DE10055110A1 - Verfahren und Verschlußelement zum dichten Verschließen einer Öffnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das druckdichte Verschließen von Öffnungen auf Bauteilen, insbesondere das Verschließen von einer Ölbohrung an einem Motor, einem Getriebe oder einem sonstigen Aggregat. Hierzu wird ein Verschlußelement verwendet, das mittels Reibschweißen oder Ultraschallschweißen mit dem Bauteil verbunden wird. Zwischen dem Randbereich des Verschlußelementes und dem die Öffnung auf dem Bauteil umgebenden Umgebungsbereich wird ein umlaufender Verbindungsbereich gebildet. Die der Öffnung gegenüberliegende Seite des Verschlußelementes ist mit ringförmigen, in Richtung Umgebungsbereich abragenden Stegen versehen, welche beim Reiben des Verschlußelements auf dem Bauteil erwärmt und plastifiziert werden. Durch die Reibschweißverbindung ausgewählter Stege mit dem Umgebungsbereich der Öffnung wird ein druckdichter Verschluß der Öffnung sichergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Verschlußelement zum dichten Verschließen einer Öffnung an einem Bauteil, insbe­ sondere einer Ölbohrung an einem Motor, einem Getriebe oder ei­ nem sonstigen Aggregat.

Viele Komponenten und Aggregate enthalten in ihrem Inneren Hohlräume, die der gezielten Zuleitung von Schmieröl, Kühlmit­ tel, Druckluft, Abgas, Kraftstoffen etc. dienen. Zur Erzeugung dieser Hohlräume werden die Wandungen der Bauteile aus herstel­ lungstechnischen Gründen während des Produktionsprozesses mit Öffnungen und/oder Bohrungen versehen, welche in einem späteren Produktionsschritt endseitig verschlossen werden müssen. Ein Beispiel hierfür sind Ölleitungen in Motoren, Getrieben und Achsen, die durch mehrere ineinander mündende Ölkanäle gebildet sind; zur Schaffung dieser Ölkanäle wird das Bauteil im Zuge der spanenden Bearbeitung mit entsprechenden Bohrungen verse­ hen, welche - mit Ausnahme ausgewählter Einlaß- und Auslaßöff­ nungen - später druckdicht verschlossen werden müssen, um ein Entweichen des Öls während des Betriebs zu vermeiden.

Ein Verfahren zum Verschließen solcher Öffnungen besteht darin, die Öffnungen mit Schrauben zu verschließen oder die Öffnungen mit Deckeln bzw. Kugeln zu versehen, welche in die Öffnung ein­ gepreßt werden. Diese Deckel bzw. Schrauben eignen sich insbe­ sondere zum Verschließen kreisförmiger Öffnungen. Um einen fe­ sten Sitz des Deckels bzw. der Kugel in der Öffnung sicherzu­ stellen, muß der Deckel bzw. der Kugel gegenüber der Öffnung ein bestimmtes Übermaß aufweisen; zusätzlich wird ein Teil der Deckel bzw. der Kugeln vor dem Einpressen mit einem Dichtmittel benetzt, um ein druckdichtes Versiegeln der Öffnung zu gewähr­ leisten.

Da die Deckel/Kugeln der Form und Größe der Öffnung genau ange­ paßt werden müssen und wegen der Benetzung der Deckel/Kugeln mit Dichtungsmittel ist dieses Verfahren sehr aufwendig und kostspielig. Weiterhin muß für jede Bohrung ein genau auf die­ sen Durchmesser abgestimmter Deckel bzw. eine genau abgestimmte Kugel verwendet werden, so daß für Bauteile mit unterschiedli­ chen Bohrungsdurchmessern ein Spektrum unterschiedlicher Ein­ zelteile zum Einsatz kommt. Schließlich eignet sich das Verfah­ ren nur zum Verschließen radialsymmetrischer Öffnungen, welche überdies im Mündungsbereich eine hohe Oberflächenqualität auf­ weisen müssen, um einen dichten Sitz des Deckels bzw. der Kugel sicherstellen zu können. Im Betrieb besteht zudem - insbesonde­ re bei Schwingungsbelastungen des Bauteils - die Gefahr, daß sich die Deckel lösen, was zum Austreten von Öl, zu Druckver­ lust in den Ölkanälen und somit zu schwerwiegenden Funktions­ störungen des Motors bzw. Aggregats führt. Weiterhin sind die Deckel/Kugeln in der Regel aus Stahl und müssen daher gegen Korrosion geschützt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen ein weites Spektrum unterschiedlich geformter Öff­ nungen an Bauteilen druckdicht verschlossen werden kann. Wei­ terhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges, va­ riabel einsetzbares Verschlußstück vorzuschlagen, das zum Ver­ schließen unterschiedlich geformter Öffnungen mit Hilfe dieses Verfahrens geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Ansprü­ che 1, 4 und 9 gelöst.

