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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung mit einer Faserlaser-Schweißverbindung, einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor mit einer derartigen Bauteilanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Faserlaser-Schweißverbindung.
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Schweißverbindungen zwischen zwei Bauteilen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Kraftstoffinjektoren zwei Bauteile, nämlich ein Innenpol und eine Anschlusshülse mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden. Hierbei wurde eine einzige Schweißnaht mittels eines Scheibenlasers hergestellt. Aufgrund sich ständig erhöhenden Umweltstandards bei Brennkraftmaschinen erhöhen sich u.a. auch ständig die Einspritzdrücke, sowohl bei Diesel- als auch bei Benzin-Brennkraftmaschinen. Bei Untersuchungen wurde nun festgestellt, dass aufgrund der sehr hohen Drücke im Bereich von über 800 × 105 Pa und bei Schwingungsbelastungen, wie sie bei Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge vorkommen, ein Nahtversagen infolge von Überlast bei den bisher verwendeten Schweißverbindungen auftreten kann. Insofern besteht insbesondere bei Injektoren zur Verwendung mit sehr hohen Drücken die Notwendigkeit, derartige Schweißverbindungen zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Schweißverbindung zwischen zwei Bauteilen auch unter hohen und erschwerten Bedingungen eine sehr große Festigkeit aufweist. Insbesondere kann ein Nahtversagen der Schweißnaht infolge von Schwingungsbelastungen und hohen Drücken auch bei Dauerbelastungen wie beispielsweise bei einem Injektor in einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, vermieden werden. Hierbei umfasst die Bauteilanordnung ein erstes und ein zweites Bauteil sowie eine Faserlaser-Schweißverbindung zwischen den beiden Bauteilen. Die Faserlaser-Schweißverbindung verbindet das erste mit dem zweiten Bauteil an einen Fügespalt zwischen den Bauteilen. Der Fügespalt zwischen dem ersten und zweiten Bauteil ist dabei die Position, an welcher die miteinander zu verbindenden Bauteile gegeneinander anliegen. Die Faserlaser-Schweißverbindung umfasst dabei wenigstens eine erste und eine zweite Schweißnaht. Die wenigstens zwei Schweißnähte sind hierbei direkt nebeneinander angeordnet, wobei die Schweißnähte sich berühren und zumindest eine Schweißnaht über dem Fügespalt zwischen den zu fügenden Bauteilen liegt. Die Schweißnähte sind alle Faserlaser-Schweißnähte, so dass nach Fertigstellung der Schweißnaht der Eindruck einer zusammenhängenden Schweißnaht vorliegt.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiter bevorzugt ist die erste Schweißnaht teilweise über dem Fügespalt zwischen dem ersten und zweiten Bauteil angeordnet. Besonders bevorzugt ist die zweite Schweißnaht über dem Fügespalt zwischen den beiden Bauteilen angeordnet. