Die Erfindung betrifft eine schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Arbeitszylinderbaugruppe insbesondere für Hydraulikarbeitszylinder mit hohen Betätigungskräften.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, hydraulische Arbeitszylinder mit Anbauteilen zur Übertragung der von dem Arbeitszylinder erzeugten Betätigungskräfte an zu betätigende Einrichtungen zu versehen. Bei solchen Anbauteilen kann es sich insbesondere um sogenannte Gelenkaugen handeln.

Ferner ist es dem Grund nach aus dem Stand der Technik bekannt, solche Anbauteile anzuschweißen. Da hier über Schweißverbindung bestimmungsgemäß bei größeren Hydraulikzylindern sehr hohe Kräfte aufzunehmen sind müssen die Schweißnähte, die beispielsweise als MAG-Schweißnähte hergestellt werden, eine große Schweißnahtfläche und damit eine große Schweißnahttiefe aufweisen.

Hierbei ist es nachteilig, dass zum einen ein hoher Wärmeeintrag notwendig ist, der die Gefahr von Verzunderungen im Arbeitszylinder, eines thermischen Verzugs oder der Beschädigung von thermisch weniger belastbaren Bauteilen wie Dichtungen oder Führungen mit sich bringt. Ferner ist nachteilig ein hoher Verbrauch an Schweißdraht und Energie festzustellen.

Es ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, Laserschweißverbindungen herzustellen, wobei für die erforderlichen Schweißnahttiefen sehr hohe Laserleistungen eingesetzt werden müssen, die eine Laserverschweißung damit nachteilig sehr teuer und unwirtschaftlich machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe bereitzustellen, die eine sehr hohe Belastbarkeit aufweist und die ressourcensparend und wirtschaftlich herstellbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung,

Bestätigungskopiel ein zuverlässiges und zugleich wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung einer solchen Arbeitszylinderbaugruppe anzugeben.

Die Aufgabe wird in Bezug auf die Arbeitszylinderbaugruppe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale und in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung durch die im Patentanspruch 5 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe weist als Grundkomponenten ein Arbeitszylinderbauteil, ein Anbauteil und eine Schweißnaht auf.

Das Arbeitszylinderbauteil ist in an sich bekannter Weise als eine Kolbenstange oder als ein Verschlussteil ausgebildet. Als Arbeitszylinder im Sinne der vorliegenden Erfindung werden lineare Druckstromverbraucher verstanden, bei denen ein Druckmittel auf eine Kolbenfläche wirkt und so eine Betätigungskraft bereitstellt, die als Schubkraft oder Druckkraft vorliegen kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem Arbeitszylinder um einen hydraulischen Arbeitszylinder. Dieser kann beispielsweise als Differenzialarbeitszylinder, Zugzylinder, Gleichgangzylinder oder Plungerzylinder ausgebildet sein.

Das Arbeitszylinderbauteil ist das Bauteil des Arbeitszylinders, von dem die Betätigungskraft abgenommen wird. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Verschlussteil wie ein Bodenverschlussteil handeln. Ferner kann es sich um eine Kolbeneinheit, insbesondere um eine Kolbenstange handeln, wobei als Kolbenstange auch der außenliegende Abschnitt eines Plungertauchkolbens verstanden wird.

Bei dem Anbauteil handelt es sich um ein Kopplungsmodul das zur Kopplung mit einer zu betätigenden Vorrichtung zur Kraftübertragung ausgebildet ist. Das Kopplungsmodul wird bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Arbeitszylinders mit einer zu betätigenden Vorrichtung verbunden, wobei es sich in der Regel um eine gelenkige Verbindung handelt und das Kopplungsmodul hierfür als ein Gelenklager, auch bezeichnet als Gelenkauge oder Gelenkkopf, ausgebildet ist. Das Kopplungsmodul kann jedoch auch in anderer Weise ausgebildet sein.

Das Arbeitszylinderbauteil und das Anbauteil werden zusammengefasst nachfolgend auch als die Kopplungspartner bezeichnet.

Ferner weist die erfindungsgemäße schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe eine Schweißnaht auf, die das Arbeitszylinderbauteil und das Anbauteil stoffschlüssig verbindet.

Diese Schweißnaht ist erfindungsgemäß in besonderer Weise aufgebaut und dadurch gekennzeichnet, dass sie als eine gestufte Hybridschweißnaht ausgebildet ist.

Die Schweißnaht weist hierfür eine untere Schweißnahtzone und eine obere Schweißnahtzone auf. Die Lageangabe untere und obere Schweißnaht sind dabei unabhängig von der Lage im Raum zu verstehen. Die Angabe untere Schweißnahtzone bezeichnet in Bezug auf eine Schweißnahttiefe den Abschnitt, der der Bauteiloberfläche und der Angriffsrichtung der Schweißmittel abgewandt ist und die Angabe obere Schweißnahtzone bezeichnet in Bezug auf eine Schweißnahttiefe den Abschnitt, der an die Bauteiloberfläche anschließt, die untere Schweißnahtzone überdeckt und der Angriffsrichtung der Schweißmittel zugewandt ist.

In der unteren Schweißnahtzone weist das Arbeitszylinderbauteil eine untere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und das Anbauteil eine untere Anbauteilnahtfläche auf. Die untere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und die untere Anbauteilnahtfläche werden nachfolgend zusammengefasst auch als die unteren Nahtflächen bezeichnet.

Die unteren Nahtflächen weisen erfindungsgemäß zueinander einen Stumpfstoß auf, der durch eine Laserschweißnaht stoffschlüssig verbunden ist. Die Laser- Schweißnaht ist flächenbündig und ohne Spalt ausgeführt und die Verschweißung erfolgt ohne Schweißzusatzwerkstoff.