Danach wird die Öffnung durch ein Verschlußelement verschlos­ sen, welches mittels Reibschweißen oder Ultraschallschweißen mit dem Bauteil verbunden wird. Die dem Bauteil zugewandte Deckfläche des Verschlußelements ist näherungsweise kreisförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser der Deckfläche größer ist als die größte laterale Ausdehnung der Öffnung, so daß das Ver­ schlußelement - wird es auf die Öffnung gelegt - einen umlau­ fenden ringförmigen Überlappungsbereich mit dem die Öffnung um­ gebenden Umgebungsbereich auf dem Bauteil bildet. Beim Verbin­ den des Verschlußelements mit dem Bauteil mitaels Reibschweißen oder Ultraschallschweißen wird im ringförmigen Überlappungsbe­ reich zwischen Bauteil und Verschlußelement ein umlaufender Verbindungsbereich gebildet. Die Öffnung wird dabei druckdicht gegenüber dem Außenraum verschlossen.

Mit Hilfe des Reibschweißens bzw. das Ultraschallschweißens ist es möglich, Öffnungen druckdicht zu verschließen und dabei eine hohe Prozeßsicherheit zu erreichen. Die aufgeschweißten Ver­ schlußelemente bleiben auch bei hohen Torsions- und Schwin­ gungsbelastungen fest mit dem Bauteil verbunden und verhindern somit den Austritt bzw. Druckabfall von Betriebsmitteln auch unter hohen Belastungen.

Das Verfahren ist nicht nur auf kreisförmige (z. B. gebohrte) Öffnungen anwendbar, sondern eignet sich für Öffnungen beliebi­ ger Form. Da das Verschlußelement mit dem Umgebungsbereich der Öffnung durch Schweißen verbunden ist, können Bohrungen, unab­ hängig von der Oberflächenqualität der Öffnungen im Mündungsbe­ reich, dicht verschlossen werden. Weiterhin zeichnet sich das Reib- bzw. Ultraschallschweißverfahren dadurch aus, daß es - bei geeigneter Gestaltung des Verschlußelements - das Ver­ schließen von Öffnungen auch in schwer zugänglichen Bereichen ermöglicht.

Das Reib- bzw. das Ultraschallschweißverfahren gestattet wei­ terhin das Fügen unterschiedlicher Werkstoffe; somit braucht der Werkstoff des Verschlußstücks nicht mit dem Werkstoff des Bauteils übereinzustimmen. Daher kann ein Standard- Verschlußstück zum Verschließen eines weiten Spektrums von Bau­ teilen unterschiedlicher Werkstoffe verwendet werden, wodurch die Teilevielfalt an Verschlußelementen wesentlich reduziert werden kann. Insbesondere kann für unterschiedliche Anwendungen ein Standard-Verschlußstück zum Einsatz kommen, das z. B. in be­ zug auf herstellungstechnische Gesichtspunkte optimiert wurde. Ein Standard-Verschlußstück eines bestimmten Durchmessers kann weiterhin zum Verschließen von Öffnungen unterschiedlicher Grö­ ße verwendet werden (solange diese Öffnungen kleiner sind als die Deckfläche des Standard-Verschlußstücks). Dies führt zu ei­ ner weiteren Reduktion der Teilevielfalt. Durch die Reibbewe­ gung werden Oxidbeläge an den zu schweißenden Bereichen aufge­ brochen und eine gute Verbindung zwischen Verschlußelement und Bauteil sichergestellt.

