VOGEL, Christof (Sandstr. 12, Bischberg, 96120, DE)
HUEMMER, Ferdinand (Am Bergacker 15, Zapfendorf, 96199, DE)
VOGEL, Christof (Sandstr. 12, Bischberg, 96120, DE)
Ansprüche
1. Verfahren zum Fügen eines ersten Gehäusebauteils (2) mit einem zweiten Gehäusebauteil (3) mittels Schweißen, wobei das erste Gehäusebauteil (2) und das zweite Gehäusebauteil (3) jeweils als Hohlkörper mit geschlossenem Hohlquerschnitt gebildet sind, wobei eine Form des Hohlquerschnitts des zweiten Bauteils einer Form des Hohlquerschnitts des ersten Bauteils entspricht, umfassend die Schritte:
Bereitstellen des ersten Gehäusebauteils (2) mit einem ersten Innenmaß (II), Bereitstellen des zweiten Gehäusebauteils (3) mit einem Außenmaß (A2), wobei das Außenmaß (A2) des zweiten Gehäusebauteils (2) kleiner ist als das Innenmaß (II) des ersten Bauteils (2), - Anordnen des zweiten Gehäusebauteils (3) im ersten Gehäusebauteil (2), so dass zwischen einer Innenwand des ersten Gehäusebauteils (2) und einer Außenwand des zweiten Gehäusebauteils (3) ein umlaufender Spalt (6) gebildet ist, wobei der Bereich mit Spalt zwischen den beiden Gehäusebauteilen (2, 3) ein Fügebereich (4) ist, und Verschweißen des ersten Gehäusebauteils (2) mit dem zweiten Gehäusebauteil (3) im Bereich des Spaltes (6) zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil (2, 3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Spalt (6) entlang seiner Umfangsrichtung und entlang seiner Länge in Axialrichtung (X-X) der Gehäusebauteile jeweils eine gleich bleibende Dicke aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) eine Dicke von ca. 1/100 bis ca. 50/100, insbesondere ca. 1/10 einer Wanddicke des ersten Gehäusebauteils (2) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) sich verjüngend, insbesondere konisch, gebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen ein Laserschweißen ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gehäusebauteil (2, 3) jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen gleichzeitig an mehreren Positionen am Umfang der Gehäusebauteile (2, 3) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil (2, 3) ein Pressverbindungsbereich (5) gebildet ist, wobei der Pressverbindungsbereich (5) benachbart zum Fügebereich (4) angeordnet ist, um eine Relativpositionierung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (2, 3) vor dem Schritt des Schweißens bereitzustellen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gehäusebauteil (2, 3) aus einem dünnen Blechmaterial hergestellt sind.
10. Gehäuse für ein Einspritzventil, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der vorhergehenden Ansprüche.
11. Gehäuse nach Anspruch 10, umfassend ein erstes Gehäusebauteil (2) und ein zweites Gehäusebauteil (3), welche an einem Fügebereich (4) mittels Schweißen, insbesondere
Laserschweißen, miteinander gefügt sind, wobei am Fügebereich (4) ein Innenmaß (II) des ersten Gehäusebauteils (2) derart größer ist als ein Außenmaß (A2) des zweiten Gehäusebauteils (3), dass vor dem Schweißschritt zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil (2, 3) ein Spalt (6) gebildet ist.
12. Gehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) vor dem Schweißen eine gleich bleibende Dicke aufweist oder der Spalt (6) eine sich verjüngende Form aufweist.
13. Gehäuse nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gehäusebauteil (2, 3) jeweils einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.
