DE10110692B4

DE10110692B4 - Schweißverfahren für zusammengesetzte Bauteile

Info

Publication number: DE10110692B4
Application number: DE10110692A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Shirai; Takafumi Sato; Eiji Iwanari; Yoshinori Ohmi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: US20010019074A1; US6446856B2; DE10110692A1

Abstract

Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines hohlen Bauteils (1011) und eines einzusetzenden Bauteils (1012); b) Einsetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil; Teil-Verschweißen eines Überlappungsbereiches (1013), in welchem sich das hohle Bauteil (1011) und das eingesetzte Bauteil (1012) überlappen, um einen axialen Abstand (M, M1, M2, M') von Ende zu Ende des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt zu korrigieren, wozu folgende weiteren Schritte durchgeführt werden: c) Bestimmen der Größe einer Aufschmelzung vor dem Korrektur-Verschweißungsschritt in einem Aufschmelz-Bestimmungsschritt; d) Durchführen des Korrektur-Verschweißungsschrittes entsprechend der Größe der Aufschmelzung, welche in dem Aufschmelz-Bestimmungsschritt ermittelt wurde; e) Messen des axialen Abstandes von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteils für jeden Korrektur-Verschweißungsschritt in einem Meßschritt; und f) Fortsetzen des Korrektur-Verschweißungsschrittes so lange, bis der axiale...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils, das ein hohles Bauteil, beispielsweise eine Ventilstruktur eines Brennstoffeinspritzsystems, und ein eingesetztes Bauteil enthält, das in das hohle Bauteil eingesetzt und damit verbunden wird, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schweißen eine hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils, das ein hohles Bauteil und ein eingesetztes Bauteil enthält, wobei eine hohe Genauigkeit der Abmessungen des axialen Abstandes von Ende zu Ende der Stirnflächen erforderlich ist, und wobei eine zuverlässige Konzentrizität der Mittelachsen des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils gefordert ist.
2. Beschreibung des zutreffenden Standes der Technik
Ein Beispiel einer Ventilkonstruktion eines Brennstoffeinspritzsystems einer Maschine mit innerer Verbrennung nach dem Stande der Technik, bei welchem eine Konzentrizität einzuhalten ist, sei zuerst beschrieben. Eine Ventilkonstruktion nach dem Stande der Technik enthält ein zylindrisches hohles Bauteil mit einem abgeschlossenen Boden, d. h., einen Halter, ferner ein zylindrisches Teil, das in das hohle Bauteil einzusetzen ist und darin Aufnahme findet, sowie ein eingesetztes Bauteil, das in das hohle Bauteil einzusetzen ist.
Der Überlappungsbereich, in welchem sich das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, sowie der Überlappungsbereich, in welchem sich das hohle Bauteil und das einzusetzende Teil überlappen, werden umfangsmäßig verschweißt.
Als nächstes sei ein anderes Beispiel einer Ventilkonstruktion eines Brennstoffeinspritzsystems für eine Maschine mit innerer Verbrennung nach dem Stande der Technik betrachtet, bei welchem eine hohe abmessungsmäßige Genauigkeit des Abstandes von Ende zu Ende der Stirnflächen erforderlich ist.
Wie in den 13(a) und 13(b) gezeigt ist, enthält die Ventilkonstruktion ein zylindrisches Gehäuse 1091, eine Düsenaufnahme 9200, welche so ausgebildet ist, daß sie den Düsenteil 1500 aufzunehmen vermag, einen Körper 1092, der mit einer Einspritzbohrung 9290 versehen ist, die mit der Düsenaufnahme 9200 Verbindung hat, eine Ventilnadel 1015, die mit dem Düsenteil 1500 versehen ist, sowie ein Halteteil 1016, das eine Feder 1600 aufweist, um die Ventilnadel 1015 abzustützen.
In der Konstruktion nach dem Stande der Technik ist der Körper 1092 in ein Ende des Gehäuses 1091 eingesetzt und die Ventilnadel 1015, welche in dem Halteteil 1016 gehalten ist, ist in das andere Ende eingeschoben, so daß die Teile montiert sind und die Ventilkonstruktion 1009 bilden.
Der Überlappungsbereich 1093 des Gehäuses 1091 und des Körpers 1092 ist umfangsmäßig verschweißt. Das Bezugszeichen 1094 bezeichnet die Verschweißung.
Zur Zeit der umfangsmäßigen Schweißung des Überlappungsbereiches 1093 tritt eine thermische Verspannung auf und resultiert manchmal in einer Abweichung der Abmessungen der Ventilkonstruktion in axialer Richtung von den gewünschten Werten.
In der Ventilkonstruktion 1009 muß der Zwischenraum C, der in 13(b) eingezeichnet ist, eine vorbestimmte Abmessung haben.
Gemäß dem Stande der Technik hat man daher einen Abstandshalter 1097 hinter den Körper 1092 gesetzt, wie in 13(b) gezeigt ist, um die thermische Verspannung zur Zeit des umfangsmäßigen Verschweißens zu absorbieren und hierdurch einen geeigneten Zwischenraum C und einen geeigneten Arbeitsbereich der Ventilnadel 1015 sicherzustellen.
Beim Stande der Technik werden die Abmessungen A und B, welche in 13(b) eingezeichnet sind, zur Zeit des Zusammenbaus der Teile gemessen und der Körper 1092 usw. werden geschliffen, um den geeigneten Zwischenraum C zu erhalten. Als nächstes werden das Gehäuse 1091 und der Körper 1092 umfangsmäßig verschweißt, um die Teile zu verbinden. Die thermische Verspannung, welche den Vorgang der umfangsmäßigen Verschweißung begleitet, wird durch den Abstandshalter 1097 absorbiert.
Es ist daher möglich, eine Ventilkonstruktion 1009 zu erhalten, welche gegenüber Effekten von Abmessungsveränderungen aufgrund thermischer Verspannung widerstandsfähig ist und eine präzise abmessungsmäßige Genauigkeit hat.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß es, weil thermische Verspannungen zur Zeit der umfangsmäßigen Verschweißung in einer Ventilkonstruktion eines Brennstoffeinspritzsystems nach dem Stande der Technik auftreten, bei welchem Konzentrizität erforderlich ist, selbst wenn das hohle Bauteil 11 und das eingesetzte Bauteil 12 so zusammengesetzt sind, daß sie zusammenfallende Mittelachsen G1 und G2 haben, ein Problem ist, daß die Mittelachsen G1 und G2 eine Fehlausrichtung erfahren, wie in den später behandelten 18(a), 18(b) und 19 gezeigt ist, wenn das spätere umfangsmäßige Verschweißen erfolgt. Es sei hier angemerkt, daß im folgenden der Zustand, bei welchem die Mittelachsen G1 und G2 genau ausgerichtet sind, als gute Konzentrizität bezeichnet wird, während der Zustand, in welchem diese Achsen nicht ausgerichtet sind, als schlechte Konzentrizität bezeichnet wird.
Weiter ist in einer Ventilstruktur nach einem anderen Konstruktionsprinzip, bei welcher eine hohe Abmessungsgenauigkeit bzgl. des axialen Abstandes von Ende zu Ende erforderlich ist, ein Abstandshalter 1097 gesondert vorzusehen. Es ist nicht nur ein erhöhter Montageaufwand zu bewältigen, sondern es ergibt sich auch, daß es zwar möglich ist, die thermische Verspannung durch den Abstandshalter 1097 in der Konstruktion nach den 13(a) und 13(b) nach dem Stande der Technik zu absorbieren, diese Konstruktion sich nicht gut für andere Strukturen eignet. Weiter ergibt sich eine Grenze, in welchem Maße Abmessungsänderungen aufgrund von thermischer Verspannung minimal gehalten werden können.
Die DE 19845465 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils innerhalb eines Überlappungsbereichs zur Herstellung einer Ventilstruktur eines Einspritzsystems. Besondere Maßnahmen zur Einstellung eines erforderlichen Abstands der Stirnflächen der Bauteile zur Festlegung es Hubes der darin aufgenommenen Ventilnadel sind in dieser Schrift nicht behandelt.
Die DE 19752028 A1 behandelt ebenfalls die Herstellung von Ventilstrukturen von Einspritzsystemen, wobei zur Justierung des Hubes einer Ventilnadel Korrekturverschweißungsschritte durch Anbringung von Teil-Schweißungen vorgesehen sind. Die Abmessungen bzw. die relativen Lagen der zusammenwirkenden Bauteile werden bei diesem bekannten Verfahren durch Laserbestrahlung eines einzigen Bauteils allein justiert, wobei die Teil-Schweißungen durch Laserbestrahlung nicht an der gegenseitigen Verankerung der miteinander zu verbindenden Bauteile teilnehmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils zu schaffen, mit welchem eine hohe Abmessungsgenauigkeit in axialer Richtung erzielt werden kann und, gemäß einem weiteren Aspekt, auch eine verbesserte Konzentrizität der Bauteile des zusammengesetzten Bauteils erreichbar ist.
Das Ziel einer hohen Abmessungsgenauigkeit in axialer Richtung des zusammengesetzten Bauteils wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des anliegenden Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 6.
Lösungen des Problems gemäß dem weiteren Aspekt, nämlich dem Erzielen einer verbesserten Konzentrizität der Bauteile des zusammengesetzten Bauteils werden erfindungsgemäß durch Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 7, bzw. 13, bzw. 15 verwirklicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Verfahren sind Gegenstand der den betreffenden Ansprüchen jeweils nachgeordneten Patentansprüche.