Neben dem Reibschweißen eignet sich insbesondere das Torsions- Ultraschallschweißen besonders gut zur druckdichten Befestigung des Verschlußelements auf dem Bauteil (siehe Anspruch 2). Bei diesem Verfahren wird das Verschlußelement durch eine Drehbewe­ gung hochfrequent gegenüber dem Bauteil gerieben und dann auf das Bauteil gepreßt. Das Ultraschallschweißen hat den zusätzli­ chen Vorteil, daß auch mit verhältnismäßig geringen Anpreßkräf­ ten gute Schweißverbindungen hergestellt werden können; weiter­ hin entstehen sehr saubere Schweißnähte, so daß die Gefahr der Kontamination durch abbröckelnde Partikel wesentlich reduziert ist.

Ist der Umgebungsbereich der Öffnung auf dem Bauteil sehr rauh, oder weicht er von einer ebenen Form ab, so empfiehlt es sich, diesen Bereich vor dem Reib- bzw. Ultraschallschweißen von Ver­ schlußelement und Bauteil spanend vorzubearbeiten, um einen nä­ herungsweise planaren Umgebungsbereich zu erzeugen (siehe An­ spruch 3). Dadurch wird sichergestellt, daß der Überlappungsbe­ reich beim Reiben des Verschlußelements mit dem Umgebungsbe­ reich gleichmäßig erwärmt und erweicht wird, so daß eine ring­ förmige Verschweißung der beiden Fügepartner und somit eine druckdichte Verbindung gewährleistet werden kann.

Im Überlappungsbereich des Verschlußelements mit dem Umgebungs­ bereich der Öffnung auf dem Bauteil ist die Deckfläche des Ver­ schlußelements erfindungsgemäß mit ringförmigen Stegen versehen (siehe Anspruch 4). Diese Gestaltung des Kontaktbereichs zwi­ schen Verschlußelement und Umgebungsbereich ermöglicht eine ge­ zielte Beeinflussung des beim Reib- bzw. Ultraschallschweißpro­ zeß entstehenden Schweißwulstes, da beim Annähern der Deckflä­ che an den Umgebungsbereich der Öffnung zunächst die am weite­ sten abragenden Stege lokal erwärmt und erweicht werden, bevor die restlichen Stege eine Erwärmung erfahren. Nimmt die Höhe der Stege zum Rand der Deckfläche hin zu (siehe Anspruch 5), so werden die Randbereiche der Deckfläche bevorzugt erweicht, so daß in diesen Bereichen bereits eine Verschweißung des Ver­ schlußelements mit dem Bauteil eintritt, während die randferne­ ren Rillen des Verschlußelements noch nicht mit dem Bauteil in Berührung treten. Der beim Aneinanderpressen der beiden Füge­ partner entstehende Wulst geht somit von den randnahen Stegen aus und wird von den randferneren Stegen daran gehindert, in die unmittelbare Nähe der Öffnung vorzudringen. Somit schirmen die randferneren Stege die Öffnung gegenüber dem Schweißwulst ab, und ein Eindringen von evtl. vom Schweißwulst abbröckelnder Partikel in die Betriebsmittelkanäle des Bauteils wird unter­ bunden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, Deckfläche und Bodenfläche des Verschlußelements identisch zu gestalten, d. h. die Bodenfläche des Verschlußelements mit den gleichen Stegen zu versehen wie die Deckfläche (siehe Anspruch 6). Dadurch wird das Verfahren erheblich fehlerunanfälliger, weil ein gleichbleibend gutes Schweißergebnis erzielt werden kann, unabhängig davon, in wel­ cher Ausrichtung das Verschlußelement in die Ultraschall- oder Reibschweißeinrichtung eingelegt wird.

Um einen guten Drehmomentübertrag der Ultraschall- bzw. Reib­ schweißeinrichtung auf das Verschlußelement während des Ver­ schweißens sicherzustellen, empfiehlt es sich, die Außenkontur des Verschlußelements mit Ecken zu versehen (siehe Anspruch 7).

Die Ecken sind so gestaltet, daß sie in Ausnehmungen in der Werkstückaufnahme der Schweißeinrichtung einrasten; dies ge­ währleistet eine gute mechanische Anbindung des Verschlußele­ ments an die Schweißeinrichtung während des Schweißprozesses.