14. Gehäuse nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend einen Pressverbindungsbereich (5) zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil (2, 3). |
Beschreibung
Titel
VERFAHREN ZUM SCHWEISSEN VON BAUTEILEN MIT GESCHLOSSENEM HOHLQUERSCHNITT MIT EINEM ZWISCHEN DEN BEIDEN üBERLAPPENDEN BAUTEILEN ERZEUGTEN
UMLAUFENDEN SPALT
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen mit einem geschlossenen Hohlquerschnitt sowie ein Gehäuse für ein Einspritzventil, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Es ist bekannt, zwei Bauteile mit einem Hohlquerschnitt mittels Schweißen zu fügen. Hierbei ist der Fügebereich zwischen den beiden Bauteilen derart ausgelegt, dass ein Innenmaß eines ersten Bauteils mit einem Außenmaß eines zweiten Bauteils eine Presspassung eingeht. Somit ist im Fügebereich zwischen den beiden Bauteilen kein Spalt vorgesehen. Es wurde nun festgestellt, dass, wenn die beiden Bauteile keine saubere Oberfläche aufweisen, Probleme an der
Schweißnaht entstehen. Die Bauteile können beispielsweise Rückstände von Gleitmitteln, z.B. öl oder Benzin, auf der Bauteiloberfläche aufweisen. Diese Rückstände befinden sich somit im Fügebereich zwischen dem ersten und zweiten Bauteil. Beim Schweißen gasen nun diese Rückstände aus und entweichen mangels anderer Möglichkeit durch das Schweißbad. Hierbei entstehen Poren in der Schweißnaht, welche insbesondere eine schlauchartige Form einnehmen können, welche bis zur äußeren Oberfläche der Schweißnaht reichen kann. Dadurch kann eine Undichtigkeit in der Schweißnaht auftreten, welche unerwünscht ist. Daher müssen vor dem Seh weiß Vorgang die Oberflächen der zu schweißenden Bauteile gereinigt werden und frei von Rückständen sein.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fügen von zwei Bauteilen mit einem Hohlquerschnitt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Undichtigkeiten an der Schweißnaht nicht auftreten können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner auf einen Reinigungsschritt der zu fügenden Oberflächen vor dem
Schweißen verzichtet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein erstes zu fügendes Bauteil mit einem geschlossenen Hohlquerschnitt ein Innenmaß aufweist, welches derart größer als ein Außenmaß eines zweiten zu fügenden Bauteils mit geschlossenem Hohlquerschnitt ist, dass zwischen dem Innenmaß des ersten Bauteils und dem Außenmaß des zweiten Bauteils ein umlaufender Spalt vorhanden ist. Dieser Spalt ermöglicht es, dass beim Beginn des Schweißvorgangs eventuell auf den Oberflächen der zu fügenden Bauteile vorhandene Rückstände ausgasen können, so dass diese im weiteren Verlauf des Schweißverfahrens nicht zu Problemen führen können. Das Ausgasen erfolgt dabei durch die Wärmeentwicklung während des Schweißens und ist abgeschlossen, bevor der Schweißstrahl auf eventuell an den Wandflächen der Bauteile haftende Rückstände trifft. Während des Schweißvorgangs schließt sich der Spalt aufgrund der Aufheizung und Erweichung der Fügebereiche der Bauteile, so dass eine fehlerfreie Schweißung möglich ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise weist der umlaufende Spalt entlang seiner Umfangsrichtung und entlang seiner Länge in Richtung einer Mittelachse der Bauteile jeweils eine gleich bleibende Dicke auf. Dadurch kann ein kontinuierlicher und sicherer Schweißvorgang sichergestellt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Spalt sich verjüngend, insbesondere konisch, ausgebildet. Der sich verjüngende Spalt ist dabei regelmäßig mit gleicher Geometrie entlang seines Umfangs ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Schweißen ein Laserschweißen.
Das erste und das zweite zu fügende Bauteil weisen besonders bevorzugt jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Bauteile können beispielsweise mittels Tiefziehen oder Rollen und Verbinden an einer Stoßstelle hergestellt sein.
Der Spalt weist vorzugsweise eine Dicke von ca. 1/100 bis ca. 50/100, bevorzugt ca. 1/10 der Wandstärke des äußeren, zu fügenden Bauteils auf.