Der Inhalt dieser vorgenannten Ansprüche wird hierdurch ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt. In diesen stellen dar:
1(a) eine Aufsicht auf eine Ventilkonstruktion, die durch ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird;
1(b) einen Längsschnitt durch die Konstruktion nach 1(a);
2 eine Explosionsdarstellung der Ventilkonstruktion gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine perspektivische Darstellung der Ventilkonstruktion nach der ersten Ausführungsform;
4 eine perspektivische Darstellung der Anordnung der Ventilkonstruktion und eines Tast-Abstandsmessers zur Vermessung der Ventilkonstruktion;
5(a) eine Seiten-Schnittansicht der Ventilkonstruktion mit Punktschweißungen gemäß der ersten Ausführungsform;
5(b) eine Längs-Seitenansicht;
6 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Ventilkonstruktion mit den Punktschweißungen und einem Kontakt-Abstandsmesser gemäß der ersten Ausführungsform;
7(a) eine Darstellung zur Erläuterung der Reihenfolge und Anordnung, in welcher die Punktschweißungen an der Ventilkonstruktion in der ersten Ausführungsform angebracht werden;
7(b) eine Ansicht zur Erläuterung bezüglich eines axialen Abstandes L von Ende zu Ende eines zusammengesetzten Bauteils in der Ventilkonstruktion;
8 ein Diagramm der Änderung des axialen Abstandes L von Ende zu Ende in einem regulären Verschweißungschritt und einem Korrekturschweißungschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl von Punktschweißungen und der kummulativen Größe der Zusammenziehung an einem Prüfling gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
10 eine Darstellung zur Erläuterung einer Schweißvorrichtung, welche zur Durchführung des regulären Verschweißungsschrittes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels dient;
11 eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur gleichzeitigen Durchführung des regulären Verschweißungsschrittes und des Korrektur-Verschweißungsschrittes in einem Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12(a) eine perspektivische Ansicht des axialen Abstandes von Ende zu Ende bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
12(b) eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines anderen axialen Abstandes von Ende zu Ende bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
13(a) eine Aufsicht auf eine Ventilkonstruktion nach dem Stande der Technik;
13(b) eine Längsschnittansicht der Ventilkonstruktion nach 13;
14(a) eine in einem Längsschnitt gezeichnete Explosionsdarstellung einer Ventilkonstruktion, welche durch ein Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird;
14(b) eine Längsschnittdarstellung der zusammengefügten Ventilkonstruktion;
15 eine Schnittdarstellung eines Überlappungsbereichs in dem vierten Ausführungsbeispiel;
16 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Meßschrittes in der vierten Ausführungsform;
17 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Korrektur-Verschweißungsschrittes in der vierten Ausführungsform;
18(a) eine Aufsicht zur Darstellung einer Richtung der Abweichung an einem zusammengesetzten Bauteil in dem vierten Ausführungsbeispiel;
18(b) eine Seitenansicht, welche die Größe der Abweichung an einem zusammengesetzten Bauteil im vierten Ausführungsbeispiel darstellt;
19 eine Aufsicht zur Erläuterung einer Richtung der Abweichung und der Position der Anbringung einer Teil-Verschweißung in dem vierten Ausführungsbeispiel;
20(a) eine perspektivische Ansicht der Gestalt einer Teil-Verschweißung in dem vierten Ausführungsbeispiel;
20(b) eine perspektivische Ansicht einer anderen Form der Teil-Verschweißung in dem vierten Ausführungsbeispiel;
21 eine Grafik zur Erläuterung der Art und Weise der Korrektur der Mittelachse in dem Korrektur-Verschweißungsschritt bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
22 ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Verschweißungsbereich und der Größe der Deformation in dem Aufschmelzungs-Bestimmungsschritt gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
23(a) eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Schweißschritts unter Verwendung von zwei Schweißköpfen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
23(b) eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Verschweißungschrittes unter Verwendung eines einzigen Schweißkopfes in dem fünften Ausführungsbeispiel; und
24 eine Aufsicht auf eine Schweißvorrichtung, wie sie in dem fünften Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zunächst seien die allgemeinen Aspekte der vorliegenden Erfindung erläutert, wonach die einzelnen Ausführungsbeispiele behandelt werden.
Wie in der Zusammenfassung der Erfindung angegeben wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahrens zum Verschweißen eines hohlen Bauteiles und eines eingesetzten Bauteiles zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteiles angegeben, welches folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines hohlen Bauteiles und eines einzusetzenden Bauteiles,
Einsetzen des einzusetzenden Bauteiles in das hohle Bauteil; und
teilweises Verschweißen eines Überlappungsbereiches, in welchem sich das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, zur Korrektur eines axialen Abstandes von Ende zu Ende des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteiles in einem Korrektur-Verschweißungsschritt.
Was bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung am meisten zu beachten ist, ist die Teil-Verschweißung des Überlappungsbereiches zur Bildung einer partiellen Schweißung und zur Korrektur des axialen Abstandes von Ende zu Ende in einem Korrektur-Verschweißungsschritt.
Zur Erläuterung der Vorgänge bei diesem Aspekt der Erfindung, bei welchem ein Korrektur-Verschweißungsschritt zur Korrektur des axialen Abstandes von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteiles vorgesehen wird, ist zu sagen, daß sich die axiale Abstandsabmessung von Ende zu Ende (siehe spätere Erläuterungen unter Bezugnahme auf 9) aufgrund der Kontraktionsspannungen, welche in axialer Richtung wegen des Vorsehens der Teil-Verschweißung auftreten, zusammenzieht. Durch geeignete Steuerung der Anzahl und Größen der Teil-Verschweißungen ist es daher möglich, die Große der Zusammenziehungsspannungen zu steuern und dadurch die Größe der Zusammenziehung in axialer Richtung zu steuern. Demgemäß ist es möglich, den Abstand von Ende zu Ende zu korrigieren. Weiter werden die Herstellungskosten und die Materialkosten geringer, da kein Abstandshalter oder andere besondere Bauteile bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Demgemäß ist es erfindungsgemäß möglich, ein Verfahren zum Schweißen eines zusammengesetzten Bauteils anzugeben, das zu einer hohen Genauigkeit führt.
Die 12(a) und 12(b) zeigen Beispiele des axialen Abstandes von Ende zu Ende an verschiedenen zusammengesetzten Bauteilen. In den 12(a) und 12(b) ist der axiale Abstand M1 von Ende zu Ende das Abstandsmaß in axialer Richtung von dem Ende des hohlen Bauteils 1011 zu dem Ende des eingesetzten Bauteils 1012. Weiter wird unter „axialer Richtung” die Richtung parallel zur Mittenachse des zusammengesetzten Bauteils verstanden. Das zusammengesetzte Bauteil kann selbstverständlich Formen abweichend von den obengenannten Formen umfassen. In diesem Falle sind die axialen Abstände M und M' von Ende zu Ende an dem zusammengesetzten Bauteil definiert. In 12(b) enthält der axiale Abstand M von Ende zu Ende auch die Länge M₁ des eingesetzten Bauteils, während der axiale Abstand M' von Ende zu Ende auch die Länge M₂ des eingesetzten Bauteils enthält.
Die Teil-Verschweißung gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung eines hochenergetischen Strahles erzeugt werden. Durch diesen ist es möglich, zuverlässig eine Teil-Verschweißung an der anvisierten Position zu erzeugen und daher den axialen Abstand von Ende zu Ende mit hoher Genauigkeit zu korrigieren. Es sei bemerkt, daß als Hochenergierstrahl ein Laserstrahl eingesetzt werden kann.
Das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil können durch die Teil-Verschweißungen miteinander verbunden werden, welche in dem Korrektur-Verschweißungsschritt erzeugt werden. Hierdurch wird es möglich, den Herstellungsvorgang zu vereinfachen. Weiter ist es hierdurch möglich, die Herstellungszeit abzukürzen.
Ein regulärer Verschweißungsschritt zur umfangsmäßigen Schweißung des gesamten Umfanges des Überlappungsbereiches des hohlen Bauteiles und des eingesetzten Bauteiles kann aber auch vorgesehen werden. Dies ermöglicht es, das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil sehr fest miteinander zu verbinden und man erhält ein zusammengesetztes Bauteil mit verbesserter, luftdichter Eigenschaft des Überlappungsbereiches. Wenn man das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil durch den regulären Verschweißungsschritt in dieser Weise miteinander verbindet, so ist es möglich, den regulären Verschweißungsschritt und den Korrektur-Verschweißungsschritt unter Verwendung derselben Schweißvorrichtung auszuführen.
Der Korrektur-Verschweißungsschritt und der reguläre Verschweißungsschritt können gleichzeitig unter Verwendung einer Mehrzahl von Schweißköpfen durchgeführt werden. Hierdurch kann der Herstellungsvorgang abgekürzt werden.
Das eingesetzte Bauteil kann durch Vorsehen eines Preßsitzes provisorisch an dem hohlen Bauteil befestigt werden. Hierdurch ist es möglich, die Abweichung der verschweißten Teile herabzusetzen und die Bearbeitungsverspannung zu erleichtern, da die Bearbeitungsverspannung nicht nur auf die Schweißstellen wirkt, sondern auch auf die mit Preßsitz aneinanderliegenden Flächen.
Der Korrektur-Verschweißungsschritt kann durch Erzeugen mindestens eines Paares von Verschweißungsstellen an axial symmetrischen Positionen (A–H) am Überlappungsbereich verwirklicht werden. Hierdurch wird ermöglicht, daß am Überlappungsbereich axial symmetrisch gleiche Korrekturen ausgeführt werden. Folglich ist es möglich, gleiche, axial symmetrisch positionierte Korrekturen durchzuführen und Abmessungen zu korrigieren, ohne daß in der Axialrichtung des zusammengesetzten Bauteils eine Verwerfung stattfindet.
