DE102007060116A1 - Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung und Rohrverbindung - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung (1) mit einem Rohr (2) und einem Bauteil (3) aus einem Gusswerkstoff wird zunächst ein endseitiger Abschnitt (4) des Rohres (2) aufgeweitet. Anschließend wird das Bauteil (3) aus Gusswerkstoff an dem aufgeweiteten Abschnitt (4) des Rohres (2) angeordnet und das Bauteil (3) aus Gusswerkstoff derart mit dem aufgeweiteten Abschnitt (4) des Rohres (2) verschweißt, dass der aufgeweitete Abschnitt (4) zumindest teilweise formschlüssig eingeschlossen ist. Dadurch wird eine Rohrverbindung zwischen dem Rohr (2) und dem Bauteil (3) aus Gusswerkstoff hergestellt, die eine hohe Festigkeit besitzt und auch das Verbinden nicht schmelz-, schweißbarer Materialpaarungen ermöglicht.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung mit einem Rohr und einem Bauteil aus Gusswerkstoff sowie eine entsprechende Rohrverbindung.
- Zum Verbinden von Bauteilen aus Stahl und Gusswerkstoff werden einerseits kalte Fügeverfahren eingesetzt, insbesondere werden die Bauteile durch Nieten oder Schrauben miteinander verbunden. Die Festigkeit solcher Verbindungen ist jedoch aufgrund ihrer punktuellen Kraftübertragung begrenzt.
- Bei Schmelzschweißverfahren, wie beispielsweise dem MIG-Schweißen besteht das Problem, dass wegen der stark differenzierenden Schmelzpunkte der beiden Metalle Stahl und Gusswerkstoff ein Verschweißen kaum möglich ist. Als thermische Verfahren werden daher Schweißlöt-Prozesse eingesetzt, bei denen lediglich das Gusswerkstoff geschmolzen wird und dadurch ein verzinktes Stahlblech durch das Schweißgut benetzt wird. Durch das Verzinken des Stahlbleches können die intermetallischen Phasen auf ein geringes Maß reduziert werden. Allerdings weisen diese stoffschlüssigen Verbindungen nur eine geringe Festigkeit auf.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung und eine Rohrverbindung zu schaffen, bei dem ein Rohr mit einem Bauteil aus Gusswerkstoff mittels Verschweißen verbunden wird und die Verbindung eine hohe Festigkeit besitzt, wobei auch nicht miteinander verschweißbare Materialpaarungen aneinander festgelegt werden können.
- Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie eine Rohrverbindung mit dem Merkmal des Anspruches 8 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein endseitiger Abschnitt des Rohres aufgeweitet und das Bauteil aus Gusswerkstoff an dem aufgeweiteten Abschnitt des Rohres angeordnet. Anschließend wird das Bauteil aus Gusswerkstoff derart verschweißt, dass der aufgeweitete Abschnitt des Rohres zumindest teilweise formschlüssig eingeschlossen ist. Dadurch wird erreicht, dass der aufgeweitete Abschnitt des Rohres durch das Schweißgut hintergriffen wird und somit eine feste Verbindung sowohl in radiale Richtung des Rohres als auch in axiale Richtung gewährleistet ist. Durch das formschlüssige Einschließen des aufgeweiteten Abschnittes des Rohres können sowohl verzinkte als auch nicht verzinkte Rohre eingesetzt werden.
- Für eine besonders stabile Rohrverbindung kann beim Verschweißen des Bauteils aus Gusswerkstoff der aufgeweitete Abschnitt ringförmig durch eine Schweißnaht eingeschlossen werden.
- Um den endseitigen Abschnitt des Rohres radial nach außen aufzuweiten, kann dieser aufgebördelt oder aufgetulpt werden. Das Aufweiten muss soweit erfolgen, dass der aufgeweitete Abschnitt hintergriffen werden kann.
- Vorzugsweise wird das Rohr mit dem endseitig aufgeweiteten Abschnitt gegen einen Anschlag an dem Bauteil aus Gusswerkstoff gedrückt und ein Ring um den endseitigen Abschnitt des Bauteils aus Gusswerkstoff wird dann verschweißt, um eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Dabei ist die so hergestellte Rohrverbindung sowohl auf Zug und Druck in axiale Richtung als auch auf Biegung belastbar.
- Zur Erhöhung der Drehfestigkeit der Verbindung können an dem aufgeweiteten Abschnitt des Rohres vor dem Verschweißen ein oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen werden. Diese Ausnehmungen oder (Öffnungen werden dann mit Schweißgut und/oder Vorsprünge des Bauteils aus Gusswerkstoff aufgefüllt und sorgen für eine stabile Verbindung auch in Drehrichtung. Statt den Ausnehmungen kann das Rohr im Bereich der Schweißnaht auch mit einer Profilierung, beispielsweise Vertiefungen, Sicken, Hinterschneidungen etc. versehen sein, damit das Schweißgut in die profilierten Bereiche fließt. Alternativ ist es möglich, den aufgeweiteten Abschnitt im Querschnitt oval auszuformen, so dass dadurch die Drehfestigkeit erhöht wird.
