DE102007060114A1

DE102007060114A1 - Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren, Baueinheit und Verwendung einer Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen

Info

Publication number: DE102007060114A1
Application number: DE102007060114A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Wibbeke; Christof Glodek
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-18
Also published as: IT1392136B1; ITGE20080095A1; FR2924963A1

Abstract

Ein Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte (5) mit abgasführenden Rohren (1) umfasst die Schritte des Einspannens mindestens eines Rohres (1) in eine Spannvorrichtung, des Anlegens einer Flanschplatte (5) an ein Ende (4) des mindestens einen Rohres (1) sowie eines Bewegens der Flanschplatte (5) und des mindestens einen Rohres (1) unter Druck relativ zueinander, um dieselben durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Eine entsprechende Baueinheit umfasst dann eine Vielzahl von Rohren (1), die über eine Reibschweißnaht mit der Flanschplatte (5) verbunden sind. Ferner wird eine Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen mit Reibschweißaggregaten für die Verbindung von abgasführenden Rohren mit einer Flanschplatte verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren, eine Baueinheit sowie eine Verwendung einer Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen.
Aus der DE 103 33 783 ist ein Verfahren zum Orbital-Reibschweißen bekannt, bei dem Reibschweißaggregate Werkstücke gegeneinander drücken, um die Werkstücke unter Einleitung von Schwingungsenergie in der Fügeebene miteinander zu verschweißen. Ein solches Schweißverfahren wird insbesondere zur Verbindung von Metallprofilen eingesetzt, um Rahmen und Gestelle herzustellen.
Zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren sind zudem Schmelzschweißverfahren bekannt, bei denen die einzelnen Rohre mit der Flanschplatte verschweißt werden. Aufgrund der beschränkten Zugänglichkeit der Brenner ist dieses Verfahren vergleichsweise aufwendig. Zudem werden beim Verschweißen die Bauteiloberflächen durch Schweißspritzer und Zunderbildung verunreinigt, was für aufwendige Nacharbeiten sorgt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren sowie eine entsprechende Baueinheit zu schaffen, die eine effektive Herstellung und stabile Verbindung einer Einheit aus Flanschplatte und abgasführenden Rohren erreichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte mit abgasführenden Rohren mit den Merkmalen des Anspruches 1, einer Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruches 6, sowie einer Verwendung einer Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zunächst mindestens ein Rohr in eine Spannvorrichtung eingespannt und dann eine Flanschplatte an ein Ende des mindestens einen Rohres angelegt. Anschließend werden die Flanschplatte und das mindestens eine Rohr unter Druck relativ zueinander bewegt und dieselben durch Reibschweißen miteinander verbunden. Dies führt zu einer stoffschlüssigen Verbindung der Flanschplatte mit ein oder mehreren abgasführenden Rohren, so dass ein aufwendiges Schmelzschweißverfahren, wie MAG-Schweißen, nicht mehr notwendig ist. Zudem entfallen die notwendigen Nachbearbeitungsschritte beim Verschweißen, wie z. B. Richten der Rohre und Entfernen von Schweißspritzern, da beim Reibschweißen die Oberflächen nicht verunreinigt werden. Zudem ist es auch möglich, nicht rundsymmetrische Rohre zu verschweißen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Rohre in die Spannvorrichtung eingespannt und die Rohre gleichzeitig durch Reibschweißen mit der Flanschplatte verbunden. Dadurch kann die Taktzeit beim Herstellen einer Flanschplatte mit mehreren abgasführenden Rohren reduziert werden, was die Herstellungskosten senkt.
Die Rohre können dabei zum Verbinden mit der Flanschplatte mit einer ebenen Stirnseite gegen die Flanschplatte gedrückt werden. Es ist auch möglich, die Rohre vor dem Verbinden mit der Flanschplatte endseitig aufzutulpen, um dann ein aufgetulptes Rohrende mit der Flanschplatte zu verbinden. Dadurch wird die Reibfläche zwischen Flanschplatte und Rohrende erhöht. Zudem kann auch eine größere Kraftübertragung zwischen Rohr und Flanschplatte stattfinden.
Vorzugsweise werden die Rohre und die Flanschplatte multiorbital zueinander bewegt, um eine gute stoffschlüssige Verbindung zwischen den Rohren und der Flanschplatte zu schaffen. Durch Überlagerung der Druckspannung und der Reibungswärme wird eine entsprechende Verbindung geschaffen.
Erfindungsgemäß wird auch eine Baueinheit umfassend eine Flanschplatte mit einer Vielzahl von abgasführenden Rohren bereitgestellt, die mit einem Ende an der Flanschplatte festgelegt sind, wobei die Rohre über eine Reibschweißnaht mit der Flanschplatte verbunden sind. Die Rohre können dann an dem zur Flanschplatte gegenüberliegenden Ende mit einem Sammler für die Abgase verbunden sein.
Eine Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen mit Reibschweißaggregaten, die gegeneinander gedrückt relativ zueinander bewegbar sind, um Werkstücke miteinander zu verbinden, wird erfindungsgemäß für mindestens ein abgasführendes Rohr verwendet, insbesondere für Fahrzeuge, das in eine Spannvorrichtung eingespannt wird, und dann über Reibschweißen mit einer Flanschplatte verbunden wird. Durch die Verwendung der Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen können abgasführende Rohre effektiv mit einer Flanschplatte verbunden werden, wobei gleichzeitig auch mehrere Rohre mit der Flanschplatte verbunden werden können. Zudem können auch nicht kreisförmige Rohre verschweißt werden. Die Oberflächen der Fügeteile können dabei unterschiedlich beschichtet sein, beispielsweise ist es auch möglich austenitische Edelstähle miteinander zu verschweißen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fügevorganges gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Ansicht eines Fügevorganges gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei einem Verfahren zum Verbinden von Rohren 1, insbesondere abgasführende Rohre für den Fahrzeugbau, werden die einzelnen abgelängten Rohre 1 zunächst in eine Spannvorrichtung 2 eingespannt und positioniert. Die Rohre 1 sind dabei in einer Ebene angeordnet und über eine Spannplatte 3 zum Einleiten von Reibenergie gemeinsam bewegbar. Die Spannplatte 3 kann dabei Öffnungen zum Durchführen eines Abschnittes der Rohre 1 aufweisen oder wird an einer Seite benachbart zu den Rohren 1 angeordnet. Über Halter 9 ist die Spannvorrichtung 2 mit der Spannplatte 3 verbunden, wobei die Spannvorrichtungen benachbart zu der Flanschplatte 5 positioniert sind, beispielsweise in einem geringen Abstand von 1 bis 5 mm, um die Krafteinleitung an den Rohren 1 benachbart zu der späteren Reibschweißnaht vorzunehmen. Eine ebene Stirnseite 4 der Rohre 1 liegt an einer Flanschplatte 5 an, an der mehrere Öffnungen 6 ausgespart sind. Die Achse der Öffnungen 6 fluchtet dabei mit der Achse der Rohre 1.
Zum stoffschlüssigen Verbinden der Rohre 1 mit der Flanschplatte 5 werden diese mit hohem Druck gegeneinander gedrückt und relativ zueinander bewegt. Durch die Überlagerung von Druckspannung und Reibungswärme erfolgt eine gleichzeitige Verbindung der Rohre 1 mit der Flanschplatte 5. Die Pfeile 7 und 8 deuten dabei die Relativbewegung der Spannplatte 3 und der Flanschplatte 5 zueinander an, um die Rohre 1 mit der Flanschplatte 5 zu verbinden.
Die so hergestellte Baueinheit kann mit der Flanschplatte 5 an einem Motorblock montiert werden. Die Rohre 1 können auf zur Flanschplatte 5 abgewandten Seite mit einem Sammler für Abgase verbunden werden, ggfs. durch Reibschweißen oder andere Verbindungstechniken.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Rohre 1 vor dem Fügevorgang endseitig aufgetulpt, so dass ein Ende 4' radial nach außen hervorsteht. Dadurch wird die Flanschplatte 5 an das aufgetulpte Ende 4' der Rohre 1 angelegt, so dass die Reibfläche und die mögliche Kraftübertragung zwischen den Rohren 1 und der Flanschplatte 5 erhöht wird.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Rohre 1 zylindrisch ausgebildet. Es ist natürlich auch möglich, ovale oder rechteckige Rohre mit einer Flanschplatte 5 durch Reibschweißen zu verbinden. Dadurch kann die Baueinheit aus Flanschplatte 5 und Rohren 1 kompakter ausgebildet werden, was eine flachere Bauweise ermöglicht.
Die mit der Flanschplatte 5 verbundenen abgasführenden Rohre 1 werden insbesondere in einem Abgasstrang eines Fahrzeuges eingebaut. Auch ein Einsatz bei anderen Motoren als bei Fahrzeugen ist allerdings möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10333783 [0002]