Ein Schritt des Messens des Axialabstandes von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteiles jedesmal vor Durchführung der Korrektur-Schweißung und Fortsetzung des Korrektur-Schweißungsschrittes, bis der Axialabstand von Ende zu Ende eine vorbestimmte Länge erreicht, können auch als Verfahrensschritte eingebaut werden. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, abwechselnd den Korrektur-Schweißungsschritt und den Meßschritt durchzuführen und den Korrektur-Schweißungsschritt durchzuführen, bis man die gewünschte Längenabmessung erhält
Da weiter die Messung und die Korrektur abwechselnd durchgeführt werden, ist es möglich, sicherzustellen, daß die Abmessungen in einen geeigneten Bereich fallen. D. h., es ist möglich, die Abmessungen flexibel in den Schritten vor der endgültigen Schweißung zu kontrollieren. Es sei darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist, den Meßschritt nicht als unabhängigen Schritt auszuführen, sondern beispielsweise die axiale Abmessung von Ende zu Ende in Echtzeit zu messen und gleichzeitig den Korrektur-Schweißungsschritt durchzuführen.
Ein Verfahrensschritt der Bestimmung der Größe der Aufschmelzung vor der Korrektur-Schweißung und die Durchführung des Korrektur-Schweißungsschrittes in Entsprechung mit der Größe der Aufschmelzung, wie sie in dem Aufschmelzungs-Bestimmungsschritt ermittelt worden ist, können ebenfalls in den Verfahrensablauf eingeschlossen sein. Der Schritt der Bestimmung der Aufschmelzung bestimmt vorzugsweise die Größe des Aufschmelzens durch Basisdaten, die im voraus entsprechend dem Unterschied zwischen dem axialen Abstand von Ende zu Ende vor der Korrektur-Schweißung des zusammengesetzten Bauteils und dem gewünschsten axialen Abstand von Ende zu Ende gesammelt worden sind. Dadurch ist es möglich, die Größe der Schweißung so einzustellen, daß die Basisdaten in einen gewünschten Abstandbereich fallen und entsprechend dem Unterschied in den Abmessungen eine zuverlässige Korrektur ausgeführt werden kann. Es sei bemerkt, daß „die Bestimmung der Größe der Schweißung” bedeutet, daß Teilschweißungen gewählt werden, die sich in geeigneter Weise in Größe, Länge, Position und Anzahl der Teilschweißungen kombinieren und zu einem gewünschten Betrag der Kontraktion führen.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils anzugeben, um ein zusammengesetztes Bauteil mit hoher Genauigkeit der Abmessung eines axialen Abstandes von Ende zu Ende anzugeben.
Gemäß einem zweitem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verschweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils geschaffen, welches folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines hohlen Bauteils und eines einzusetzenden Bauteils;
Einsetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil; und
Teil-Verschweißung eines Überlappungsbereiches des hohen Bauteils und des eingesetzten Bauteils zur Korrektur der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt.
Bezüglich des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist besonders wichtig zu bemerken, daß eine Teil-Verschweißung im Überlappungsbereich so vorgesehen wird, daß die Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in dem Korrektur-Verschweißungssschritt korrigiert wird.
Die Vorgänge bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind folgendermaßen zu erklären: Das Vorsehen der Teil-Verschweißung resultiert in der Erzeugung von Kontraktionsspannungen, so daß ein Kippen in Richtung auf die Lage der vorgesehenen Teil-Verschweißung an dem eingesetzten Bauteil relativ zu hohlem Bauteil auftritt. Es ist demgemäß möglich, die Richtung der Kippung oder Neigung des eingesetzten Bauteils durch geeignetes Einstellen der Position der Teil-Verschweißung einzustellen oder zu justieren. Weiter ist es möglich den Neigungswinkel und die Größe der Kippung oder Neigung durch geeignetes Steuern der Größe und Länge der Teil-Verschweißung einzustellen.
Aus diesem Grunde ist es möglich, die Konzentrizität eines zusammengesetzten Bauteils zu korrigieren, bei dem ein eingesetztes Bauteil mit einem hohlen Bauteil ursprünglich unter einem Winkel zusammengefügt worden ist, wobei die Mittelachse des hohlen Bauteils und die Mittelachse des eingesetzten Bauteils nicht ausgerichtet waren (eine schlechte Konzentrizität herrschte) (s. die weiter unten betrachteten 18(a) und 18(b) sowie 19) und durch die Korrektur schließlich ein zusammengesetztes Bauteil mit einem hohlen Bauteil und einem eingesetzten Bauteil zu erhalten, an dem die Mittelachsen ausgerichtet sind, so daß eine hochwertigere Konzentrizität herrscht.
Dies bedeutet, daß es gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich ist, ein Verfahren zum Verschweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils anzugeben, um ein zusammengesetztes Bauteil zu bilden, welches eine hochwertigere Konzentrizität aufweist.
Die Teil-Verschweißung bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann durch eine Verschweißung unter Verwendung eines Hochenergiestrahles verwirklicht werden. Hierdurch ist es möglich, zuverlässig eine Teil-Verschweißung an einer anvisierten Position vorzunehmen und hierdurch die Konzentrizität mit hoher Genauigkeit zu korrigieren. Es sei bemerkt, daß als Hochenergiestrahl ein Laserstrahl verwendet werden kann.
Wenn man die Konzentrizität durch Vorsehen einer einzigen Teil-Verschweißung korrigiert, wie dies in 19 gezeigt ist, so wird die Teil-Verschweißung an einer Position SA am Schnittpunkt einer Verlängerung der Linie S von der Mittelachse G2 des eingesetzten Bauteils 12 zu der Mittelachse G1 des hohlen Bauteils 11 mit dem Außenumfang des hohlen Bauteils vorgesehen. Es sei bemerkt, daß die Bezugszahl 260 in 19 den Laserstrahl bezeichnet, der für die Laserschweißung verwendet wird.
Es ist auch möglich, die Konzentrizität durch Vorsehen einer Mehrzahl von Teil-Verschweißungen zu korrigieren.
Wie in der später behandelten 20(a) gezeigt ist, kann die Teil-Verschweißung punktförmige Gestalt haben. Wie weiter in 20(b) dargestellt ist, kann sie auch Liniengestalt haben, wobei sich die Linie außerhalb des bestimmten Grades in der Umfangsrichtung erstreckt. Der Verschweißungsbereich, die Position und die Größe (Fläche und Länge usw.) der Teil-Verschweißungen können frei gewählt werden.
Das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil können durch die Teil-Verschweißung, die in dem Korrektur-Verschweißungsschritt erzeugt wird, miteinander verbunden werden. Hierdurch ist es, wenn eine Luftdichtigkeit der Verschweißung nicht gefordert ist, möglich, die gewünschte Qualität durch eine minimale Verschweißung sicherzustellen und die Schweißzeit zu verkürzen.
Ein regulärer Verschweißungsschritt der umfangsmäßigen Verschweißung des gesamten Umfangs des Überlappungsbereichs des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils kann auch noch vorgesehen sein. Hierdurch wird erreicht, daß das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil fest miteinander verbunden werden und ein zusammengesetztes Bauteil entsteht, das bezüglich der Luftdichtigkeit des Überlappungsbereiches hochwertig ist. Die Teil-Verschweißung kann an demselben Ort wie die umfangsmäßige Verschweißung, die während des regulären Verschweißungsschrittes erzeugt wird, vorgenommen werden, oder an einem unterschiedlichen Ort.
Der Korrektur-Verschweißungsschritt und der reguläre Verschweißungsschritt können nacheinander ausgeführt werden. Dies ermöglicht eine Verkürzung der Schweißzeit.
Ein Schritt eines Messens der Größe der Abweichung und der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils für jeden Korrektur-Verschweißungsschritt und das Fortsetzen des Korrektur-Verschweißungsschrittes so lange, bis die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität in einen gewünschten Bereich fallen, können ebenfalls in dem Verfahren vorgesehen sein. D. h., es ist möglich, abwechselnd den Korrektur-Verschweißungsschritt und den Meßschritt auszuführen und mit der Korrektur-Verschweißung fortzufahren, bis man eine gewünschte Längenabmessung erhält. Demgemäß ist es möglich, eine Probe der Größe der Abweichung von der Konzentrizität zu nehmen, während geschweißt wird, und Korrekturen zu machen, so daß die Größe der Abweichung oder die Richtung der Abweichung der Konzentrizität in einen gewünschten Bereich fällt. Hierdurch ist es möglich, die Herstellungsschwankungen herabzusetzen und ein zusammengesetztes Bauteil zu erzeugen, daß ein hohe abmessungsmäßige Genauigkeit aufweist. Es sei bemerkt, daß es außerdem möglich ist, den Meßschritt nicht als einen unabhängigen Schritt auszuführen, sondern beispielsweise die Messung des axialen Abstandes von Ende zu Ende in Echtzeit und gleichzeitig den Korrektur-Verschweißungsschritt auszuführen.
Ein Schritt der Bestimmung der Position der Teil-Verschweißung und einer Größe der Aufschmelzung entsprechend Basisdaten, die im voraus über die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität gesammelt wurden, und die Durchführung des Korrektur-Verschweißungsschrittes entsprechend der Größe der Aufschmelzung, die in dem Aufschmelz-Bestimmungsschritt ermittelt wurde, können in dem Verfahren auch vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Größe der Aufschmelzung unter Verwendung eines Algorithmus zu bestimmen, der aus Basisdaten gebildet ist, und hierdurch die Schweißzeit zu verkürzen und die Produktivität zu verbessern. Es sei bemerkt, daß die „Bestimmung der Größe der Schweißung” bedeutet, daß Teilschweißungen gewählt werden, welche die gewünschte Konzentrizität ergeben, indem in geeigneter Weise die Größe, die Anzahl usw. der Teil-Verschweißungen kombiniert werden.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils angegeben, um ein zusammengesetztes Bauteil zu bilden, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Bereitstellen eines hohlen Bauteils und eines einzusetzenden Bauteils;
Einzusetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil;
Messen der Richtung einer Abweichung von der Konzentrzität des zusammengesetzten Bauteils in einem Meßschritt; und
Verschweißen des gesamten Umfangs eines Überlappungsbereiches, in welchem sich das Hohlbauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, wobei als Schweißbeginn eine Position gewählt wird, welche richtungsmäßig der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität entgegengesetzt ist.