Alternativ kann die dem Bauteil abgewandte Oberfläche des Ver­ schlußelements mit einer definierten Formschlußfläche (wie z. B. einer konischen Verzahnung oder einer Außenrändelung) versehen werden, welche in eine entsprechende Gegen-Formschlußfläche auf dem Schweißwerkzeug eingreift. Ein solches Verfahren zum form­ schlüssig-verdrehsicheren Aufnehmen von Teilen - insbesondere beim Reibschweißen - ist aus der DE 43 41 954 A1 bekannt, deren gesamter Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung aufgenom­ men wird. Bestehen die Verschlußelemente aus einem verhältnis­ mäßig weichen Werkstoff (wie z. B. Aluminium), so kann - wie in der DE 43 41 954 A1 erläutert - auf die Verzahnung der Ver­ schlußelemente verzichtet werden: Beim Ausüben des für die Schweißung notwendigen axialen Anpreßdrucks graben sich die schneidenartig ausgeformten Gegen-Formschlußflächen des Schweißwerkzeugs in die Oberfläche des (vergleichsweise wei­ chen) Verschlußelements ein und gewährleisten somit, daß das Verschlußelement der Dreh- bzw. Schwingbewegung des Schweiß­ kopfs folgt und eine prozeßsichere Verschweißung des Ver­ schlußelements mit dem Werkstück erreicht wird. Sind die dem Bauteil abgewandten Oberflächen der Verschlußelemente als ebene Flächen ausgebildet, so hat dies den zusätzlichen Vorteil, daß die Verschlußelemente über eine Vakuumförderanlage dem Schweiß­ kopf automatisch zugeführt und vom Schweißkopf in einer defi­ nierten Lage angesaugt werden können; dies ermöglicht ein voll­ automatisches Verschließen der Öffnungen.

Das Verschlußelement ist vorzugsweise ein Stanzprägeteil aus Aluminiumblech (siehe Anspruch 8), was eine besonders preisgün­ stige Herstellung der Verschlußelemente als Massenartikel er­ möglicht. Mittels Stanzprägen können die gewünschten Stege in einem einzigen Bearbeitungsschritt in das Verschlußelement ein­ geprägt werden.

Besondere Vorteile bringt das erfindungsgemäße Verfahren beim Verschließen von Öffnungen auf Druckgußbauteilen aus Leichtme­ tall mit einer niedrigen Duktilität. Bohrungen in solchen Bau­ teilen können schwer durch Einpressen von stopfenförmigen Ver­ schlüssen (Kugeln, Deckeln, Verschlußschrauben) druckdicht ver­ schlossen werden, da sich die Bohrung beim Einpressen nur sehr geringfügig dehnt. Das Reib- bzw. Ultraschallschweißen geeignet geformter Verschlußelemente aus Aluminiumblech ermöglicht hier eine preiswerte, prozeßsichere und auch unter Gewichtsgesichts­ punkten sehr attraktive Alternative zum druckdichten Schließen ausgewählter Öffnungen. Durch Anpassen des Werkstoffs des Ver­ schlußelements an den Werkstoff des Bauteils kann weiterhin Kontaktkorrosion zwischen diesen beiden Elementen weitestgehend vermieden werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeich­ nungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; da­ bei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Bauteils mit einem Medien­ kanal, und Öffnungen . . .

Fig. 1a . . . die mit einem herkömmlichen Verfahren verschlossen wurden;

Fig. 1b . . . die mit einem durch Reibschweißen auf­ gebrachten Verschlußelement verschlossen wurden;

Fig. 2 eine Aufsicht auf ein Verschlußelement;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Verschlußelements und einer zu verschließenden Öffnung . . .

Fig. 3a . . . vor dem Verschweißen;

Fig. 3b . . . nach dem Verschweißen;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Verschlußelements . . .

Fig. 4a . . . mit Stegen mit rechteckigem Profil;

Fig. 4b . . . mit Stegen, deren Höhe in Richtung Außenrand des Verschlußelements abnimmt;

Fig. 4c . . . mit Stegen auf Deck- und Bodenfläche des Verschlußelements.