Besonders bevorzugt wird das Schweißen derart ausgeführt, dass gleichzeitig an mehreren Positionen mittels mehrerer Schweißeinrichtungen der Schweißvorgang durchgeführt wird. Dadurch kann die Bearbeitungszeit reduziert werden.
Um eine sichere Fixierung des ersten und zweiten Bauteils während des Schweißvorgangs bereitzustellen, ist zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ein Pressverbindungsbereich benachbart zum Spaltbereich angeordnet. Somit können die beiden zu fügenden Bauteile ineinander gesteckt werden und werden durch den Pressverbindungsbereich in vorbestimmten Relativpositionen zueinander gehalten. In einem nächsten Schritt kann dann der Schweißvorgang beginnen.
Weiter bevorzugt sind das erste und zweite Bauteil aus einem dünnen Blechmaterial hergestellt. Die beiden Bauteile weisen vorzugsweise eine gleiche Blechstärke auf.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Gehäuse für ein Einspritzventil, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse für ein Einspritzventil umfasst ein erstes Gehäusebauteil und ein zweites Gehäusebauteil, welche jeweils einen geschlossenen Hohlquerschnitt aufweisen. Die beiden Gehäusebauteile sind an einem Fügebereich mittels Schweißen miteinander gefügt. Am Fügebereich ist dabei ein Innenmaß des ersten Gehäusebauteils derart größer als ein Außenmaß des zweiten Gehäusebauteils, dass vor dem Schweißen zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil ein Spalt vorhanden ist. Dadurch können Rückstände, welche auf den Oberflächen im Fügebereich der Gehäusebauteile sein können, durch die während des Schweißens erzeugte Wärme durch den Spalt entgasen, und somit nicht zu Problemen in der Schweißnaht, z.B. durch Bildung von Poren o.ä., führen. Während des Schweißens wird der Spalt geschlossen, so dass zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil die Schweißnaht liegt.
Das Gehäuse umfasst weiter bevorzugt einen Pressverbindungsbereich, an welchem das erste und zweite Gehäusebauteil mittels einer Pressverbindung zusätzlich verbunden sind. Der Pressverbindungsbereich ist vorzugsweise benachbart zum Fügebereich angeordnet.
Der Spalt zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil vor dem Schweißen ist vorzugsweise mit einer gleich bleibenden Dicke in Längsrichtung der Gehäusebauteile oder sich verjüngend, insbesondere konisch, gebildet.
Ein Hohlquerschnitt des ersten und zweiten Gehäusebauteils ist vorzugsweise jeweils kreisförmig. Mit anderen Worten sind die Gehäusebauteile vorzugsweise zylinderartig ausgebildet. Alternativ können die Gehäusebauteile auch einen ovalen Hohlquerschnitt aufweisen.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses für ein Einspritzventil vor einem Schweißschritt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des in Figur 1 gezeigten Gehäuses nach dem Schweißvorgang,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses für ein Einspritzventil vor einem Schweißschritt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 4 eine schematische Schnittansicht des in Figur 3 gezeigten Gehäuses im geschweißten Zustand.