Da bei der umfangsmäßigen Verschweißung an dem Schweißbeginn eine Kontraktionsspannung auftritt, ergibt sich an dem eingesetzten Bauteil eine Kippung in Richtung auf den Schweißbeginn. Die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität wird daher zuvor gemessen und der Schweißbeginn wird auf eine Position geschoben, welche zur Zeit der umfangsmäßigen Verschweißung eine Korrektur der Abweichung ermöglicht. Hierdurch werden die Richtung der Kippung oder der Winkel der Kippung des eingesetzten Bauteils eingestellt, um die Konzentrizität zu korrigieren.
Die Korrektur der Konzentrizität kann gleichzeitig mit der Verbindung des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils vollendet werden, so daß der Verschweißungsvorgang vereinfacht wird. Weiter kann die Schweißzeit abgekürzt werden.
Das bedeutet, daß es gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung möglich ist, ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils anzugeben, das zu einer höherwertigen Konzentrizität führt.
Ein Schritt des Messens einer Größe der Abweichung von der Konzentrizität in dem Meßschritt und die Wahl einer Position eines Verschweißungsendes derart, daß sich eine Länge einer Verschweißungs-Überlappung nach dem umfangsmäßigen Verschweißen entsprechend der Größe der Abweichung ändert, kann ebenfalls vorgesehen sein. Da es möglich ist, die Konzentrizität gemäß der Überlappungslänge zu korrigieren, kann die Konzentrizität mit einem höheren Grad der Genauigkeit korrigiert werden.
Es sei bemerkt, daß der Ausdruck „Verschweißungs-Überlappungslänge” bedeutet, daß der Abschnitt, der beim umfangsmäßigen Verschweißen doppelt geschweißt wird, wenn die Schweißung an den Überlappungsbereich des zusammengesetzten Bauteils vorgenommen wird, wenn man zu der Position zurückkehrt, wo die Schweißung begonnen wurde, derjenige Abschnitt ist, um den man am Schweißbeginn vorbei schweißt.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen eines zusammengesetzten Bauteils geschaffen, welches folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines hohlen Bauteils und eines einzusetzenden Bauteils;
Einsetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil;
Messen einer Richtung einer Abweichung und einer Größe der Abweichung der Konzentrizität der beiden Bauteile in einem Meßschritt; und
umfangsmäßiges Verschweißen des gesamten Umfanges eines Überlappungsbereiches, in welchem sich das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, durch Veranlassung einer Mehrzahl von Schweißköpfen, die axialsymmetrisch angeordnet sind, zur Rotation relativ zu dem Umfang des Überlappungsbereiches, wenn der Betrag der Abweichung der Konzentrizität, welcher in dem Maßschritt gemessen wurde, sich in einem zulässigen Bereich befindet.
Hierdurch ist es möglich, eine Mehrzahl von Schweißköpfen zur umfangsmäßigen Verschweißung zu verwenden, so daß die Positionen des Schweißbeginns und des Endes der Schweißung in Umfangsrichtung gleichförmig gebildet werden. Die umfangsmäßige Verschweißung kann daher unter Beibehaltung der anfänglichen hohen Konzentrizität ausgeführt werden.
Das bedeutet, daß es gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich ist, ein Verfahren zum Verschweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils anzugeben, das in einer höherwertigen Konzentrizität resultiert.
Ein Schritt des Teil-Verschweißens des Überlappungsbereiches zur Erzeugung einer Teil-Schweißstelle an einer Position, welche richtungsmäßig der Richtung der Abweichung gegenüberliegt, nach dem umfangsmäßigen Verschweißen des Überlappungsbereiches, derart, daß die Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt korrigiert wird, wenn der Grad der Abweichung von der Konzentrizität, welcher in einem Meßschritt ermittelt wurde, außerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, kann auch im Verfahren vorgesehen werden.
Da eine Kontraktionskraft oder -spannung am Schweißbeginn bei der umfangsmäßigen Schweißung auftritt, tritt an dem eingesetzten Bauteil eine Neigung in Richtung auf den Schweißbeginn auf. Die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität wird daher im voraus gemessen und der Schweißbeginn wird an eine Position verschoben, welche eine Korrektur der Abweichung zu der Zeit der umfangsmäßigen Verschweißung bedingt. Hierdurch kann die Richtung der Neigung oder Kippung oder der Winkel der Kippung des eingesetzten Bauteils zur Korrektur der Konzentrizität eingestellt werden.
Auch kann ein Schritt der Änderung einer Größe der Aufschmelzung bei der Erzeugung der obigen Teil-Verschweißung gemäß der Größe der Abweichung der Konzentrizität, die in dem Meßschritt ermittelt wurde, vorgesehen sein. Hierdurch kann die Konzentrizität mit hoher Genauigkeit korrigiert werden.
Ein Schritt des Schweißens des gesamten Umfanges des Überlappungsbereiches unter Verwendung eines einzigen Schweißkopfes bei Wahl des Schweißbeginns an einer Position, die richtungsmäßig der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität gegenüberliegt, wenn sich die Größe der Abweichung, die in dem Meßschritt gemessen wurde, außerhalb eines zulässigen Bereiches befindet, kann auch im Verfahren vorgesehen sein. Hierdurch wird der Schweißbeginn an eine Position verlegt, welche die Korrektur der Abweichung zur Zeit der umfangsmäßigen Verschweißung ermöglicht, so daß das umfangsmäßige Verschweißen ausgeführt werden kann, während gleichzeitig die Korrektur der Konzentrizität vorgenommen wird. In diesem Falle kann, da die Korrektur der Konzentrizität zusammen mit dem Vorgang der Verbindung des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils ausgeführt wird, der Schweißprozess vereinfacht werden und die Schweißzeit kann verkürzt werden.
Ein Verfahrensschritt des Messens der Größe der Abweichung der Konzentrizität in dem Meßschritt und das Einstellen einer Position des Schweißendes derart, daß eine Verschweißungs-Überlappungslänge nach dem umfangsmäßigen Verschweißen sich entsprechend der Größe der Abweichung ändert, kann im Verfahren ebenfalls eingebaut sein. Da es möglich ist, die Konzentrizität in Entsprechung mit der genannten Überlappungslänge zu korrigieren, kann die Konzentrizität mit größerer Genauigkeit korrigiert werden.
Ein Schritt des Einsetzens mit Preßsitz beim Einsetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil kann ebenfalls Bestandteil des Verfahrens sein. Hierdurch wirkt die Formänderungsspannung nicht nur auf die zu schweißenden Teile, sondern auch auf Bereiche, die am Preßsitz teilnehmen. Es ist daher möglich, die Spannung in dem zu schweißenden Bereich herabzusetzen, die Dauerfestigkeitsqualität über die Anfangsqualität hinaus zu verbessern und die Betriebslebensdauer zu verlängern.
Gemäß dem dritten und vierten Aspekt der vorliegeden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils und eines eingesetzten Bauteils zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils anzugeben, das in höherwertiger Konzentrizität resultiert.
Es seien nun spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Ein Schweißverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sei nun unter Bezugnahme auf die 1(a) sowie 1(b) bis 10 beschrieben.
Wie in den 1(a) und 1(b) gezeigt ist, werden ein hohles Bauteil 1011 und ein einzusetzendes Bauteil 1012 bereitgestellt, das einzusetzende Bauteil 1012 wird in das hohle Bauteil 1011 eingesetzt und die beiden Bauteile werden in diesem Zustand verschweißt, um ein zusammengesetztes Bauteil 1010 zu bilden.
Zu dieser Zeit werden Teil-Verschweißungen, d. h., Punktschweißungen 1014 an dem Überlappungsbereich 1013 angebracht, in welchem sich das hohle Bauteil 1011 und das eingesetzte Bauteil 1012 überlappen, derart, daß der axiale Abstand L von Ende zu Ende zwischen dem hohlen Bauteil 1011 und dem eingestzten Bauteil 1012 korrigiert wird, was in einem Korrektur-Verschweißungsschritt geschieht, wie in 7(b) verdeutlicht ist.
Als nächstes wird das zusammengesetzte Bauteil 1010, das durch das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform gebildet wurde, näher betrachtet.
Das zusammengesetzte Bauteil 1010 wird in der Ventilkonstruktion 1001 eines Brennstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugmotors verwendet. Wie in den 1(a) und 1(b) dargestellt ist, ist die Ventilkonstruktion 1001 mit einem hohlen Bauteil 1011, d. h., einem Gehäuse, sowie einem eingesetzten Bauteil 1012 versehen, das in das Gehäuse eingesetzt ist, nämlich einem Ventilsitzkörper.
Eine Düsenaufnahme 1200 ist innerhalb des Körpers vorgesehen. Eine Brennstoffseinspritzbohrung 1290 ist in der Mitte der Düsenaufnahme 1200 gebildet.
Weiter ist in dem Gehäuse eine Ventilnadel 1015 angeordnet, welche sich in axialer Richtung mit Bezug auf die Ventilkonstruktion 1010 bewegen kann, d. h., in der Richtung des Pfeiles A, wobei die Ventilnadel an ihrem vorderen Ende ein Düsenteil 1500 aufweist.
Die Ventilnadel 1015 wird durch ein Halteteil 1016 abgestützt, welches eine Feder 1600 aufweist.
Nunmehr werden die Schweißvorrichtungen 1002 und 1020 erläutert, welche bei dem Schweißschritt eingesetzt werden. Jede dieser Vorrichtungen enthält, wie in der 10 gezeigt ist, ein Wellenform-Steuergerät 1021, einen Impulsmodulator 1022, eine Leistungsquelle 1023 und einen Oszillator 1024.