- Die erfindungsgemäße Rohrverbindung weist ein Rohr mit endseitig radial nach außen hervorstehendem aufgeweitetem Abschnitt auf, der zumindest teilweise formschlüssig von dem Bauteil aus Gusswerkstoff eingeschlossen ist. Dadurch wird eine feste Rohrverbindung hergestellt, die insbesondere auch zur Herstellung von Achsen oder Achskomponenten im Fahrzeugbau eingesetzt werden kann. Denn solche Hybridverbindungen aus Rohr, insbesondere einem Stahlrohr, und einem Bauteil aus Gusswerkstoff, wie einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, können zur Reduzierung des Gewichtes anstelle einer Verbindung von Stahlbauteilen eingesetzt werden.
- Vorzugsweise ist zum Einschließen des aufgeweiteten Abschnittes des Rohres eine stoffschlüssig mit dem Bauteil aus Gusswerkstoff verbundene Schweißnaht vorgesehen. Für eine besonders gute Festigkeit kann die Schweißnaht mehrlagig aufgebaut sein.
- Für eine Sicherung der Rohrverbindung auch bei Belastung in radiale Richtung des Rohres kann an dem Bauteil aus Gusswerkstoff eine Aufnahme zum Einfügen des aufgeweiteten Abschnittes ausgebildet sein, die den aufgeweiteten Abschnitt in radiale Richtung zumindest bereichsweise umgibt. Dadurch wird an dem Gussteil ein Stufe ausgebildet, die zur Kraftabtragung eingesetzt werden kann.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Rohrverbindung; -
2 eine geschnittene Ansicht der Rohrverbindung der1 ; -
3 eine geschnittene Draufsicht auf die Rohrverbindung der1 ; -
4 eine geschnittene Ansicht einer modifizierten Ausführungsform einer Rohrverbindung; -
5 eine geschnittene Ansicht einer weiteren modifizierten Ausführungsform einer Rohrverbindung; -
6 eine geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Rohrverbindung; und -
7A ,7B zwei Ansichten einer erfindungsgemäßen Rohrverbindung mit profiliertem Rohr. - Eine Rohrverbindung
1 umfasst ein Rohr2 , an dem ein Bauteil3 aus einem Gusswerkstoff, vorzugsweise aus Aluminium festgelegt ist. Als Gusswerkstoff eignen sich insbesondere Leichtmetalle, wobei neben Aluminium auch Magnesiumlegierungen oder Stahlguss eingesetzt werden kann. Das Rohr2 besteht vorzugsweise aus Stahl, kann aber auch aus anderen Metallen hergestellt sein. - Nachfolgend wird jeweils nur eine Verbindung zwischen einem Rohr
2 und einem Bauteil3 aus einem Gusswerkstoff gezeigt. Es ist natürlich möglich, an dem Bauteil3 aus Gusswerkstoff mehrere Rohre2 zu befestigen und dadurch einen Verbindungsknoten herzustellen. - Das Rohr
2 umfasst endseitig einen aufgeweiteten Abschnitt4 , der radial nach außen hervorsteht und an einem axialen Anschlag5 des Bauteils3 anliegt. Der endseitig angeordnete aufgeweitete Abschnitt4 ist dabei von einem Ring6 des Bauteils3 umgeben und an der Außenseite durch ein Schweißgut7 eingeschlossen. - Das Schweißgut
7 kann durch Verschweißen des Bauteils3 eingebracht werden, beispielsweise mittels MIG-Schweißen. - Über den aufgeweiteten Abschnitt
4 ist das Rohr2 formschlüssig mit dem Bauteil3 aus Aluminium verbunden, wobei der Abschnitt4 einerseits an einem Anschlag5 und andererseits an dem Schweißgut7 anliegt. In axiale Richtung ist die Rohrverbindung1 daher sowohl auf Zug als auch auf Druck belastbar. - In
2 ist das Rohr2 im Schnitt dargestellt, das endseitig einen aufgetulpten Abschnitt4 umfasst, der bei dem zylindrischen Rohr über einen Bogen9 nach außen gekrümmt ist. Des Bogens9 ist an der Innenseite über einen Stutzen10 des Bauteils3 abgestützt, der auch in einen zylindrischen Bereich des Rohres2 eingreift. Dadurch wird eine besonders feste Verbindung erhalten. Es ist auch möglich, den Stutzen10 kürzer auszubilden, wie dies mit der gestrichelten Linie8 angedeutet ist. Der Stutzen10 kann zur Gewichtseinsparung innen auch hohl ausgebildet sein. - In
3 ist der aufgeweitete Abschnitt4 des Rohres2 gezeigt, an dem über den Umfang verteilt mehrere Ausnehmungen11 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen11 sind mit Schweißgut7 ausgefüllt, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rohr2 und dem Bauteil3 hergestellt wird. Die Ausnehmungen11 sind am Umfang des aufgeweiteten Abschnittes4 angeordnet, wobei es auch möglich ist, die Ausnehmungen als Öffnungen innerhalb des Abschnittes4 vorzusehen, beispielsweise im Bereich des Bogens9 . Dabei kann das Bauteil3 aus Gusswerktstoff auch ein oder mehrere Vorsprünge aufweisen, die in entsprechende Öffnungen oder Ausnehmungen an dem aufgeweiteten Abschnitt4 oder dem Bogen9 eingreifen. - In