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Verfahren und ein Gehäuse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst ein Gehäuse 1 ein erstes Gehäusebauteil 2 und ein zweites Gehäusebauteil 3. Die beiden Gehäusebauteile 2, 3 sind dabei als hohlzylindrische Körper mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet. Das erste Gehäusebauteil 2 weist dabei einen gleichbleibenden Innendurchmesser Il auf. Das zweite Gehäusebauteil 3 weist einen Endbereich 3a auf, welcher einen Außendurchmesser A2 aufweist. Der Endbereich 3a weist somit einen Durchmesser auf, welcher etwas kleiner ist als ein restlicher Durchmesser A2' des zweiten Gehäusebauteils 3. Durch den im Außendurchmesser reduzierten Endbereich 3a des zweiten Gehäusebauteils 3 ergibt sich somit, wie in Figur 1 gezeigt, im zusammengesteckten Zustand der beiden Gehäusebauteile 2, 3 zwischen dem ersten Gehäusebauteil 2 und dem zweiten Gehäusebauteil 3 ein umlaufender Spalt 6. Der Spalt 6 weist in Umfangsrichtung eine konstante Breite auf. Der Spalt 6 weist ferner in Axialrichtung X-X des Gehäuses eine konstante Länge auf. Die Länge des Spaltes 6 in Axialrichtung X-X entspricht dabei einem Fügebereich 4 zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil 3. Am Fügebereich 4 wird das erste
Gehäusebauteil 2 mit dem zweiten Gehäusebauteil 3 mittels Laserschweißen verbunden. Ferner
umfasst das Gehäuse 1 einen Pressverbindungsbereich 5, welcher unmittelbar benachbart zum Fügebereich 4 angeordnet ist. Im Pressverbindungsbereich 5 ist eine Presspassung zwischen dem ersten Gehäusebauteil 2 und dem zweite Gehäusebauteil 3 ausgebildet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Fügen der Gehäusebauteile 2, 3 zum Gehäuse 1 beschrieben. In einem ersten Schritt werden die beiden Gehäusebauteile 2, 3 beispielsweise mittels Tiefziehen hergestellt. Ein Innendurchmesser Il des ersten Gehäusebauteils 2 ist dabei derart gewählt, dass er größer ist als ein Außendurchmesser A2 des zweiten Gehäusebauteils 3 am Endbereich 3a des zweiten Gehäusebauteils 3. Ferner ist ein Außendurchmesser A2' des zweiten Gehäusebauteils 3 derart gewählt, dass er zusammen mit dem Innendurchmesser Il des ersten Gehäusebauteils 2 eine Presspassung eingehen kann. In einem nächsten Schritt wird das zweite Gehäusebauteil 3 in das erste Gehäusebauteil 2 eingesteckt. Dadurch ergibt sich am Pressverbindungsbereich 5 eine Pressverbindung zwischen den beiden Gehäusebauteilen. Ferner erhebt sich am Fügebereich 4 zwischen den beiden Gehäusebauteilen 2, 3 ein konstanter, umlaufender Spalt 6 mit gleich bleibender Spaltbreite in Radialrichtung. Wenn, wie in Figur 1 gezeigt, auf den Oberflächen des ersten und zweiten Gehäusebauteils 2, 3 im Fügebereich 4 Rückstände 7 vorliegen, sind diese über den Spalt 6 mit der äußeren Umgebung in Verbindung. Die Rückstände 7 können beispielsweise aus dem vorhergehenden Herstellungsschritt resultieren, bei welchem z.B. öl oder Benzin als Gleitmittel für das Tiefziehen verwendet wird. Der Pressverbindungsbereich 5 stellt dabei sicher, dass eine Relativpositionierung zwischen dem ersten Gehäusebauteil 2 und dem zweiten Gehäusebauteil 3 festgelegt ist. Es sei angemerkt, dass grundsätzlich auf den Pressverbindungsbereich 5 verzichtet werden kann und die beiden Gehäusebauteile 2, 3 mittels Haltevorrichtung für den nachfolgenden Schweißschritt gehalten werden könnten. Allerdings ist hierzu ein höherer technischer Aufwand für die Haltevorrichtung notwendig.