Bei dem regulären Schweißschritt kommt in der Schweißvorrichtung 1002 ein kontinuierlich strahlender CW-YAG-Laser zum Einsatz, während bei dem Korrektur-Schweißschritt in der Schweißvorrichtung 1020 ein gepulster YAG-Laser oder ein CW-YAG-Laser zum Einsatz kommt. Die Laserstrahlen werden von den Oszillatoren 1024 durch Spiegel 1025 übertragen und über optische Fasern 1026 zu den Schweißköpfen 2630 und 2640 weitergegeben.
An den Schweißorten sind Düsenanordnungen 2650 und 2660 zum Zuführen eines Hilfsgases vorgesehen.
Nunmehr sei das Verfahren zur Herstellung der Düsenkonstruktion für das Brennstoffeinspritzsystem unter Anwendung der Verfahrensweise für das Schweißen nach der ersten Ausführungsform im einzelnen erläutert.
Wie in 2 dargestellt ist, werden die erforderlichen Teile bereitgestellt und dann wird das einzusetzende Bauteil 1012, d. h., der Ventilsitzkörper, mit Preßsitz von links mit Bezug auf die in 2 gezeigte Lage in das Gehäuse, d. h., das hohle Bauteil 1011 eingesetzt. Die Ventilnadel 1015, die Feder 1600 und das Halteteil 1016 werden mit Bezug auf die Lage in 2 von rechts mit Preßsitz eingesetzt. Als nächstes werden, wie in 3 deutlich gemacht ist, der Überlappungsbereich 1013 zwischen dem Ventilsitzkörper und dem Gehäuse sowie der Überlappungsbereich zischen dem Halteteil 1016 und dem Gehäuse umfangsmäßig verschweißt.
Dieses umfangsmäßige Verschweißen wird unter Verwendung des Schweißkopfes 2630 der Schweißvorrichtung 1002 von 12 durchgeführt.
Das umfangsmäßige Verschweißen geschieht zu dieser Zeit bei einer Laserausgangsleistung von 300 W, einer Vorschubgeschwindigkeit von 12,5 mm/s, einer Strömungsrate von Argongas von 20 l/min, einer Frequenz von 200 Hz und einem Tastungverhältnis von 50%
Dies stellt einen regulären Verschweißungschritt im ersten Ausführungsbeispiel dar.
Ein Korrektur-Schweißschritt wird nach dem regulären Verschweißungsschritt der ersten Ausführungsform angewendet. Bevor der Korrektur-Schweißschritt erfolgt, wird jedoch folgendermaßen verfahren.
D. h., ein Versuchsteil eines zusammengesetzten Bauteils, das durch umfangsmäßiges Verschweißen von Bauteilen derselben Gestalt und desselben Materials wie das Gehäuse und der Ventilsitzkörper nach der ersten Ausführungsform auch in derselben Weise hergestellt wurde, wird bereitgestellt.
An dem Versuchsteil werden Punktschweißungen mit einem gepulsten YAG-Laser vorgenommen und die Intensität und die Bestrahlungszeit des Laserstrahls, welche für die Korrekturschweißung erforderlich sind, sowie die Beziehung zwischen der Anzahl von Punktschweißungen und der Größe der Kontraktion des axialen Abstandes L von Ende zu Ende werden gemessen.
Die Ergebnisse der Messung sind in dem Diagramm von 9 gezeigt.
Es sei angemerkt, daß die Punktschweißungen zu dieser Zeit bei einer Laserausgangsleistung von 20 J/p, einer Impulsbreite von 20 ms und einer Strömungsrate des Argongases von 10 l/min vorgenommen wurden.
Als nächstes wird, wie in den 4 und 6 gezeigt ist, eine Spule 1031 in der Mitte am Außenumfang des Gehäuses angebracht. Weiter wird auf der linken Seite des Gehäuses ein Kontakt-Abstandsfühler 1032 mit einem Kontakttaster 3200 angeordnet.
In diesem Zustand wird ein Strom durch die Spule 2031 geleitet und der Magnetkreis wird vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand gebracht und die Größe der Bewegung der Ventilnadel 1015 zu dieser Zeit wird durch den Kontakt-Abstandsfühler 1032 gemessen.
Der axiale Abstand L von Ende zu Ende in diesen Zustand (nach dem Ende des regulären Verschweißungsschrittes) wird von der Größe der Bewegung der Ventilnadel 1015 gemessen bzw. abgeleitet
Die Anzahl von Punktschweißungen 1014, die erforderlich ist, um den gewünschten Abstand L zu erhalten, wird aus dem Wert des axialen Abstandes L von Ende zu Ende zum gegenwärtigen Zustand und aus 9 gefunden. Bei der ersten Ausführungsform sind mindestens fünf Punktschweißungen notwendig.
Als nächstes wird die aufgefundene Minimalzahl von Punktschweißungen an dem Überlappungsbereich 1013 angebracht.
Die Reihenfolge der Bildung der Punktschweißungen 1014 wird als nächstes erörtert.
Zu dieser Zeit werden Gruppen von zwei Punktschweißungen in axialsymmetrischer gegenseitiger Lage hergestellt. Es sei hier bemerkt, daß in der Beschreibung und in den Ansprüchen diesbezüglich unter axialsymmetrischer Lage eine symmetrische Lage an mit Bezug auf eine Mittenachse einander symmetrisch, beispielsweise diametral gegenüberliegenden Umfangstellen zu verstehen ist.
Wie in den 5(a), 5(b), 7(a) und 7(b) gezeigt ist, wird an einer geeigneten Position eine erste Punktschweißung (A) erzeugt. Dann wird eine Punktschweißung (B) so angebracht, daß sie in axialsymmetrischer Lagebeziehung mit Bezug auf die Punktschweißung (A) positioniert ist. Als nächstes wird eine Punktschweißung (C) in einer Position im rechten Winkel mit Bezug auf eine Verbindungslinie zwischen den Punktschweißungen (A) und (B) angebracht und dann wird eine Punktschweißung (D) in einer axialsymmetrischen Position mit Bezug auf die Punktschweißung (C) erzeugt. Hierauf wird eine Punktschweißung (E) in der Mitte des umfangsmäßigen Abstandes zwischen den Punktschweißungen (A) und (C) vorgenommen, und eine Punktschweißung (F) wird axialsymmetrisch mit Bezug auf die Punktschweißung (E) erzeugt.
Eine Punktschweißung (G) wird in der Mitte des umfangsmäßigen Abstandes zwischen den Punktschweißungen (C) und (B) vorgenommen und eine Punktschweißung (H) wird in einer axialsymmetrischen Position mit Bezug auf die Punktschweißung (G) angebracht.
Es sei bemerkt, daß die Punktschweißungen auch in der Weise vorgenommen werden können, daß optische Emissionseinheiten oder Laserköpfe von Schweißvorrichtungen an axialsymmetrischen Positionen oder an einander diametral gegenüberliegenden Positionen vorgesehen werden können und das die Punktschweißungen an axialsymmetrischen Positionen gleichzeitig vorgenommen werden.
Wenn weiterhin mehr als acht Punktschweißungen erforderlich sind, dann können sie wiederum in entsprechender Weise in axialsymmetrischer Anordnung vorgesehen werden, wobei ganz ähnlich verfahren wird, wie oben angegeben.
Das Punktschweißen zu dieser Zeit wird unter Verwendung der Schweißvorrichtung 1020 von 10 durchgeführt.
Die Punktschweißung (A) wird durch den Schweißkopf 2640 an der Ventilkonstruktion 1001 nach Ausführung des regulären Verschweißungsschrittes durch den Schweißkopf 2630 angebracht, wonach die Konstruktion in Richtung des Pfeiles V gedreht wird und die Punktschweißung (B) erzeugt wird. Die Konstruktion wird dann weiter gedreht, so daß der Ort für die Anbringung des Schweißpunktes (C) unmittelbar unter den Schweißkopf 2640 gelangt und die Punktschweißung wird ausgeführt.
Es werden dann Gruppen von Punktschweißungen nacheinander an axialsymmetrisch gelegenen Positionen bei ähnlicher Verfahrensweise erzeugt.
8 ist ein Diagramm, in welchem Werte der tatsächlichen Längen des Abstandes L beim regulären Verschweißungsschritt und beim Korrektur-Verschweißungsschritt aufgetragen sind. Es sei bemerkt, daß in 8 die Größe „Y” den zulässigen Bereich der Längenabmessungen L bezeichnet.
Wie in der Zeichnung gezeigt, wurde erkannt, daß durch Anbringung der Punktschweißungen im Korrektur-Verschweißungsschritt die Länge von L allmählich verringert werden kann und das die Länge von L den zulässigen Bereich mit der fünften Punktschweißung erreicht.
Die Vorgänge und Effekte bei der ersten Ausführungsform seien als nächstes erklärt.
Bei der ersten Ausführungsform wird ein Korrektur-Verschweißungsschritt durch Anbringung von Punktschweißungen 1014 am Überlappungsbereich 1013 vorgesehen, so daß der axiale Abstand L von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteils 1010 korrigiert wird.
Durch Erzeugen der Punktschweißungen 1014 treten Zusammenziehungskräfte auf, und, wie in den 8 und 9 gezeigt ist, zieht sich der axiale Abstand L von Ende zu Ende zusammen. Durch geeignetes Ändern der Anzahl oder Lage oder anderer Schweißbedingungen der Punktschweißungen 1014 entsprechend der Größe der Korrektur ist es möglich, die Größe der Kontraktionsspannung oder der Kontraktionskraft zu steuern. Dies bedeutet, daß die Größe der Zusammenziehung gesteuert werden kann.
Es ist daher möglich, den axialen Abstand L von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteils 1010 zu korrigieren.
Weiter ist festzustellen, daß bei der ersten Ausführungsform kein Abstandshalter oder ein anderes besonderes Bauteil verwendet wird, so daß die Herstellungskosten und die Materialkosten herabgesetzt werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird daher erreicht, daß ein Verfahren zum Schweißen eines zusammengesetzten Bauteils geschaffen werden kann, das in einer hohen abmessungsmäßigen Genauigkeit in axialer Richtung resultiert.