In der oberen Schweißnahtzone weisen das Arbeitszylinderbauteil und das Anbauteil ebenfalls gleichgestaltete Nahtflächen auf, die in einem bestimmten Abstand zueinander stehen und der sich daraus bildende Raum wird als Schweißnahtraum bezeichnet. Diese Anordnung ermöglicht den Durchtritt des Laserstrahls, um die Laserschweißung in der unteren Schweißnahtzone zu ermöglichen.

Hierbei weist das Arbeitszylinderbauteil eine obere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und das Anbauteil eine obere Anbauteilnahtfläche auf. Die obere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und die obere Anbauteilnahtfläche werden nachfolgend zusammengefasst auch als die oberen Nahtflächen bezeichnet. Die unteren und die oberen Nahtflächen werden zusammengefasst auch als die Nahtflächen bezeichnet.

Die oberen Nahtflächen weisen zueinander einen Flächenabstand auf. Dies bedeutet, dass die oberen Nahtflächen im Wesentlichen planparallel und beabstandet zueinander angeordnet sind. Der sich zwischen den oberen Nahtflächen damit aufspannende Raum wird als oberer Schweißnahtraum bezeichnet. Der obere Schweißnahtraum ist so angeordnet, dass durch diesen ein freier Querschnitt für einen Laserstrahl für die Erzeugung der Laserschweißnaht der unteren Schweißnahtzone bereitgestellt wird.

Die obere Schweißnahtzone ist unter diesen Voraussetzungen der Gestaltung als Laserhybridschweißnaht ausgebildet und stellt einen wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Lösung dar, da hier der Laserstrahl die Aufschmelzung der vorzugsweise ca. 0,8 mm dicken Schweißelektrode zugleich übernimmt. Die obere Schweißnahtzone weist damit eine Schweißzusatzmaterialauffüllung auf, die den oberen Schweißnahtraum ausfüllt und so mittelbar die oberen Nahtflächen stoffschlüssig miteinander verbindet. Die Laserhybridschweißnaht der oberen Schweißnahtzone liegt als sogenannte I-Naht vor, die erfindungsgemäß eine größere Breite aufweist als die Laserschweißnaht der unteren Schweißnahtzone. Der obere Schweißnahtraum erfüllt somit vorteilhaft gleichzeitig zwei Funktionen, die für die erfindungsgemäße Lösung wesentlich sind.

Er ermöglicht den ungehinderten Zugang für den Laserstrahl zur unteren Schweißnahtzone.

Er stellt den Raum zur Verfügung, der zur Aufnahme der Schweißzusatzmaterialauffüllung erforderlich ist.

Bei dem Schweißzusatzmaterial handelt es sich vorzugsweise um das Material eines Schweißdrahts. Das Schweißmittel der oberen Schweißnahtzone ist ebenfalls ein Laserstrahl. Hierbei wird der Laserstrahl in der oberen Schweißnahtzone nachfolgend zu dem Laserstrahl der unteren Schweißnahtzone beaufschlagt. Bevorzugt handelt es sich um den gleichen Laserstrahl, der nachfolgend zu der unteren Schweißnahtzone nochmals beaufschlagt wird und nun in dem oberen Schweißnahtraum auf die Schweißzusatzmaterialfüllung trifft. Besonders vorteilhaft kann dies an rotationssymmetrischen Schweißpartnern realisiert werden, da untere und die obere Schweißnaht in Folge erzeugt werden können. Im ersten Rotationsumlauf wird die untere Schweißnaht und im zweiten Rotationsumlauf wird die Aufschmelzung des Zusatzmaterials realisiert und zugleich damit die Auffüllung des Freiraumes zwischen den beteiligten Schweißpartnern in dem oberen Schweißnahtraum.

Die erfindungsgemäß bereitgestellt Kopplung kann auch als Laser-Laserhybrid- Kopplung oder als gestufte Hybridverschweißung bezeichnet werden. Sie weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf.

Durch den Stumpfstoß der unteren Schweißnahtzone wird eine besonders exakte Lagepositionierung erzielt, da in der unmittelbar folgenden Abkühlung diese Nahtfläche die Schweißpartner, verzugfrei in Position hält. Ein weiterer Vorteil besteht in der erhöhten energetischen Effizienz, da die aus der unteren Schweißnahtzone frei werdende Erstarrungswärme als Vorerwärmung der oberen Schweißnahtzone wirkt. Weiterhin ist es fertigungstechnologisch vorteilhaft, dass durch die Trennung der Gesamtschweißnaht in die zwei Schweißnahtzonen mit einer geringeren Laserleistung gearbeitet werden kann, so das Laserschweißanlagen geringerer Leistung zum Einsatz gebracht werden können, was sich sehr vorteilhaft auf die Investitionskosten auswirkt. Die Anwendung der Laserhybridschweißkopplung ist mit allen bekannten Technologien der Laserstrahlerzeugung wie beispielsweise YAG-Laser, CO2-Laser, möglich und nicht an einen bestimmten Typ der Lasererzeugung gebunden. Fertigungstechnologisch vorteilhaft ist zudem die hohe Prozessgeschwindigkeit, mit der Nähte hergestellt werden können, so dass teuere und zeitaufwändige Verfahren wie beispielsweise Reibschweißen, vorgefertigte Schmiedeteile, vollständig entfallen. Letztlich wird durch die Reduktion der Wärme im Schweißverfahren die Qualität der Verbindung dadurch erhöht, dass Verzunderungen völlig ausgeschlossen werden kann und infolge dieser Wärmereduktion empfindliche Elemente des Arbeitszylinders geschont werden.

Im Einzelnen gilt ergänzend das Folgende.