Fig. 1a und 1b zeigen schematische Darstellungen eines Bau­ teils 1, dessen Inneres mit einem verzweigten Medienkanal 2 versehen ist. Der Medienkanal 2 umfaßt einen Hauptkanal 3, in den im oberen Bereich eine Auslaßöffnung 4 und im unteren Be­ reich und zwei Nebenkanäle 5, 5' münden. Der Medienkanal 2 wurde durch spanende Bearbeitung mit Hilfe von Bohrern verschiedenen Durchmessers erzeugt; aufgrund dieses Herstellungsverfahrens entstanden sowohl am Hauptkanal 3 als auch an den Nebenkanälen 5, 5' Öffnungen 6, 6', 6", die druckdicht geschlossen werden müs­ sen, um die vorgesehene (durch Pfeile gekennzeichnete) Strömung des im Medienkanal 2 geführten Mediums (Schmier- oder Drucköl, Kühlwasser etc.) von den beiden Nebenkanälen 5, 5' hin zu der Auslaßöffnung 4 sicherzustellen.

Fig. 1a zeigt einen herkömmlichen Verschluß dieser Öffnungen 6, 6', 6" mit Hilfe von Deckeln 7, 7', 7", die in die Mündungsbe­ reiche 8, 8', 8" der Öffnungen 6, 6', 6" hineingepreßt sind. Um ei­ nen druckdichten Sitz der Deckel 7, 7', 7" zu gewährleisten, sind die Kontaktbereiche 9, 9', 9", in welchen die Deckel 7, 7', 7" die Mündungsbereiche 8, 8', 8" der Öffnungen 6, 6', 6" berühren, mit einem Dichtmittel benetzt. Die Dichtheit der Verschlüsse kann nur dann gewährleistet werden, wenn der Durchmesser jedes Dec­ kels 7, 7', 7" hochgenau auf den Durchmesser der zu verschließen­ den Öffnung 6, 6', 6" abgestimmt ist. Im vorliegenden Fall sind daher für die drei unterschiedlichen Bohrungen drei unter­ schiedliche Deckel 7, 7', 7" vonnöten.

Fig. 1b zeigt den erfindungsgemäßen Verschluß dieser Öffnungen 6, 6', 6" mit Hilfe von Verschlußelementen 10, welche mit Hilfe des Reibschweißverfahrens mit dem Bauteil 1 verbunden sind. Zum Verschließen der drei Öffnungen 6, 6', 6" kommen hierbei - unab­ hängig vom jeweiligen Durchmesser der unterschiedlichen Bohrun­ gen - identische Verschlußelemente 10 zum Einsatz. In Fig. 2 und 3a ist ein solches Verschlußelement 10 in starker Vergröße­ rung gezeigt: Das Verschlußelement 10 weist eine kreisförmige Deckfläche 11 auf, welche beim Verschweißen dem Bauteil 1 ge­ genüberliegt. Diese Deckfläche 11 ist mit konzentrischen ring­ förmigen Stegen 12 versehen, welche in Fig. 3a stark überhöht dargestellt sind. Die Höhe der Stege 12 nimmt vom Außenrand 13 ab, so daß der dem Außenrand 13 des Verschlußelements 10 nächstliegende Steg 12' am höchsten von der Deckfläche 11 ab­ steht, während der innerste Steg 12" die geringste Höhe auf­ weist.

Zum Verschließen der Öffnung 6 mit Hilfe des Verschlußelements 10 wird das Verschlußelement 10 zunächst in eine Werkstückauf­ nahme eines (in den Figuren nicht dargestellten) Reibschweiß­ werkzeugs eingespannt, und das Reibschweißwerkzeug wird so ge­ genüber dem Bauteil 1 ausgerichtet, daß die Werkzeugspindel nä­ herungsweise senkrecht zur der jeweiligen Umgebungsfläche 14 der zu verschließenden Öffnung 6 ausgerichtet ist. Die Stege 12 sind dabei in einer solchen Weise auf dem Verschlußelement 10 angeordnet, daß ihr Mittelpunkt 15 nahe der Drehachse des in das Reibschweißwerkzeug eingespannten Verschlußelements 10 liegt.