Es ist auch anzumerken, daß es möglich ist, den Korrektur-Verschweißungsschritt und die Messung des Abstandes L wiederholt durchzuführen, d. h., die erforderliche Anzahl von Punktschweißungen 1014 nach dem obigen Vorgehen herzustellen, dann wieder die Spule anzubringen und die Länge von L an den betreffenden Zeitpunkt aus der Größe der Bewegung der Ventilnadel abzuleiten, bis die Länge L schließlich deutlich in den zulässigen Bereich fällt.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes erfolgt die Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei in diesem Falle der Korrektur-Verschweißungsschritt und der reguläre Verschweißungsschritt gemäß 11 gleichzeitig durchgeführt werden.
Die Vorrichtungen gemäß 10 für die erste Ausführungsform werden auch als Schweißvorrichtungen hier verwendet. In der zweiten Ausführungsform werden jedoch die beiden Schweißköpfe 2630 und 2640 gleichzeitig eingesetzt.
Weiter kann auch nur ein einziger Schweißkopf verwendet werden, wenn er in geeigneter Weise gesteuert werden kann.
Wie in 11 angedeutet ist, wird das zusammengesetzte Bauteil 1010 in Richtung des Pfeiles V von 11 gedreht. Beim Drehen des zusammengesetzten Bauteils wird der reguläre Verschweißungsschritt durch den Schweißkopf 2630 ausgeführt, während die Punktschweißung von dem Schweißkopf 2640 von dem Bereich aus durchgeführt wird, in dem der reguläre Verschweißungsschritt beendet ist.
Es ist in diesem Zeitpunkt auch möglich, den Korrektur-Verschweißungsschritt während der Messung des axialen Abstandes L von Ende zu Ende in Echtzeit durchzuführen, wobei ein Kontakt-Abstandsfühler Anwendung findet, u. s. w..
Die übrigen Einzelheiten sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform. Weiter sind auch die Vorgänge und Effekte analog der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Während bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Abstand von Ende zu Ende durch Punktschweißungen korrigiert wurden, ist es zur Ausführung des Korrektur-Verschweißungsschrittes ebenfalls möglich, einen CW-YAG-Laser einzusetzen, um Teil-Verschweißungen mit vorbestimmter Länge in Umfangsrichtung am Überlappungsbereich des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils zu erzeugen. Auch bei der dritten Ausführungsform ist es vorzuziehen, die Größe der Aufschmelzung, welche für die Korrektur erforderlich ist, zu ermitteln, indem die Größe im voraus berechnet wird, der Wert dann durch zwei oder drei geteilt wird und dann Teil-Verschweißungen an axialsymmetrischen Positionen vorgesehen werden.
Vierte Ausführungsform
Als nächstes wird ein Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 14(a) und 14(b) sowie 15 bis 24 erläutert.
Wie in den 14(a) und 14(b) sowie 15 gezeigt ist, werden ein hohles Bauteil 11 und ein einzusetzendes Bauteil 12 bereitgestellt. Das einzusetzende Bauteil 12 wird in das hohle Bauteil 11 eingesetzt und die beiden Bauteile werden in diesem Zustand miteinander verbunden, um ein zusammengesetztes Bauteil 1 zu erhalten. Während dieses Vorgangs wird ein Korrektur-Verschweißungsschritt ausgeführt, wobei eine Teil-Verschweißung 14 an dem Überlappungsbereich 13 erzeugt wird, in welchem sich das hohle Bauteil 11 und das eingesetzte Bauteil 12 überlappen, so daß die Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils 1 korrigiert wird.
Es sei nun das zusammengesetzte Bauteil 1 nach der vierten Ausführungsfrom naher betrachtet.
Das zusammengesetzte Bauteil 1 dient als Ventilkonstruktion 3 für ein Brennstoffeinspritzsystem eines Automobilmotors. Wie aus 14(a) und 14(b) ersichtlich, besitzt die Ventilkonstruktion 3 ein hohles Bauteil 11, d. h., ein Halteteil, sowie ein eingesetztes Bauteil 12, d. h., ein Rohrstück, welches in das Halteteil eingesetzt ist. Das Halteteil hat zylindrische Gestalt mit einem abgeschlossenen Boden. Der zylindrische Körper 315 ist in das Halteteil 11 eingesetzt und daran angepaßt.
Der Überlappungsbereich 331, in welchem sich das Halteteil und der zylindrische Körper überlappen, und der Überlappungsbereich 13, in welchem sich das Halteteil und das Rohrstück überlappen, sind umfangsmäßig geschweißt. Die Bezugszahlen 140 und 340 bezeichnen diese Umfangsschweißungen.
Als nächstes sei 15 betrachtet. Eine Teil-Verschweißung 14 ist so vorgesehen, daß sie die Umfangsverschweißung 140 überlappt.
Der Maximaldurchmesser des Halteteiles beträgt 18 mm, der Außendurchmesser des Körpers 315 beträgt 8 mm und der Außendurchmesser des Rohrstückes beträgt 11 mm.
Das Verfahren zur Herstellung der Ventilkonstruktion des Brennstoffeinspritzsystems unter Verwendung des Schweißverfahrens gemäß der vierten Ausführungsform sei nun im einzelnen erläutert.
Wie in den 14(a) und 14(b) gezeigt ist, werden die erforderlichen Teile bereitgestellt und dann werden der Körper 315 und das einzusetzende Bauteil 1012, d. h., das Rohrstück 11, mit Preßsitz in das Halteteil, d. h., das hohle Bauteil 11, eingeführt, worauf die Überlappungsbereiche 13 und 331 umfangsmäßig geschweißt werden.
Die umfangsmäßige Schweißung zu dieser Zeit wird bei einer Laserausgangsleistung von 300 W, einer Vorschubgeschwindigkeit von 12,5 mm/sec, einer Strömungsrate des Argongases von 20 l/min, einer Frequenz 200 Hz und einem Tastungsverhältnis von 50% durchgeführt. Dies ist also der reguläre Schweißschritt bei der vierten Ausführungsform. Ein Korrektur-Verschweißungsschritt wird nach Durchführung des regulären Schweißschrittes der ersten Ausführungsform durchgeführt. Vor Durchführung des Korrektur-Verschweißungsschrittes wird jedoch der folgende Aufschmelzbestimmungsschritt eingeschaltet.
Das bedeutet, es wird ein Versuchsteil eines zusammengesetzten Bauteils hergestellt, das durch umfangsmäßiges Verschweißen von Teilen derselben Gestalt und desselben Materials wie das Halteteil und das Rohrstück des vierten Ausführungsbeispiels in der selben Weise wie oben angegeben gebildet wurde.
Das Versuchsteil wird punktgeschweißt und die Intensität und Bestrahlungszeit des Laserstrahls für die Korrektur-Verschweißung, oder die Beziehung zwischen dem Schweißbereich (Winkel) der Teil-Verschweißung in der Umfangsrichtung des hohlen Bauteils und die Deformation werden gemessen.
Die Ergebnisse der Messung für die vierte Ausführungsform sind in dem Diagramm von 22 aufgetragen.
Die Teil-Verschweißung wird an den Überlappungsbereichen des zusammengesetzten Bauteils durchgeführt. Der Schweißbereich der Teil-Verschweißung in Umfangsrichtung des hohlen Bauteils ist als Winkelwert auf der Abszisse von 22 aufgetragen. Das bedeutet, daß man beim Schweißen des gesamten Umfangs des Überlappungsbereichs einen Schweißbereich von 360 Grad erhielte, während man beim Herstellen einer Teil-Verschweißung über den halben Umfang des Überlappungsbereichs einen Schweißbereich von 180 Grad erhält.
Weiter zeigt die Deformationsgröße auf der Ordinate den Betrag der Deformation der Konzentrizität des eingesetzten Bauteils gegenüber dem hohlen Bauteil in Richtung auf die Mitte des Schweißbereichs der Teil-Verschweißung.
Wie aus 22 deutlich wird, nimmt dann, wenn der Schweißbereich groß gemacht wird, die Deformation der Konzentrizität bis zu einem Schweißbereich von 180 Grad zu. Wenn aber der Schweißbereich über 180 Grad hinausgeht, dann fällt die Deformation allmählich wieder ab. Selbst wenn eine umfangsmäßige Verschweißung vorgenommen wird (Schweißbereich von 360 Grad) bleibt jedoch eine Deformation von etwa 10 μm, da die Größe der Aufschmelzung des Materials an dem Schweißbeginn und am Verschweißungsende größer als in anderen Bereichen ist.
Es sei bemerkt, daß die Teilverschweißung zu dieser Zeit unter denselben Bedingungen vorgenommen wird, wie sie bei der umfangsmäßigen Verschweißung herrschen, doch wird der Schweißwinkel geändert oder man ändert die Öffnungszeit und Schließungszeit des Verschlusses der Laserstrahl-Emmissionseinheit in der Schweißvorrichtung.
Es ist jedoch nicht notwendig, die Bedingungen für die Erzeugung der Teil-Verschweißung mit denjenigen für die umfangsmäßige Verschweißung gleich zu machen. Beispielsweise kann der Laserausgang auch geändert werden. In diesem Falle bewegt sich die Kurve von 22 parallel nach aufwärts oder nach abwärts, so daß es auch möglich ist, den Bereich der Deformation, welcher erforderlich ist, im voraus zu untersuchen und den Laserausgang entsprechend einzustellen.
Als nächstes wird, wie in 16 gezeigt, die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils 1 unter Verwendung einer Meßuhr 4 in einem Meßschritt ausgemessen.
Die Richtung der Abweichung und die Größe der Abweichung von der Konzentrizität, welche zu ermitteln sind, werden nachfolgend näher betrachtet.