Es wird eine Kopplung mit einer besonders hohen Qualität bereitgestellt. Durch den Stumpfstoß der unteren Schweißnahtzone wird eine besonders exakte Positionierung der Kopplungspartner zueinander ermöglicht. Es wurde überraschend eine Lösung gefunden, nach der diese präzise Lagebeziehung auch während und bis zum Abschluss des Schweißvorgangs zuverlässig aufrechterhalten und für die fertige schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe bereitgestellt werden, indem vorteilhaft in der unteren Schweißnahtzone zunächst eine sehr geringe Streckenenergie appliziert werden muss und so ein thermischer Vorzug minimiert wird. Diese mögliche geringe Streckenenergie beruht zum einen auf der Laserschweißtechnologie, zum anderen aber auch auf der Reduzierung der Gesamtschweißnahttiefe zunächst auf die untere Schweißnahtzonentiefe. Zudem wirkt vorteilhaft die eingebrachte Streckenenergie direkt lediglich auf die untere Schweißnahtzone, so dass der zunächst noch kalte Materialkörper im Bereich der oberen Schweißnahtzone den Materialkörper der unteren Schweißnahtzone stützt und dessen thermischer Verformung zusätzlich entgegenwirkt. In diesem Zusammenhang besteht zugleich der Vorteil, dass mit der Schaffung des oberen Schweißnahtraumes ein direkter Zugang für den Laserstrahl zu der unteren Schweißnahtzone ohne zusätzlichen Aufwand geschaffen wird.

Weiterhin wird vorteilhaft mit dem Laserstrahl in der unteren Schweißnahtzone eine lediglich sehr schmale Aufschmelzzone geschaffen und hierfür entsprechend wenig Wärmeenergie eingetragen. Diese kann über die unteren Nahtflächen sehr schnell in das Material der Kopplungspartner abgetragen werden, so dass es schnell zu einer Erstarrung in der unteren Schweißnahtzone kommt. Damit sind die Kopplungspartner bereits stoffschlüssig in ihrer Lageposition festgelegt, wenn die in der oberen Schweißnahtzone aufgrund der breiteren Schweißnaht und des höheren Wärmeeintrags länger andauernde Abkühlungs- und Erstarrungsphase andauert, so dass einem thermischen Verzug aufgrund der oberen Schweißnahtzone entgegengewirkt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht in der erhöhten energetischen Effizienz. Die infolge der Erstarrung der Aufschmelzzone in der unteren Schweißnahtzone frei werdende Erstarrungswärme wird in das Material der Kopplungspartner abgeleitet und stellt eine Vorerwärmung für die Schweißnaht der oberen Schweißnahtzone bereit, so dass dort die zu beaufschlagende Streckenenergie um diese Anteil reduziert werden kann. Besonders vorteilhaft wird damit die obere Schweißnahtzone von unten her erwärmt, so dass dann durch den Wärmeeintrag des Laserstrahls bei seiner zweiten Beaufschlagung von oben eine rasche Aufschmelzung und thermische Homogenisierung in der oberen Schweißnahtzone erreicht wird.

Weiterhin ist es fertigungstechnologisch vorteilhaft, dass sowohl die untere Laserschweißnaht, als auch die obere Laserhybridschweißnaht eine geringere Laserleistung erfordert als dies bei einer Laserverschweißung der Gesamtschweißnaht der Fall wäre. Somit können zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe auch kostengünstige Laserschweißanlagen geringerer Leistung von etwa 5 bis 10 KW für die Herstellung mittelgroßer hydraulischer Arbeitszylinderbaugruppen eingesetzt und die Investitionskosten erheblich gesenkt werden. Zudem wird vorteilhaft lediglich für die obere Schweißnahtzone ein Schweißzusatzmaterial wie Schweißdraht benötigt und damit hier eine Material- und Kosteneinsparung ermöglicht.

Vorteilhaft kann die Schweißnaht sowohl lotrecht als auch geneigt ausgebildet werden.

Letztlich wird durch die Reduzierung der Erwärmung des Arbeitszylinderbauteils die Qualität durch Vermeidung von Verzunderungen oder einer Beschädigung thermisch empfindlicher Elemente erhöht.

Gemäß Anspruch 2 liegt nach einem anderen Aspekt der Erfindung das Arbeitszylinderbauteil als ein Zylinderrohr und das Anbauteil als ein Verschlussteil oder weiteres Verschlussteil vor. Hierbei kann es sich sowohl um das Verschlussteil - insbesondere ausgebildet als Bodenverschlussteil - handeln, mit einem Kopplungsmodul erfindungsgemäß verschweißt ist, als auch um ein anderes Verschlussteil, das nicht mit einem Kopplungsmodul erfindungsgemäß verschweißt ist. Insbesondere kann es sich auch um ein Führungsverschlussteil handeln. Ein Verschlussteil oder weiteres Verschlussteil im Sinne dieses weiteren Aspekts der Erfindung wird nachfolgend verkürzt als Verschlussteil bezeichnet.

Die Schweißnaht nach diesem weiteren Aspekt der Erfindung koppelt somit das Zylinderrohr mit dem Verschlussteil. Die obere Schweißnahtzone ist hierbei als eine äußere Ringfläche und die untere Schweißnahtzone als eine innere Ringfläche ausgebildet. Im Übrigen treffen alle Beschreibungsinhalt zu der Schweißnaht bei einer Schweißkopplung zwischen einer Kolbenstange oder einem Verschlussteil mit einem Kopplungsmodul in entsprechender Weise auch für eine Schweißnaht bei einer Schweißkopplung zwischen dem Zylinderrohr und einem Verschlussteil zu.