4 ist eine modifizierte Ausführungsform einer Rohrverbindung gezeigt, bei der ein Rohr2' eingesetzt wird, das einen endseitigen Abschnitt4' aufweist, der durch Umbördeln hergestellt ist und radial hervorsteht. Dadurch ist statt dem Bogen eine Kante9' als Übergang zwischen dem Rohr2' und dem Abschnitt4' ausgebildet. Im übrigen ist die Verbindung zu dem Bauteil3 aus Gusswerkstoff wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei der Ab schnitt4' an einer Seite an dem Anschlag5 des Bauteils3 aus Aluminium anliegt und an der gegenüberliegenden Seite von Schweißgut7 umgeben ist. Dadurch ist das Rohr2' sowohl in axiale Richtung als auch in radiale Richtung fest mit dem Bauteil3 aus Aluminium verbunden. Das Schweißgut7 ist an der radial außen liegende Seite durch einen Ring6 des Bauteils3 umgeben. Der Übergang zwischen dem Schweißgut7 und dem Rohr2' ist so ausgebildet, dass das Schweißgut7 an das Rohr2' anläuft, also benachbart zu dem Rohr2' ein Bogen ausgebildet ist, der sich radial nach innen in eine Richtung weg von dem aufgeweiteten Abschnitt4' erstreckt. Dies vermeidet einen Spalt zwischen Schweißgut7 und Rohr2' , in dem sich später Feuchtigkeit ansammeln kann. - In
5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Rohrverbindung gezeigt, bei der an dem Bauteil3 aus Gusswerkstoff eine Aufnahme für das Schweißgut7 sowie den aufgeweiteten Abschnitt4 des Rohres2 ausgebildet ist. Die Aufnahme umfasst ausgehend von einem Ring30 eine Vertiefung mit einem radial nach innen verlaufenden Bogen31 , der gekrümmt ausgebildet ist und sich bis zu einer Stufe32 erstreckt. Benachbart zu der Stufe32 ist ein weiterer bogenförmiger Abschnitt33 ausgebildet, der an einem inneren Bogen des aufgeweiteten Abschnittes4 anliegt. Die Aufnahme erstreckt sich bis zu einem Ende eines Stutzens34 , der als Vollprofil oder Hohlprofil teilweise in das Rohr2 eingefügt ist. Die Stufe32 bewirkt dabei, dass der aufgeweitete Abschnitt4 mit einer Stirnseite40 teilweise an der Stufe32 und an dem Bauteil3 anliegt. Dadurch können radiale Kräfte direkt auf das Bauteil3 abgetragen werden. - Ferner ist die von dem Ring
30 umgebene Aufnahme mit Schweißgut7 ausgefüllt, das mehrlagig ausgebildet ist und Schweißgut70 von einer ersten Verschweißung und Schweißgut71 einer nachfolgenden Verschweißung umfasst. Dadurch werden Wärmespannungen durch das Verschweißen vermindert. Ein Übergang72 zwischen dem Schweißgut7 und dem Rohr2 ist zumindest rechtwinklig ausgebildet, wobei das Schweißgut7 auch leicht nach oben an das Rohr2 anlaufen kann, um Spalte an dem Übergang72 zu vermeiden. - In
6 ist eine Rohrverbindung mit einem Rohr2 und einem Bauteil3 aus Gusswerkstoff gezeigt, bei der zwischen einem endseitigen aufgeweiteten Ab schnitt4 des Rohres2 und dem Bauteil3 aus Gusswerkstoff2 bei niedrigen Temperaturen schmelzende Lotringe20 und21 vorgesehen sind. Ein erster Lotring20 ist dabei am Ende des aufgeweiteten Abschnittes4 vorgesehen und ein zweiter Lotring21 ist an dem Übergang zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt4 und dem zylindrischen Abschnitt des Rohres2 angeordnet. Durch die bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Lotringe20 und21 wird die Verbindung zwischen dem Gussteil3 und dem Rohr2 verstärkt und gegebenenfalls einem Korrosionsangriff in diesem Gereicht entgegenwirkt. - In
7A und7B ist eine Ausführungsform einer Rohrverbindung zwischen einem Rohr2' und einem Bauteil3 aus Gusswerkstoff gezeigt, bei dem zur Erhöhung der Drehfestigkeit in das Rohr2' ein oder mehrere Profilierungen22 eingebracht sind. Diese Profilierungen22 sind als radiale Einkerbungen oder als ringförmige Vertiefung ausgebildet und dienen dazu, dass in die Profilierungen22 Schweißgut7 beim Verschweißen einströmen kann, was die Drehfestigkeit erhöht. Solche Profilierungen22 können auch in Verbindung mit den Ausnehmungen11 an dem Rohr2 bzw.2' vorgesehen werden. - Zur Herstellung der Drehfestigkeit sind bei den gezeigten Ausführungsbeispielen an dem aufgeweiteten Abschnitt