Nun wird das Verschlußelement 10 mit Hilfe des Reibschweißwerk­ zeugs in Rotation versetzt und gleichzeitig gegen die Umge­ bungsfläche 14 der Öffnung 6 auf dem Bauteil 1 gedrückt, wobei zunächst der am weitesten in Richtung Bauteil 1 hervorstehende ringförmige Steg 12' auf der Umgebungsfläche 14 eintritt. Dabei wird dieser Steg 12' stark erwärmt und plastifiziert. Wird das im Reibschweißwerkzeug rotierende Verschlußelement 10 weiter gegen das Bauteil 1 gedrückt, so kommen nun weitere Stege 12 in Kontakt mit der Umgebungsfläche 14 und werden durch die Reibung erwärmt und plastifiziert. Schließlich wird das Verschlußele­ ment 10 gebremst und mit einer abschließenden Stauchkraft gegen das Bauteil 1 gepreßt, wodurch im Bereich der plastifizierten Stege 12', 12 eine dichte Schweißverbindung zwischen Verschluße­ lement 10 und Bauteil 1 erfolgt; die nicht plastifizierten Ste­ ge 12" bilden einen Damm gegenüber dem plastifizierten Werk­ stoff der erwärmten Stege 12', 12, so daß ein Schmelzenfluß von innen nach außen erfolgt und der beim Reibschweißen entstehende Wulst 16 in Richtung Außenrand 13 des Verschlußelements 10 ge­ drückt wird (siehe Fig. 3b). Der Mündungsbereich 8 der Öffnung 6 ist somit durch diese Stege 12" gegenüber dem Schweißwulst 16 abgeschirmt, so daß Partikel, die vom Schweißwulst 16 abbröc­ keln, nicht in den Medienkanal 2 gelangen und dort zu Schäden führen können. Die mit dem Bauteil 1 verschweißten Stege 12', 12 bilden einen ringförmig umlaufenden Verbindungsbereich 17, der die Öffnung 6 druckdicht gegenüber dem Außenbereich 18 verschließt.

Neben der Profilform der in Fig. 3a dargestellten Stege 12, die ein wellenförmiges Profil aufweisen, sind, wie in Fig. 4a angedeutet, auch rechteckige, dreieckige, etc. Stegprofile mög­ lich; weiterhin können die zwischen zwei benachbarten Stegen 12 gelegenen ringförmigen Nuten 19 beliebige (rechteckige, dreiec­ kige, runde, . . .) Profile aufweisen. Schließlich können die Stege 12 - neben der in Fig. 2 gezeigten durchgängigen Ring­ form - in Umlaufrichtung auch Einbuchtungen, Zähne etc. aufwei­ sen. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Reibwider­ stand zwischen Verschlußelement 10 und Bauteil 1 erhöht werden soll, um eine schnelles und gleichmäßiges Erhitzen der zu ver­ schweißenden Stege 12', 12 im Verbindungsbereich 17 zu errei­ chen.

Weiterhin kann die Zahl und Breite der Stege 12 und die relati­ ve Höhe einzelner Stege 12 zueinander gezielt so angepaßt wer­ den, daß der Schweißwulst 16 eine bestimmte Form und Lage hat. Stellt ein bestimmter Anwendungsfall z. B. die Anforderung, daß der Außenbereich Umgebungsbereich 14 der verschlossenen Öffnung 6 frei von Schweißwulsten 16 sein soll, so empfiehlt es sich, die Höhe der randnächsten Stege 12' geringer zu wählen als die Höhe der randfernen Stege 12" und dadurch zu erreichen, daß die randnahen Stege 12' als Damm gegenüber dem Schweißwulst 16 wir­ ken und der Schweißwulst 16 in Richtung der zu verschließenden Öffnung 6 gepreßt wird (siehe Fig. 4b).

Um bei der Rotation und dem Schweißen des Verschlußelements 10 mit Hilfe des Reibschweißwerkzeugs einen festen Sitz und einen guten Drehmomentübertrag von der Werkzeugspindel auf das Ver­ schlußelement 10 sicherzustellen, weist das Verschlußelement 10 im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eine eckige Außenkontur 13 auf, welche der Außenkontur der Werkstückaufnahme auf dem Reib­ schweißwerkzeug entspricht; somit ist das Verschlußelement 10 drehfest mit der Werkzeugspindel des Reibschweißwerkzeugs ver­ bindbar. Die Außenkontur 13 des Verschlußelements 10 kann - ne­ ben der in Fig. 2 gezeigten achteckigen Gestalt - auch andere Eckenzahlen aufweisen oder sogar kreisförmig sein. Wichtig ist lediglich, daß das Verschlußelement 10 unverrutschbar mit der Werkzeugspindel des Reibschweißwerkzeugs gekoppelt ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Verschlußele­ ment 10 aus Aluminiumblech und hat eine Dicke von 3 mm bis 5 mm. Die Herstellung des Verschlußelements 10 einschließlich der Erzeugung des Stegprofils erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe des Stanzprägens.