Besonders vorteilhaft ist dieser Aspekt der Erfindung bei einer erfindungsgemäßen Schweißkopplung bei schweren Hydraulikzylindern. Als schwere Hydraulikzylinder werden Hydraulikzylinder mit einer Zylinderrohrwandungsstärke von 10 mm und mehr, besonders bevorzugt von 15 mm und mehr verstanden. Hierbei liegen bevorzugt Zylinderrohrinnendurchmesser von 100 mm und mehr, besonders bevorzugt von 150 mm und mehr vor.

Die Fertigungsvorteile, insbesondere die Einsparung von kostenintensiven Schweißzusatzmaterial, die Reduzierung der Kosten für den Laser und die Verbesserung der Präzision sind bei schweren Hydraulikzylindern erheblich.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Schweißnahtzonenfläche und eine obere Schweißnahtzonenfläche eine Gesamtschweißnahtfläche ausbilden und dass das Flächenverhältnis der unteren Schweißnahtzonenfläche an der Gesamtschweißnahtzonenfläche 15 % bis 40 % beträgt. Besonders bevorzugt beträgt dieses Flächenverhältnis 20 % bis 30 %. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Schweißnaht bei diesem Verhältnis äußerst präzise und verzugfrei hergestellt werden kann.

Es wird eine schnelle Erstarrung der Aufschmelzzone in der unteren Schweißnahtzone erreicht.

Bei den Nahtflächen handelt es sich insbesondere bei einer Schweißkopplung an einer Kolbenstange um rotationssymmetrische Geometrien. Die untere Schweißnahtzone ist bei rotationssymmetrischen Teilen bei vollständiger Verschweißung eine innere Kreisfläche und die obere Schweißnahtzone eine Ringfläche, die die untere Schweißnahtzone radial umschließt. Die innere Kreisfläche der unteren Schweißnahtzone und die äußere Kreisringfläche der oberen Schweißnahtzone bilden zusammen eine Gesamtkreisfläche, die die Gesamtschweißnahtzonenfläche ausbildet; beide Flächen bilden somit die Gesamtschweißnaht. Das Flächenverhältnis der inneren Kreisfläche zu der Gesamtkreisfläche beträgt gemäß dieser Weiterbildung 15 % bis 40 % und besonders bevorzugt 20 % bis 30 %. Von Vorteil ist, dass die beiden zu verschweißenden Zonen bei nur einer Einspannung durch zwei aneinander anschließende Drehungen realisierbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenabstand in der oberen Schweißnahtzone 0,5 mm bis 2,0 mm beträgt. Besonders bevorzugt beträgt der Flächenabstand 1 ,0 mm bis 1 ,5 mm.

Es wurde gefunden, dass dieser Flächenabstand zum einen vorteilhaft ein gutes Eindringen des Laserstahls in die untere Schweißnahtzone ermöglicht und zum anderen einen geringen Verbrauch an Schweißzusatzmaterial wie insbesondere Schweißdraht sowie eine vergleichsweise geringe Streckenenergie in der oberen Schweißnahtzone bei gleichzeitig zuverlässiger Verschweißung auch in der oberen Schweißnahtzone ermöglicht.

Nach einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist die schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schweißnahtzonenfläche als eine innere Kreisfläche oder als eine innere Ringfläche ausgebildet ist und dass die obere Schweißnahtzonenfläche als eine äußere Ringfläche ausgebildet ist, die die untere Schweißnahtzonenfläche radial umschließt. Beide Teilflächen bilden zusammen die Gesamtschweißnahtzonenfläche, die dann entweder als eine Gesamtkreisfläche oder als eine Gesamtringfläche vorliegen kann.

Diese Weiterbildung ist sowohl insoweit vorteilhaft, als die Wärmeableitung nach Erzeugung der Laserschweißnaht der unteren Schweißnahtzone durch die radiale Geometrie nach unten geringer ist als noch oben. Dadurch wird die Vorerwärmung der oberen Schweißnahtzone zusätzlich verbessert. Zugleich ist diese Weiterbildung fertigungstechnologisch vorteilhaft, da die untere Schweißnahtzone und die oberen Schweißnahtzone sequentiell und in einer Einspannung durch zwei aneinander anschließende Drehungen der vorpositionierten Kopplungspartner unter dem Laserstrahl realisierbar ist.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe angegeben, wobei das Arbeitszylin- derbauteil als eine Kolbenstange oder ein Verschlussteil ausgebildet ist und wobei das Anbauteil als ein Kopplungsmodul ausgebildet ist. Das Kopplungsmodul ist zur Kopplung mit einer zu betätigenden Vorrichtung zur Kraftübertragung ausgebildet.

Das Verfahren weist die folgenden Arbeitsschritte auf: a) Bereitstellen des Arbeitszylinderbauteils und des Anbauteils, b) Herstellen der zu verbindenden Nahtflächen, nämlich Herstellen einer unteren Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und einer unteren Anbauteilnahtfläche sowie einer oberen Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und einer oberen Anbauteilnahtfläche, wobei mindestens eine der oberen Nahtflächen einen Rücksprung gegenüber derjeweiligen unteren Nahtfläche aufweist, c) Positionieren des Arbeitszylinderbauteils und des Anbauteils zu einer Vorbaugruppe unter Herstellung eines Stumpfstoßes der unteren Nahtflächen und eines Flächenabstandes der oberen Nahtflächen, d) Laserverschweißen der unteren Nahtflächen mittels eines Laserstrahls unter Herstellung einer Laserschweißnaht in der unteren Schweißnahtzone, e) Laserhybridverschweißen der oberen Nahtflächen mittels des Laserstrahls und Zuführens eines Schweißzusatzmaterials, Aufschmelzen des Schweißzusatzmaterials mittels desselben Laserstrahls und Ausfüllens eines oberen Schweißnahtraums zwischen den oberen Nahtflächen.