Claims

Verfahren zum Verbinden einer Flanschplatte (5) mit abgasführenden Rohren (1), mit den folgenden Schritten: – Einspannen mindestens eines Rohres (1) in eine Spannvorrichtung (2); – Anlegen einer Flanschplatte (5) an ein Ende (4, 4') des mindestens einen Rohres (1), und – Bewegen der Flanschplatte (5) und des mindestens einen Rohres (1) unter Druck relativ zueinander und Verbinden derselben durch Reibschweißen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre (1) in die Spannvorrichtung (2) eingespannt werden und die Rohre (1) gleichzeitig durch Reibschweißen mit der Flanschplatte (5) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) zum Verbinden mit der Flanschplatte (5) mit einer ebenen Stirnseite gegen die Flanschplatte (5) gedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) vor dem Verbinden mit der Flanschplatte (5) endseitig aufgetulpt werden und ein aufgetulptes Rohrende (4') mit der Flanschplatte (5) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) und die Flanschplatte (5) multiorbital zueinander bewegt werden.
Baueinheit, umfassend eine Flanschplatte (5) mit einer Vielzahl von abgasführenden Rohren (1), die mit einem Ende (4, 4') an der Flanschplatte (5) festgelegt sind, wobei die Rohre (1) über eine Reibschweißnaht mit der Flanschplatte (5) verbunden sind.
Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) jeweils ein aufgetulptes Rohrende (4') aufweisen, das an der Flanschplatte (5) über eine Reibschweißnaht festgelegt ist.
Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) mit einer ebenen Stirnseite an der Flanschplatte (5) über eine Reibschweißnaht festgelegt sind.
Verwendung einer Vorrichtung zum Orbital-Reibschweißen mit Reibschweißaggregaten, die gegeneinander gedrückt relativ zueinander bewegbar sind, um Werkstücke miteinander zu verbinden, wobei mindestens ein abgasführendes Rohr (1) in eine Spannvorrichtung (2) eingespannt wird, das über Reibschweißen mit einer Flanschplatte (5) verbunden wird.