18(a) ist eine Aufsicht auf ein zusammengesetztes Bauteil 1, während 18(b) eine Seitenansicht ist. Wie in 18(a) dargestellt bezeichnet der Winkel θ1 zwischen der Bezugslinie X, welche durch die Mittelachse G1 des hohlen Bauteils 11 geht, und der Linie Y, welche von G1 nach G2 verläuft, die Richtung der Abweichung.
Wie weiter aus 18(b) zu erkennen ist, ist der Winkel zwischen der Mittelachse G1 des hohlen Bauteils 11 und der Mittelachse G2 des eingesetzten Bauteils 12 die Größe der Abweichung θ2.
Es sei bemerkt, daß in den 18(a) und 18(b) das hohle Bauteil 11 und das eingesetzte Bauteil 12 vereinfacht dargestellt sind.
Die Position der Anbringung der Teil-Verschweißung 14 und die Größe usw. der Teil-Verschweißung, welche zur Korrektur der Konzentrizität erforderlich sind, werden aus 22 bestimmt, und die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung werden gemessen.
Die Position der Anbringung der Teil-Verschweißung ist ein Bereich, der um einen Punkt SA zentriert ist, welcher der Schnittpunkt der Linie L, die sich von G2 nach G1 erstreckt, mit dem Außenumfang des hohlen Bauteils 11 ist, wie in 19 dargestellt ist.
Wie aus 17 zu ersehen strahlt der Laserstrahl 260 in solcher Weise, daß eine Teil-Verschweißung 14 in einem Bereich erzeugt wird, der eine Deformation ergibt, durch die die Große der Abweichung (siehe 22) korrigiert werden kann. Es sei bemerkt, daß die Bezugszahl 263 einen Laserschweißkopf zum Emittieren des Laserstrahls 260 (siehe 24) bezeichnet.
Beispiele der Gestalt der Teil-Verschweißung 14, welche zu dieser Zeit erzeugt wird, sind in den 20(a) und 20(b) gezeigt.
20(a) zeigt eine punktförmige Teil-Verschweißung 14. 20(b) zeigt eine linienförmige Teil-Verschweißung 14. Die Gestalt und der Schweißbereich oder der Verschweißungs-Umfangswinkel der Teil-Verschweißung 14 werden in geeigneter Weise entsprechend der Größe der Abweichung eingestellt, welche es zu korrigieren gilt.
Wenn die Konzentrizität nach Herstellung der Teil-Verschweißung 14 in der beschriebenen Weise gemessen wird und sich herausstellt, daß der Betrag der verbleibenden Abweichung zu groß ist, so ist es möglich, den Korrektur-Verschweißungsschritt zu wiederholen. Wenn insbesondere das Korrigieren der Konzentrizität durch Bildung einer punktförmigen Teil-Verschweißung geschieht, so ist es möglich, die Konzentrizität mit größerer Genauigkeit zu korrigieren, indem abwechselnd die Korrektur-Schweißung und das Messen der Konzentrizität wiederholt werden. Dies bildet den Korrektur-Verschweißungsschritt.
Als nächstes wird die Korrektur der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils, welches entsprechend dem Verfahren nach der vierten Ausführungsform geschweißt worden ist, vermessen. Die Ergebnisse sind in 21 aufgezeigt. Diese sei nachfolgend erläutert.
In 21 ist die jeweilige Spur der Mittelachse des eingesetzten Bauteils relativ zur Spur der Mittelachse des hohlen Bauteils nach dem Ende der umfangsmäßigen Verschweißung für fünf unterschiedliche zusammengesetzte Bauteile eingetragen. Die Punkte „a”, „b”, „c”, „d1” und „d2” in Gestalt von schwarz ausgefüllten Kreisen zeichnen die Positionen der Spuren der Mittelachsen der eingesetzten Bauteile für die unterschiedlichen zusammengesetzten Bauteile. Weiter ist G1 die Spur der Mittelachse des hohlen Bauteils 11.
Wie in 21 gezeigt hat der Punkt a eine Abweichungsrichtung gegenüber der Spur der Mittelachse G1 von 145 Grad und einen Betrag der Abweichung von 7,5 μm. Die anderen Punkte haben entsprechende Größen der Abweichung und entsprechende Richtungen der Abweichung gegenüber dem der Mittelachse G1 entsprechenden Punkt.
Ein Laserstrahl aus der Richtung A wird auf dem Überlappungsbereich des eingesetzten Bauteils, dessen Mittelachse mit ihrer Spur an dem Punkt „a” liegt, und des hohlen Bauteils gerichtet, um eine Korrekturschweißung vorzunehmen. Vorliegend ist die Richtung A dieselbe wie diejenige der Linie, welche sich auf der Verlängerung der die Punkte „a” und G1 verbindenden Linie zum äußeren Umfang des zusammengesetzten Bauteils hin erstreckt.
D. h., der Laserstrahl wird auf dem Überlappungsbereich an einer Position fokussiert, die entgegengesetzt zu der Richtung der Abweichung des eingesetzten Bauteils orientiert ist.
Als Folge dieses Korrekturverschweißungsschrittes verschiebt sich die Mittelachse des eingesetzten Bauteils, deren Spur an der Position „a” lag, auf die Position „a'”. Die Richtung der Abweichung von „a'” bleibt 145 Grad, doch die Größe der Abweichung wurde auf 5 μm vermindert. Durch dieselben Maßnahmen werden die Größen der Abweichung der Punkte „b”, „c”, „d1”, „d2” durch Korrektur-Verschweißungsschritte reduziert.
Die Vorgänge und Effekte bei der vierten Ausführungsform werden nachfolgend näher betrachtet.
Die Anbringung der Teil-Verschweißung 14 verursacht eine Zusammenziehungsspannung, so daß eine Neigung oder Kippung in Richtung auf die Lage der angebrachten Teil-Verschweißung 14 an dem eingesetzten Bauteil 12 auftritt.
Durch Vorsehen eines Korrektur-Verschweißungsschrittes, durch den eine Teil-Verschweißung 14 erzeugt wird, basierend auf den Basisdaten, welche im voraus bei dem Aufschmelz-Bestimmungsschritt bestimmt wurden, ist es möglich, die Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils 1 in dem Zustand zu korrigieren, in welchem die Mittelachse G1 und die Mittelachse G2 nicht ausgerichtet sind (siehe 18(a) und 18(b)), um ein zusammengesetztes Bauteil 1 höherwertiger Konzentrizität zu erhalten.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist es daher möglich, ein Verfahren zum Schweißen eines zusammengesetzten Bauteils erhöhter Konzentrizität zu verwirklichen.
Fünfte Ausführungsform
Es folgt nun die Erläuterung eines Verfahrens zum Schweißen gemäß einer funften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 23(a) und 23(b) sowie 24.
Die in der fünften Ausführungsform verwendete Schweißvorrichtung 2 ist in 24 dargestellt und enthält eine Wellenform-Steuereinrichtung 21, einen Impulsmodulator 22, eine Leistungsquelle 23 und einen Oszillator 24.
Der Laserstrahl 240 aus dem Oszillator 24 wird durch den Spiegel 251 und den Spiegel 252 in Laserstrahlen 241 und 242 aufgespalten. Diese werden über optische Fasern 261 bzw. 262 abwechselnd oder gleichzeitig zu den Schweißköpfen 263 und 264 geführt, um Laserstrahlen 260 gebündelt auf das zusammengesetzte Bauteil 1 zu richten.
Düsenanordnungen 265 und 266 dienen zur Zuführung eines Hilfsgases zu den Schweißorten.
Das Schweißverfahren nach der fünften Ausführungsform sei nun erklärt.
Zuerst wird das einzusetzende Bauteil 12 mit Preßsitz in das hohle Bauteil 11 eingesetzt. Dann werden die Richtung der Abweichung und der Betrag der Abweichung von der Konzentrzität zwischen den beiden Bauteilen (siehe 18(a) und 18(b)) in diesem Zustand gemessen. Dieser Meßschritt wird unter Verwendung einer Meßuhr (siehe 16) ausgeführt.
Wenn der Betrag der Abweichung zu dieser Zeit innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, wie in 23(a) dargestellt ist, so werden die beiden Schweißköpfe 263 und 264 der Schweißvorrichtung 2 in Positionen gestellt, in denen sie sich über das zusammengesetzte Bauteil hinweg gegenüberstehen und das noch nicht verschweißte zusammengesetzte Bauteil 11 wird in der Mitte zwischen den Schweißköpfen angeordnet. Die Laserstrahlenbündel 260 werden dann gezündet, während das zusammengesetzte Bauteil 1 relativ zu den Schweißköpfen 263 und 264 gedreht wird. Dies bewirkt, daß der gesamte Überlappungsbereich 13 umfangsmäßig verschweißt wird.
Ist aber der Betrag der Abweichung größer als der zulässige Bereich, wie dies in 23(b) dargestellt ist, so wird ein Schweißkopf 264 dazu eingesetzt, umfangsmäßig den gesamten Überlappungsbereich 13 zu verschweißen, wobei die Richtung der Abweichung die Wahl der Position des Schweißbeginns und des Schweißendes bestimmt.
Wenn in dem Schweißverfahren nach der fünften Ausführungsform die Konzentrizität innerhalb eines zulässigen Bereiches in demjenigen Fertigungszustand liegt, in welchem das einzusetzende Bauteil 12 durch Preßsitz in das hohle Bauteil 11 eingesetzt ist, so ist es möglich, die beiden Schweißköpfe 263 und 264 für die umfangsmäßige Verschweißung so einzusetzen, daß der Schweißbeginn und das Schweißende in Umfangsrichtung gleichförmig positioniert sind. Es ist daher möglich, die umfangsmäßige Schweißung vorzunehmen, ohne daß bei anfänglicher guter Konzentrizität eine Verschlechterung eintritt.