Die Beschreibungsinhalte zu der schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe und die dortigen Begriffsdefinitionen gelten in entsprechender Weise auch für das Verfahren zu deren Herstellung.

In dem Verfahrensschritt a) werden das Arbeitszylinderbauteils und das Anbauteil bereitgestellt. Die Herstellung dieser beiden Kopplungsteile erfolgt in an sich bekannter Weise.

In dem Verfahrensschritt b) erfolgt das Herstellen einer unteren Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und einer unteren Anbauteilnahtfläche sowie einer oberen Arbeitszylinderbauteilnahtfläche und einer oberen Anbauteilnahtfläche, wobei mindestens eine der oberen Nahtflächen eine Rücksprung gegenüber der jeweiligen unteren Nahtfläche aufweist.

Da es sich in der Regel bei den Nahtflächen um rotationssymmetrische Bauteilabschnitte handelt, erfolgt deren Herstellung bevorzugt spanend durch eine Drehoder Fräsbearbeitung. Vorzugsweise werden insbesondere die unteren Nahtflächen exakt planeben ausgebildet. Der Rücksprung der oberen Nahtflächen beträgt bei einer symmetrischen Ausbildung jeweils die Hälfte des später gewünschten Flächenabstands. Es ist aber auch eine asymmetrische Aufteilung der Rücksprünge möglich. Zudem kann auch in besonderen Fällen ein Kopplungspartner mit zueinander rücksprungfreien Nahtflächen und lediglich der andere Kopplungspartner mit einem Rücksprung erstellt werden, so dass dann dieser Rücksprung bereits für sich allein den Flächenabstand bereitstellt.

In dem Verfahrensschritt c) wird das Positionieren des Arbeitszylinderbauteils und des Anbauteils zu einer Vorbaugruppe unter Herstellung eines Stumpfstoßes der unteren Nahtflächen und eines Flächenabstandes der oberen Nahtflächen durchgeführt.

Hierbei werden die Kopplungspartner axial vorzugsweise gegeneinander gepresst, so dass die unteren Nahtflächen zueinander im Druckkontakt stehen. Hierbei erfolgt auch eine Ausrichtung beider Kopplungspartner entlang einer Längsachse entsprechend der gewünschten späteren Lage der Anbauteile zur Längsachse der Arbeitszylinderbaugruppe. Die so hergestellte Lagebeziehung wird dann während der weiteren Verfahrensschritte vorzugsweise bis zu deren Abschluss aufrechterhalten.

In dem Verfahrensschritt d) erfolgt das Laserverschweißen der unteren Nahtflächen mittels eines Laserstrahls unter Herstellung der Laserschweißnaht in der unteren Schweißnahtzone. Erfindungsgemäß liegt hierbei aufgrund des Flächenabstands der oberen Nahtflächen ein oberer Schweißnahtraum vor, der dem Laserstrahl einen störungsfreien Zugang bis zum oberen Beginn der unteren Schweißnahtzone bereitstellt. Der Laserstrahl dringt vorzugsweise exakt in der durch den Stumpfstoß der unteren Nahtflächen aufgespannten Planebene ein und schmilzt die Nahtflächen an deren Oberfläche an, so dass eine dünne planare Schmelze bereitgestellt wird, die nach deren Erstarren die Kopplungspartner an den unteren Nahtflächen diese stoffschlüssig verbindet und die Laserschweißnaht ausbildet. Die Erzeugung der Laserschweißnaht im Verfahrensschritt d) erfolgt ohne die Zugabe eines Schweißzusatzmaterials.

Die Erstarrungswärme wird dabei erfindungsgemäß zumindest teilweise nach oben in die obere Schweißnahtzone abgeleitet. Damit wird vorteilhaft sowohl eine Erwärmung der oberen Schweißnahtzone erreicht und die in die untere Schweißnahtzone eingebrachte Streckenenergie abgezogen und so eine unterwünscht starke Erwärmung in dem Umgebungsbereich der unteren Schweißnahtzone vermieden.

In dem Verfahrensschritt e) wird das Laserhybridverschweißen der oberen Nahtflächen vollzogen. Es wird das Laserhybridverschweißen der oberen Nahtflächen mittels des Laserstrahls und Zuführens eines Schweißzusatzmaterials und Ausfüllens eines oberen Schweißnahtraums zwischen den oberen Nahtflächen durchgeführt.

In der oberen Schweißnahtzone, die durch den Verfahrensschritt d) bereits vorerwärmt ist, werden durch die erneute Beaufschlagung eines Laserstrahls die oberen Nahtflächen weiter bis hin zum Anschmelzen erhitzt. Hierbei wird erfindungsgemäß, vorzugsweise über einen Schweißdraht, Schweißzusatzmaterial zugefügt, welches aufgeschmolzen wird, einen Teil der Schmelze der oberen Schweißnahtzone bildet und den zwischen den oberen Schweißnahtflächen bestehenden oberen Schweißnahtraum auffüllt sowie somit direkt an die oberen Schweißnahtflächen anschließt. Nachdem der obere Schweißnahtraum mit der Schmelze aufgefüllt ist, erfolgt eine Beendigung der Beaufschlagung des Laserstrahls und es erfolgt nachfolgend eine Abkühlung der oberen Schweißnahtzone unter Erstarrung der Schmelze in dem oberen Schweißnahtraum sowie unter Ausbildung einer mittelbaren stoffschlüssigen Verbindung zwischen den oberen Nahtflächen und somit der Hybridschweißnaht. Der mittelbaren stoffschlüssigen Verbindung liegt zu Grunde, dass der Stoffschluss zwischen den oberen Nahtflächen durch die erstarrte Schmelze unter Beteiligung des Schweißzusatzmaterials vermittelt wird.