4 bzw.4' Ausnehmungen11 vorgesehen. Es ist auch möglich, eine drehfeste Verbindung dadurch zu erhalten, dass der aufgeweitete Abschnitt eine von der Kreisform abweichende Kontur erhält, insbesondere oval ausgeformt wird, so dass eine Verdrehung des Rohres2 relativ zu dem Bauteil3 aus Aluminium vermieden wird.
Claims (15)
- Verfahren zum Herstellen einer Rohrverbindung (
1 ) mit einem Rohr und (2 ,2' ) und einem Bauteil (3 ) aus einem Gusswerkstoff, mit den folgenden Schritten: – Aufweiten eines endseitigen Abschnittes (4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ); – Anordnen des Bauteils (3 ) aus Gusswerkstoff an dem aufgeweiteten Abschnitt (4 ,4' ) des Rohrs (2 ,2' ), und – Verschweißen des Bauteils (3 ) aus Gusswerkstoff derart, dass der aufgeweitete Abschnitt (4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) zumindest teilweise formschlüssig eingeschlossen ist. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gegenzeichnet, dass beim Verschweißen des Bauteils (
3 ) aus Gusswerkstoff der aufgeweitete Abschnitt (4 ,4' ) ringförmig eingeschlossen wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten des endseitigen Abschnittes (
4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) durch Aufbördeln oder Auftulpen erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
2 ,2' ) mit dem aufgeweiteten endseitigen Abschnitt (4 ,4' ) gegen einen Anschlag (5 ) an dem Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff gedrückt wird und ein Ring (6 ) um den endseitigen Abschnitt (4 ,4' ) des Bauteils (3 ) aus Gusswerkstoff in ein oder mehreren Schritten verschweißt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem aufgeweiteten Abschnitt (
4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) vor dem Verschweißen ein oder mehrere Ausnehmungen (11 ) und/oder Profilierungen (22 ) vorgesehen werden. - Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lötring (
20 ,21 ) zwischen dem Rohr (2 ,2' ) und dem Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff vor dem Verschweißen angeordnet wird. - Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeweitete Abschnitt im Querschnitt oval ausgeformt wird.
- Rohrverbindung (
1 ), insbesondere für eine Achse, mit einem Rohr (2 ,2' ), das endseitig mit einem Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2 ,2' ) endseitig einen radialen nach außen hervorstehenden aufgeweiteten Abschnitt (4 ,4' ) aufweist, der zumindest teilweise formschlüssig in das Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff eingeschlossen ist. - Rohrverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeweitete Abschnitt (
4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) ringförmig von dem Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff umgeben ist. - Rohrverbindung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem aufgeweiteten Abschnitt (
4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) ein oder mehrere Ausnehmungen (11 ) und/oder Profilierungen (22 ) vorgesehen sind, die mit Gusswerkstoff ausgefüllt sind. - Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
3 ) Gusswerkstoff aus einer Leichtmetalllegierung, vorzugsweise aus Aluminium, besteht. - Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
2 ,2' ) als Stahlrohr ausgebildet ist. - Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einschließen des aufgeweiteten Abschnittes (
4 ,4' ) des Rohres (2 ,2' ) eine stoffschlüssig mit dem Bauteil (3 ) aus Gusswerkstoff verbundene Schweißnaht (7 ) vorgesehen ist. - Rohrverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (
7 ) mehrlagig aufgebaut ist. - Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bauteil (
3 ) aus Gusswerkstoff eine Aufnahme zum Einfügen des aufgeweiteten Abschnittes (4 ,4' ) ausgebildet ist, die den aufgeweiteten Abschnitt an einer Stirnseite (40 ) in radiale Richtung zumindest bereichsweise umgibt.
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