Wenn weiter die Konzentrizität außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, so ist es erfindungsgemäß möglich, die umfangsmäßige Verschweißung unter gleichzeitiger Korrektur der Konzentrzität vorzunehmen, da, wie oben beschrieben, der Verschweißungsbeginn und das Verschweißungsende an Stellen zu liegen kommen, die zu einer Korrektur der Abweichung der umfangsmäßigen Verschweißung führen.
Da es auf diese Weise möglich ist, die Korrektur der Konzentrizität bei dem Verbinden des hohlen Bauteils 11 und des eingesetzten Bauteils 12 abzuschließen, ist es bei dem Schweißverfahren nach dem fünften Ausführungsbeispiel möglich, den Prozeß zu vereinfachen. Weiter kann die Schweißzeit verkürzt werden.
Ferner kann die Lage der Verschweißung entsprechend der Größe der Abweichung geändert und eingestellt werden. Das bedeutet, daß dann, wenn der Betrag der Abweichung groß ist, es möglich ist, mit dem Schweißen fortzufahren, selbst wenn die umfangsmäßige Verschweißung vervollständigt ist, so daß der Verschweißungsbeginn und das Verschweißungsende einander überlappen.
Nachdem es möglich ist, die Korrektur der Konzentrizität entsprechend der Überlappungslänge zu steuern, ist es ferner möglich, die Konzentrizität mit größerer Genauigkeit zu korrigieren.
Wenn weiterhin der Betrag der Abweichung außerhalb des zulässigen Bereiches liegt, ist es selbstverständlich möglich, erst die umfangsmäßige Verschweißung vorzunehmen und dann den Korrektur-Verschweißungsschritt wie bei der vierten Ausführungsform vorzusehen.
Es sei bemerkt, daß in der vierten und in der fünften Ausführungsform das umfangsmäßige Verschweißen des Überlappungsbereiches als Beispiel angegeben ist, so daß eine Luftdichtigkeit des gesamten Bauteils sichergestellt ist. Ist aber die Luftdichtigkeit nicht erforderlich, so ist es auch möglich, das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil durch diejenigen Schweißungen miteinander zu verbinden, die zur Korrektur der Konzentrzität in dem Korrektur-Verschweißungsschritt angebracht werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, die zur Illustration gewählt wurden, versteht es sich für den Fachmann, daß zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß hierdurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines hohlen Bauteils (1011) und eines einzusetzenden Bauteils (1012); b) Einsetzen des einzusetzenden Bauteils in das hohle Bauteil; Teil-Verschweißen eines Überlappungsbereiches (1013), in welchem sich das hohle Bauteil (1011) und das eingesetzte Bauteil (1012) überlappen, um einen axialen Abstand (M, M₁, M₂, M') von Ende zu Ende des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt zu korrigieren, wozu folgende weiteren Schritte durchgeführt werden: c) Bestimmen der Größe einer Aufschmelzung vor dem Korrektur-Verschweißungsschritt in einem Aufschmelz-Bestimmungsschritt; d) Durchführen des Korrektur-Verschweißungsschrittes entsprechend der Größe der Aufschmelzung, welche in dem Aufschmelz-Bestimmungsschritt ermittelt wurde; e) Messen des axialen Abstandes von Ende zu Ende des zusammengesetzten Bauteils für jeden Korrektur-Verschweißungsschritt in einem Meßschritt; und f) Fortsetzen des Korrektur-Verschweißungsschrittes so lange, bis der axiale Abstand von Ende zu Ende eine vorbestimmte Länge erreicht.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010) nach Anspruch 1, bei welchem das hohle Bauteil (1011) und das eingesetzte Bauteil (1012) durch Teil-Verschweißungen (1014), welche in dem Korrektur-Verschweißungsschritt erzeugt werden, miteinander verbunden werden.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiter das umfangsmäßige Verschweißen des gesamten Umfangs des Überlappungsbereiches des hohlen Bauteils und des eingesetzten Bauteils in einem regulärem Verschweißungsschritt beinhaltet.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010) nach Anspruch 3, wobei der Korrektur-Verschweißungsschritt und der reguläre Verschweißungsschritt durch eine Mehrzahl von Schweißköpfen (2630, 2640) gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das eingesetzte Bauteil mit Preßsitz in das hohle Bauteil eingesetzt wird.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (1011) und eines eingesetzten Bauteils (1012) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1010) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine Gruppe von Teil-Schweißungen in dem Korrektur-Verschweißungsschritt an axial symmetrischen Positionen (A–H) am Überlappungsbereich (1013) erzeugt werden.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines hohlen Bauteils (11) und eines einzusetzenden Bauteils (12); Einsetzen des einzusetzenden Bauteils (12) in das hohle Bauteil (11), und Teil-Verschweißen (14) eines Überlappungsbereiches (13) des hohlen Bauteils (11) und des eingesetzten Bauteils (12) zur Korrektur der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 7, wobei das hohle Bauteil (11) und das eingesetzte Bauteil (12) durch Teil-Verschweißungen (14), die in dem Korrektur-Verschweißungsschritt erzeugt werden, miteinander verbunden werden.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 7, wobei das Verfahren weiter das Verschweißen des gesamten Umfanges des Überlappungsbereiches (13) des hohlen Bauteils (11) und des eingesetzten Bauteils (12) in einem regulären Verschweißungsschritt umfaßt.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 7, wobei das Verfahren weiter die aufeinander folgenden Ausführungen des Korrektur-Verschweißungsschrittes (14) und des regulären Verschweißungsschrittes (140) vorsieht.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Verfahren weiter folgende Schritte umfaßt: Messen (4) der Größe der Abweichung und der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils (1) für jeden Korrektur-Verschweißungsschritt (14); und Fortsetzen des Korrektur-Verschweißungsschrittes so lange, bis die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität in einen gewünschten Bereich fallen.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Verfahren weiter folgendes vorsieht: Bestimmen der Position der Bildung einer Teil-Verschweißung (14) und einer Größe der Aufschmelzung in Entsprechung mit Basisdaten, die im voraus für die Größe der Abweichung und die Richtung der Abweichung von der Konzentrizität gesammelt worden sind; und Durchführen des Korrektur-Verschweißungsschrittes (14) entsprechend der Größe der Aufschmelzung, wie sie in dem Aufschmelzungs-Bestimmungsschritt ermittelt worden ist.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) mit folgenden Schritten. Bereitstellen eines hohlen Bauteils (11) und eines einzusetzenden Bauteils (12); Einsetzen des einzusetzenden Bauteils (12) in das hohle Bauteil (11); Messen (4) der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in einem Meßschritt; und umfangsmäßiges Schweißen (140) des gesamten Umfanges eines Überlappungsbereiches (13), in welchem sich das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, wobei die Position für den Schweißbeginn an einer Stelle richtungsmäßig entgegen der Abweichungsrichtung von der Konzentrizität gewählt wird.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 13, welches weiter folgende Schritte umfaßt: Messen (4) der Größe der Abweichung von der Konzentrizität in dem genannten Meßschritt, und Einstellen der Position eines Endes der Schweißung derart, daß sich nach der umfangsmäßigen Verschweißung eine Überlappungslänge der Verschweißung entsprechend der Größe der Abweichung ändert.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1), mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines hohlen Bauteils (11) und eines einzusetzenden Bauteils (12); Einsetzen des einzusetzenden Bauteils (12) in das hohle Bauteil (11); Messen (4) der Richtung der Abweichung und einer Größe der Abweichung von der Konzentrizität der beiden Bauteile in einem Meßschritt; und umfangsmäßiges Schweißen (140) des gesamten Umfanges des Überlappungsbereiches, in welchem sich das hohle Bauteil und das eingesetzte Bauteil überlappen, wobei eine Mehrzahl von Schweißköpfen (263, 264), welche axialsymmetrisch angeordnet sind, dazu veranlaßt wird, relativ zu dem Umfang des Überlappungsbereichs umzulaufen, wenn die Größe der Abweichung von der Konzentrizität, die in dem Meßschritt gemessen wurde, sich innerhalb eines zulässigen Bereiches befindet.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 15, wobei weiter folgendes vorgesehen ist: Teil-Verschweißen (14) des Überlappungsbereichs zur Bildung einer Teil-Verschweißung an einer Position, welche richtungsmäßig der Richtung der Abweichung entgegengesetzt ist, nach dem umfangsmäßigen Verschweißen (140) des Überlappungsbereiches, derart, daß die Konzentrizität des zusammengesetzten Bauteils in einem Korrektur-Verschweißungsschritt korrigiert wird, wenn die Größe der Abweichung der Konzentrizität, die in dem Meßschritt gemessen worden ist, außerhalb des zulässigen Bereiches liegt.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 16, welches weiter vorsieht, daß entsprechend der Größe der Abweichung von der Konzentrizität, welche in dem Meßschritt gemessen wurde, eine Größe der Aufschmelzung geändert wird, wenn die genannte Teil-Verschweißung (14) vorgenommen wird.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 16, wobei das Verfahren weiter vorsieht, daß der gesamten Umfang des Überlappungsbereiches unter Verwendung eines einzigen Schweißkopfes (260) geschweißt wird, wobei als Position des Schweißbeginns eine Stelle gewählt wird, die richtungsmäßig der Richtung der Abweichung von der Konzentrizität entgegengesetzt ist, wenn die Größe der Abweichung, die in dem Meßschritt gemessen wurde, außerhalb eines zulässigen Bereiches liegt.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach Anspruch 18, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Messen (4) einer Größe einer Abweichung von der Konzentrizität in dem genannten Meßschritt; und Einstellen einer Position eines Schweißendes derart, daß eine Länge der Verschweißungsüberlappung nach Durchführung der umfangsmäßigen Verschweißung sich entsprechend mit der Größe der Abweichung ändert.
Verfahren zum Schweißen eines hohlen Bauteils (11) und eines eingesetzten Bauteils (12) zur Bildung eines zusammengesetzten Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 19, bei welchem das eingesetzte Bauteil mit Preßsitz in das hohle Bauteil eingesetzt ist.