Im Ergebnis der Durchführung aller Verfahrensschritte wird die schweißgekoppelte Arbeitszylinderbaugruppe erhalten, die eine erfindungsgemäße Laser-Laserhybridschweißnaht aufweist.

Von der Erfindung umfasst ist es ferner, wenn der Verfahrensschritt e) wiederholt durchgeführt wird und so eine lagenweise Auffüllung des oberen Schweißnahtraums mit dem Schweißzusatzmaterial erfolgt.

Die zu der erfindungsgemäßen schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe beschriebenen Vorteile gelten für das Verfahren in entsprechender Weise.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass aufgrund der geringen Streckenenergie und der sehr schmalen Aufschmelzzone an den unteren Nahtflächen in dem Verfahrensschritt d) eine Erstarrung eintritt, wenn die obere Schweißnahtzone mit ihrer durch den Flächenabstand zwischen den oberen Nahtflächen breiteren Aufschmelzzone in den oberen Schweißnahtraum noch nicht erstarrt ist. Dadurch liegt bereits eine Verbindung zwischen den Kopplungspartnern vor, die deren Lagebeziehung festlegt und gegen einen Verzug infolge der nachfolgenden Erstarrung der oberen Schweißnahtzone schützt. Zugleich werden auch im Verfahren die gleichen Vorteile wirksam, die infolge der Bedeutung des Einsatzes von Laserschweißanlagen geringerer Leistung dargestellt wurden.

Es erfolgt - auf jeweils eine Stelle bezogen - die Erzeugung der Laserhybridschweißnaht der oberen Schweißnahtzone mit einem Zeitversatz zur Erzeugung der Laserschweißnaht der unteren Schweißnahtzone von vorzugsweise 2 bis maximal 10 Sekunden.

Ferner wird für Rotationsbauteile, also wenn eine obere Schweißnahtfläche als äußere Kreisringfläche vorliegt, ohne Zusatzmaßnahmen eine erhöhte Biegesteifigkeit an der Schweißnaht geschaffen. Dem liegt zu Grunde, dass die untere Laserschweißnaht bereits erstarrt und thermisch geschrumpft ist, wenn die obere Laserhybridschweißnaht erzeugt wird. Durch deren nachfolgende thermische Schrumpfung wird eine elastische Vorspannung in der hier als äußere Kreisringfläche vorliegenden oberen Schweißnahtzonenfläche geschaffen. Dies wird dadurch unterstützt, dass die obere Schweißnahtzone mittels des Flächenabstands der oberen Nahtflächen breiter ist als die mit einem Stumpfstoß vorliegende untere Schweißnahtzone und somit die thermische Schrumpfung der oberen Schweißnahtzone stärker ist als die der unteren Schweißnahtzone. Der Grad der Vorspannung kann vorteilhaft sowohl mittels des Flächenverhältnisses von unterer Schweißnahtzonenfläche und oberer Schweißnahtzonenfläche als auch mittels der Flächenabstandes der oberen Nahtflächen bedarfsgerecht eingestellt und somit eine Baugruppe aus Arbeitszylinderbauteil und Anbauteil mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren zur Herstellung einer schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass eine im Verfahrensschritt d) in der unteren Schweißnahtzone beaufschlagte Streckenenergie bezogen auf eine untere Schweißnahtzonenfläche geringer ist als eine im Verfahrensschritt e) in der oberen Schweißnahtzone beaufschlagte Streckenenergie bezogen auf eine oberen Schweißnahtzonenfläche.

Vorteilhaft wird durch die schweißnahtzonenflächenbezogene geringere Streckenenergie in der unteren Schweißnahtzone im Verfahrensschritt d) gegenüber der Streckenenergie der oberen Schweißnahtzone im Verfahrensschritt sichergestellt, dass eine frühere Erstarrung in der unteren Schweißnahtzone als in der oberen Schweißnahtzone erfolgt und die Lagebeziehung der Kopplungspartner bereits stabilisiert ist, wenn Verzugskräfte infolge der Erstarrung der oberen Schweißnahtzone auf die Kopplungspartner einwirken.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren zur Herstellung einer schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass eine im Verfahrensschritt d) in der unteren Schweißnahtzone eingebrachte Streckenenergie zugleich den Ansprüchen der Aufschmelzung des Schweißzusatzmaterials für die obere Schweißnahtzone entspricht. Die Verschweißung jeder der beiden Schweißnahtzonen kann somit mit gleicher Laserleistung und gleicher Geschwindigkeit erzeugt werden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Verfahren zur Herstellung einer schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Nahtflächen als eine innere Kreisfläche oder eine innere Ringfläche ausgebildet sind, dass die oberen Nahtflächen als eine äußere Ringfläche ausgebildet sind, die die innere Kreisfläche oder innere Ringfläche radial umschließt und dass im Verfahrensschritt d) eine Relativbewegung der Vorbaugruppe zu dem Laser mittels einer Rotation der Vorbaugruppe durchgeführt wird und dass im Verfahrensschritt e) eine Relativbewegung der Vorbaugruppe zu dem Laser mittels einer weiteren Rotation der Vorbaugruppe durchgeführt wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen bei den rotationssymmetrischen Kopplungsabschnitten des Arbeitszylinderbauteils und des Anbauteils in besonderer Weise zur Wirkung. Nachdem die Kopplungspartner zu der Vorbaugruppe gefügt und in ihrer relativen Lageposition fixiert sind, können diese durch Rotation unter dem Laser geführt und verschweißt werden, so dass eine zuverlässige gleichmäßige Beaufschlagung mit dem Laser erfolgen kann. Mittels der ersten Umdrehung wird so die Laserschweißnaht gemäß Verfahrensschritt d) erzeugt. Nach dem Erreichen einer 360 Grad Drehung wird eine weitere volle Umdrehung durchgeführt und hierbei das Schweißzusatzmaterial in oberen Schweißnahtraum zugeführt. Der Laserstrahl trifft nun auf das Schweißzusatz- material und erzeugt so eine Schmelze, die den oberen Schweißnahtraum auffüllt und die oberen Nahtflächen so mittelbar stoffschlüssig verbindet. Nach Abschluss der zweiten vollen Umdrehung ist auch die Laserhybridschweißnaht gemäß Verfahrensschritt e) erzeugt.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung ist das Verfahren zur Herstellung einer schweißgekoppelten Arbeitszylinderbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt d) und der Verfahrensschritt e) zeitlich parallel ausgeführt werden, dass eine Relativbewegung der Vorbaugruppe entlang der Schweißnaht ausgeführt wird und dass der Laserstrahl gemäß dem Verfahrensschritt e) zu dem Laserstrahl gemäß dem Verfahrensschritt d) entlang der Richtung der Relativbewegung rückversetzt angeordnet ist. Diese Weiterbildung setzt den Einsatz von zwei Laserstrahlen voraus und ermöglicht eine weitere Verbesserung der Effizienz desselben.