Wie aus Fig. 1b ersichtlich, können zum Verschließen der dort dargestellten Öffnungen 6, 6', 6" mit unterschiedlichen Durchmes­ sern identische Verschlußelemente 10 verwendet werden. Je nach Durchmesser der Öffnung 6, 6', 6" und Breite des Umgebungsberei­ ches 14 werden dabei beim Rotieren und Verschweißen des Ver­ schlußelements 10 gegenüber dem Bauteil 1 unterschiedliche Ste­ ge 12 erwärmt und plastifiziert. Dies hat eine erhebliche Re­ duktion der Teilevielfalt an Verschlußelementen 10 zur Folge. Um ein druckdichtes Verschließen sicherzustellen, müssen Ver­ schlußelement 10 und Umgebungsbereich 14 in einem umlaufenden Verbindungsbereich 17 überlappen, welcher mindestens 1-2 mm breit sein sollte.

Das Verfahren und die Verschlußelemente 10 eignen sich nicht nur zum Verschließen zylindersymmetrischer Bohrungen, sondern insbesondere auch für Öffnungen 6 beliebiger Form. Weicht die Form der Öffnung 6 von der Kreisform ab, so empfiehlt es sich, ein Verschlußstück 10 mit einem innersten Steg 12" zu verwen­ den, dessen Durchmesser mindestens so groß ist wie die maximale laterale Ausdehnung der Öffnung 6. So kann sichergestellt wer­ den, daß beim Reibschweißen die kontaktierenden Stege 12', 12 umlaufend auf der Umgebungsfläche 14 der Öffnung 6 aufliegen und dort eine gleichförmige Erhitzung und Plastifizierung er­ fahren.

Ist der Umgebungsbereich 14 der Öffnung 6 sehr rauh, so emp­ fiehlt es sich weiterhin, diesen Umgebungsbereich 14 vor dem Verschließen zu ebnen (z. B. durch Fräsen), um eine gleichförmi­ ge Erwärmung und Verschweißung der Stege 12 mit dem Umgebungs­ bereich 14 zu erreichen.

Zur Versteifung des Verschlußstücks 10 kann es zweckmäßig sein, das Verschlußstück 10 mit einer ringförmig umlaufenden Sicke zu versehen; eine solche Sicke gestattet weiterhin eine große Deh­ nung des Verschlußstücks 10, wenn der durch das Verschlußstück verschlossene Medienkanal 2 hohen Drücken ausgesetzt ist.

Der Reibschweißprozeß kann entweder mit Hilfe eines stationären Reibschweißssystems oder mit Hilfe eines mobilen Schweißkopfes (der z. B. auf einem Roboter oder auf einer Spindel montiert ist) erfolgen. Ebenso kann die Zuführung der Verschlußelemente 10 zum Reibschweißsystem automatisch oder manuell erfolgen.

Um zu vermeiden, daß durch seitenverkehrtes Einlegen der Ver­ schlußelemente 10 in die Reibschweißvorrichtung Fehlschweißun­ gen auftreten, empfiehlt es sich, Deckfläche 11 und Bodenfläche 20 der Verschlußelemente 10 identisch zu gestalten (siehe Fig. 4c); somit kann eine druckdichte Verbindung des Verschlußele­ ments 10 mit dem Bauteil 1 erreicht werden, unabhängig davon, ob die Deckfläche 11 oder die Bodenfläche 20 des Verschlußele­ ments 10 gegenüber der Öffnung 6 zu liegen kommt.