In einem nächsten Schritt erfolgt das Verschweißen der beiden Gehäusebauteile 2, 3 miteinander. In Figur 1 ist durch den Pfeil L ein Laserstrahl angedeutet, mit welchem der Schweißvorgang durchgeführt wird. Der Laserstrahl L trifft zuerst auf die Außenseite des ersten Gehäusebauteils 2. Durch die dabei entstehende Wärmeentwicklung werden die auf den Gehäuseoberflächen im Spalt 6 befindlichen Rückstände 7 in einen gasförmigen Zustand überführt. Diese nun gasförmigen Rückstände können, wie in Figur 1 durch den Pfeil B angedeutet, aus dem Spalt 6 in die Umgebung ausgasen. Wenn dann der eigentliche Schweißvorgang zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil 2, 3 beginnt, sind somit keine Rückstände 7 mehr auf den Oberflächen im Fügebereich 4 der Gehäusebauteile 2, 3. Dadurch kann eine sichere Schweißverbindung 8 zwischen dem ersten und zweiten
Gehäusebauteil 2, 3 erreicht werden. Das Schweißen der Gehäusebauteile 2, 3 erfolgt entlang des gesamten Umfangs der Gehäusebauteile, wobei entweder der Laser oder die zusammengesteckten Gehäusebauteile 2, 3 rotiert werden können. Auch ist es möglich, mehrere Laser gleichzeitig zu verwenden, welche an verschiedenen Stellen am Umfang mit dem Schweißvorgang beginnen. Figur 2 zeigt den Endzustand des Gehäuses 1 , in welchem die beiden Gehäusebauteile 2, 3 miteinander mittels Schweißen zusammengefügt sind. Wie in Figur 2 gezeigt, ist die Schweißverbindung 8 ungefähr in der Mitte des Fügebereichs 4 angeordnet. Dadurch ergibt sich ein zwischen den beiden Gehäusebauteilen 2, 3 eingeschlossener Bereich 6', welcher ein ehemaliger Spaltbereich war. Dieser Bereich 6' hat jedoch keine Auswirkungen auf die Schweißverbindung zwischen den beiden Gehäusebauteilen 2, 3. Es sei angemerkt, dass die Bildung dieses Bereichs 6' verhindert werden kann, wenn die Schweißverbindung 8 in einem Abschnitt des Fügebereichs 4 vorgesehen wird, welche näher am
Pressverbindungsbereich 5 liegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Endbereich 3a des zweiten Gehäusebauteils 3, welche im Fügebereich 4 liegt, eine möglichst kurze Länge in Axialrichtung X-X des Gehäuses aufweist. Die Länge dieses Endbereichs 3a ist vorzugsweise derart gewählt, dass sie der Ausdehnung der Schweißverbindung 8 in Axialrichtung X-X entspricht bzw. etwas größer ist. Das in Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Gehäuse 1 weist somit eine zweifache Verbindung, nämlich die Schweißverbindung 8 sowie eine Pressverbindung im Pressverbindungsbereich 5 auf.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 ein Verfahren bzw. ein Gehäuse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied dazu der Spalt 6 verschieden ausgebildet ist. Wie in Figur 3 gezeigt, ist der Spalt 6 des zweiten Ausführungsbeispiels durch einen konisch zulaufenden Endbereich 3 a des zweiten Gehäusebauteils 3 gebildet. Somit weist der Spalt 6 im Schnitt eine Keilform auf. Der Spalt 6 ist wieder entlang des Umfangs des zweiten Gehäusebauteils 3 gleichbleibend ausgebildet und verjüngt sich ausgehend von dem am ersten Gehäusebauteil 2 liegenden Ende des Endbereichs 3a zum Pressverbindungsbereich 5.
Figur 4 zeigt wieder das fertige Gehäuse mit der Schweißverbindung 8 zwischen dem ersten und zweiten Gehäusebauteil 3. Die Schweißverbindung 8 ist wieder benachbart zum
Pressverbindungsbereich 5 angeordnet. Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann durch das
Vorsehen des Spalts 6 ein Ausgasen und Rückständen 7, wie durch den Pfeil B angedeutet, ermöglicht werden. Da sich der Spalt 6 in Richtung des Ausgasens erweitert, kann eine besonders sichere Entfernung der gasförmigen Rückstände erfolgen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.