Nach dieser Weiterbildung wird das Verfahren mit zwei Laserstrahlen durchgeführt, die zeitlich parallel aber entlang der Vorschubbewegung linear versetzt beaufschlagt werden. Durch den räumlichen Versatz kann zusammen mit der Streckengeschwindigkeit des Laserschweißens der zeitliche Versatz der Laserbeaufschlagung in der unteren Schweißnahtzone und in der oberen Schweißnahtzone an derselben linearen Position der Schweißnaht genau eingestellt und Schweißnahtausbildung optimiert werden. Insbesondere ist es so bei besonders großen Baugruppen möglich, den Zeitversatz ausreichend gering zu halten.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

Fig. 1 : Gesamtansicht einer Arbeitszylinderbaugruppe als Schnittdarstellung,

Fig. 2: Schematische Schnittdarstellung des Bereichs der Schweißnaht vor der Fügung als Vorbaugruppe, Fig. 3: Schematische Schnittdarstellung des Bereichs der Schweißnaht im Zustand als Vorbaugruppe,

Fig. 4: Schematische Schnittdarstellung der Schweißnaht,

Fig. 5: Schematische Darstellung des Verfahrens im Verfahrensschritt d),

Fig. 6: Schematische Darstellung des Verfahrens im Verfahrensschritt e),

Fig. 7: Schematische Darstellung des Verfahrens bei zeitlich paralleler Durchführung von Verfahrensschritten,

Fig. 8: Schematische Darstellung des Verfahrens bei Rotation der Vorbaugruppe näher erläutert.

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der Arbeitszylinderbaugruppe, die im Ausführungsbeispiel als ein Differenzialarbeitszylinder vorliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Arbeitszylinderbauteil 1 sowohl als Kolbenstange 1.1 als auch als Verschlussteil 1.2 ausgebildet. Sowohl die Kolbenstange 1.1 als auch das Verschlussteil 1.2 sind jeweils über eine Schweißnaht 3 mit einem Anbauteil 2, hier vorliegend als Gelenklager, verbunden.

Nach Fig. 1 ist ferner dargestellt, dass auch das Zylinderrohr 1 .4 als ein Arbeitszylinderbauteil 1 ausgebildet ist, dass beidseitig ebenfalls über jeweils eine Schweißnaht 3 mit dem Verschlussteil 1.2 - hier dem Bodenverschlussteil - und dem weiteren Verschlussteil 1.3 - hier dem Führungsverschlussteil - verbunden ist. Hierbei ist die Schweißnaht 3 zwischen dem Zylinderohr 1.4 und dem Verschluss- teil 1.2 - dem Bodenverschlussteil - lotrecht und die Schweißnaht 3 zwischen dem Zylinderrohr 1.4 und dem weiteren Verschlussteil 1.3 - hier Führungsverschlussteil - mit einem Schweißnahtwinkel geneigt ausgebildet.

Fig. 2 zeigt die Kopplungspartner 1, 2 nach Verfahrensschritt b) und vor dem Fügen zur Vorbaugruppe im Verfahrensschritt c).

Fig. 3. zeigt die Kopplungspartner 1, 2 nach dem Fügen zur Vorbaugruppe im Verfahrensschritt c).

Fig. 2 und Fig. 3 werden nachfolgend zusammen beschrieben. In der späteren unteren Schweißnahtzone 4 stehen sich die untere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche 4.1 und die untere Anbauteilnahtfläche 4.2 als die unteren Nahtflächen 4.1 , 4.2 sowie in der späteren oberen Schweißnahtzone 5 stehen sich die obere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche 5.1 und die obere Anbauteilnahtfläche 5.2 als die oberen Nahtflächen 5.1, 5.2 gegenüber. Die unteren Nahtflächen 4.1 , 4.2 bilden die spätere untere Schweißnahtzonenfläche 4.4 und die oberen Nahtflächen 5.1 , 5.2 bilden die spätere obere Schweißnahtzonenfläche 5.4 aus. Nach dem Fügen im Verfahrensschritt d) bilden die unteren Nahtflächen 4.1 , 4.2 einen Stumpfstoß und die oberen Nahtflächen 5.1. 5.2 einen Flächenabstand 5.3. Durch den Flächenabstand

5.3 wird zwischen den oberen Nahtflächen 5.1 , 5.2 ein oberer Schweißnahtraum

5.4 gebildet.