Wie aus einem Vergleich der Umgebung 14" der Öffnung 6" in den Fig. 1a und 1b ersichtlich, kann durch Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Verschließens der Öffnung 6" mittels Reibschweißen Platz eingespart werden, da das Verschlußelement 10 bei dem er­ findungsgemäßen Verfahren von außen auf das Bauteil 1 aufge­ bracht wird, anstatt als Deckel 7" in die Bohrung 6" eingepaßt zu werden. Dadurch entfallen die ringförmigen Wulste 21, die beim herkömmlichen Verfahren insbesondere bei dünnwandigen Bau­ teilen 1 notwendig sind, um eine ausreichend große Kontaktflä­ che 9" des eingepreßten Deckels 7" im Mündungsbereich 8" der Öffnung 6" sicherzustellen.

Zum Verbinden des Verschlußelements 10 mit dem Bauteil 1 emp­ fiehlt sich neben dem Reibschweißen insbesondere der Einsatz des Torsions-Ultraschallschweißens. Bei diesem Verfahren wird das Verschlußelement 10 in hochfrequente Rotationsschwingungen um seine Symmetrieachse 22 versetzt und gleichzeitig an der Um­ gebungsfläche 14 der zu verschließenden Öffnung 6 gerieben. Da­ durch wird eine dem Reibschweißen analoge Erhitzung und Plasti­ fizierung der in Reibkontakt stehenden Stege 12', 12 erreicht, die dann durch Zusammenpressen von Verschlußelement 10 und Bau­ teil 1 mit dem Umgebungsbereich 14 der Öffnung 6 verschweißt werden.

Zum Verschließen von Öffnungen an Leichtbau-Werkstücken aus Aluminium-Druckguß wird als Verschlußelement 10 vorzugsweise ein Stanzprägeteil aus Aluminiumblech bzw. einer Aluminium- Knetlegierung verwendet. Ist das Verschlußelement 10 so gestal­ tet, daß ein umlaufender Verbindungsbereich 17 von mindestens 1 mm zwischen Verschlußelement 10 und Umgebungsbereich 14 vor­ liegt, so können durch dieses Verfahren beispielsweise Ölkanäle von 10 mm Durchmesser und mit 12 bar Überdruck schnell, kosten­ günstig und prozeßsicher druckdicht verschlossen werden. Dieses Verfahren findet insbesondere Anwendung an Kurbelgehäusen und Getriebegehäusen.

Claims (9)

1. Verfahren zum dichten Verschließen einer Öffnung an einem Bauteil, insbesondere einer Ölbohrung an einem Motor, einem Getriebe oder einem sonstigen Aggregat, bei welchem Verfahren ein Verschlußelement mit einer nähe­ rungsweise kreisförmigen Deckfläche verwendet wird, deren Durchmesser größer ist als die größte laterale Ausdehnung der Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (10) mittels Reibschweißen oder Ul­ traschallschweißen mit dem Bauteil (1) verbunden wird, wobei zwischen der Deckfläche (11) des Verschlußelements (10) und dem die Öffnung (6) umgebenden Umgebungsbereich (14) des Bauteils (1) ein umlaufender Verbindungsbereich (17) gebil­ det wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (10) mittels Torsionsultraschall­ schweißens mit dem Bauteil (1) verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsbereich (14) vor dem Aufschweißen des Ver­ schlußelements (10) geebnet wird.

4. Verschlußelement zum dichten Verschließen einer Öffnung an einem Bauteil, insbesondere einer Ölbohrung an einem Motor, einem Getriebe oder einem sonstigen Aggregat, wobei das Verschlußelement mit einer näherungsweise kreis­ förmigen Deckfläche versehen ist, deren Durchmesser größer ist als die größte laterale Ausdehnung der Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche (11) des Verschlußelements (10) mit ring­ förmigen Stegen (12) versehen ist.

5. Verschlußelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Stege (12) zum Außenrand (13) der Deckflä­ che (11) hin zunimmt.

6. Verschlußelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Deckfläche (11) auch die Bodenfläche (20) des Verschlußelements (10) mit ringförmigen Stegen (12) versehen ist.

7. Verschlußelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (10) eine eckige Außenkontur (13) aufweist.

8. Verschlußelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (10) ein Stanzprägeteil aus Alumi­ niumblech ist.

9. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Verschließen einer Öffnung (6) auf ei­ nem Bauteil (1) aus Aluminium-Druckguß verwendet wird.