburitischem oder Zwischenstufen-Gefüge auf der Gußseite. Die Grenze 13 der Schweißzo- ne ist strichliert eingezeichnet. Die Schweißung findet in einer inerten oder aktiven Schutzgasatmosphäre statt. Der zugeiührte Schweißdraht 28 enthält einen mit den beiden Grmdwerkstoffen kompatiblen Zusatz- werkstoff, vorzugsweise einen austenitischen Werkstoff, etwa mit einem Nickelgehalt von 20 bis 100 %.

Fig. 3 zeigt einen anderen Bauteil, der wieder aus einem Gehäuse 21 und einem Zahnrad 2'. hier einem Tellerrad besteht. Die Werkstoffpaarung ist im wesentlichen dieselbe. Der Unterschied gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die beiden zu verschweißenden Flächen 23,27 Zylinderflächen sind. Mit 25 und 26 sind wieder runde Nuten bezeichnet. die dem Ausgleich von Wärmedehnungen dienen sol- len.

Fig. 4 zeigt im Detail die vorbereitenden Schweißflächen 23,27 die beide wieder je die erste und zweite Hälfte 30,31 einer schmalen U-förmigen Nut zeigen, die zur Schweißnahtvorbereitung abgetragen wurden, sodaß nur mehr der kleinere Teil der zu verschweißenden Flächen gleichzeitig als Paßfläche dient. An der Paßfläche 27 des Tellerrades 22 kann die ein- satzgehärtete Schicht abgetragen sein, was in der Zeichnung nicht er- ; kennbar ist.