Fig. 4 zeigt die Schweißnaht nach dem erfolgten Verschweißen nach Durchführung des Verfahrensschritts d) und e). In der unteren Schweißnahtzone 4 liegt nun die schmale Laserschweißnaht vor. In der oberen Schweißnahtzone 5 ist der obere Schweißnahtraum 5.5 nun mit einer Schweißzusatzmaterialfüllung 5.6, die durch einen Schweißdraht, der mittels eines Laserstrahls 6 aufgeschmolzen wurde, versehen. Beide Kopplungspartner sind nun mittels der Laserschweißnaht in der unteren Schweißnahtzone 4 und der Hybridschweißnaht der oberen Schweißnahtzone 5 stoffschlüssig verbunden. Fig. 5 und Fig. 6 zeigen das Verfahren bei aufeinanderfolgender Durchführung der Verfahrensschritte d) und e).

Fig. 5 stellt den Verfahrensschritt d) dar, bei dem die Vorbaugruppe unter dem Laserstrahl 6 in der durch den Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung geführt wird. Der Laserstrahl 6 trifft direkt auf die untere Schweißnahtzone 4, dringt in den Stumpfstoß 4.3 ein und verschweißt die unteren Nahtflächen 4.1 , 4.2. Wie Fig. 6 zeigt wird zur Durchführung des Verfahrensschritts e) nachfolgend der Laserstrahl 6 noch einmal beaufschlagt und hierzu die über die untere Schweißnahtzone 4 bereits fixierte und vorerwärmte Vorbaugruppe erneut in der durch den Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung geführt. Zeitlich parallel wird hierbei das Schweißzusatzmaterial in Form eines Schweißdrahts zugeführt und in den Wirkbereich des Laserstrahls 6 in dem oberen Schweißnahtraum 5.5 gebracht und dort zu einer Schmelze aufgeschmolzen, die nun den oberen Schweißnahtraum 5.5 ausfüllt.

Nach der Erstarrung liegt die fertige Schweißnaht 3 bestehend aus der Laserschweißnaht in der unteren Schweißnahtzone 4 und der Laserhybridschweißnaht in der oberen Schweißnahtzone 5 vor.

Fig. 7 zeigt schematisch in einem modifizierten Ausführungsbeispiel des Verfahrens die parallele Durchführung der Verfahrensschritte d) und e). Hierbei wird durch den Pfeil unten die Bewegungsrichtung der Vorbaugruppe entlang der hier längsge- schnitten dargestellten Schweißnaht 3 dargestellt. Der Laserstrahl 6 trifft direkt auf die untere Schweißnahtzone 3, dringt in den Stumpfstoß 4.3 ein und verschweißt die unteren Nahtflächen 4.1 , 4.2.

Durch Fortsetzung der Bewegung der Kopplungspartner 1, 2 gelangen diese zudem in die Wirkzone eines weiteren Laserstahls 6. Durch den räumlichen Abstand wird zugleich in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit eine zeitlicher Abstand erzeugt der so bemessen ist, dass eine Wärmeableitung aus der unteren Schweißnahtzone 4 unter anderem in die oberen Schweißnahtzone 5 erfolgt und so eine Erstarrung der Schmelze in der Laserschweißnaht in der unteren Schweißnahtzone 4 und eine Vorerwärmung in der oberen Schweißnahtzone 5 eintritt. Der weitere Laserstrahl 6 erfasst in dem oberen Schweißnahtraum 5.5 den zugeführten Schweißdraht, schmilzt diesen auf und erfasst mittelbar zugleich die oberen Nahtflächen 5.1 , 5.2 und schmilzt diese an. Die sich so bildende Schmelze füllt den Schweißnahtraum 5.5 auf, bildet dort in der oberen Schweißnahtzone 5 die Schweißmaterialzusatzfüllung 5.6. Somit wird nach dem Erstarren die Laserhybridschweißnaht ausgebildet.

Fig. 8 zeigt schematisch das Verfahren in einem Ausführungsbeispiel bei dem die untere Schweißnahtzone 4 als eine innere Ringfläche und die obere Schweißnahtzone 5 als eine konzentrische äußere Ringfläche ausgebildet wird.

Wie links dargestellt, wird zunächst im Verfahrensschritt d) mit einer ersten Rotation mit dem Laserstrahl 6 die untere Schweißnahtzone 4 als Laserschweißnaht erzeugt, bis diese nach einer Winkelstellung von 360 Grad im Schnitt längs zur Schweißnaht als vollständig geschlossene innere Ringfläche vorliegt.

Wie rechts dargestellt, wird nachfolgend im Verfahrensschritt e) mit einer weiteren Rotation unter Zugabe eines Schweißdrahts mit dem Laserstrahl 6 die obere Schweißnahtzone 5 als Laserhybridschweißnaht erzeugt, bis auch diese nach einer vollen Umdrehung eine vollständig geschlossene äußere Ringfläche bildet.

Fig. 8 zeigt die beiden Verfahrensschritte jeweils nach einer Rotation um etwa 240 Grad, wobei die Pfeile die Rotationsrichtung anzeigen.

Verwendete Bezugszeichen

1 Arbeitszylinderbauteil

1.1 Kolbenstange

1.2 Verschlussteil

1.3 weiteres Verschlussteil

1.4 Zylinderrohr

2 Anbauteil

3 Schweißnaht

3.4 Gesamtschweißnahtfläche

4 untere Schweißnahtzone

4.1 untere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche

4.2 untere Anbauteilnahtfläche

4.3 Stumpfstoß

4.4 untere Schweißnahtzonenfläche

5 obere Schweißnahtzone

5.1 obere Arbeitszylinderbauteilnahtfläche

5.2 obere Anbauteilnahtfläche

5.3 Flächenabstand

5.4 obere Schweißnahtzonenfläche

5.5 oberer Schweißnahtraum

5.6 Schweißzusatzmaterialfüllung

6 Laser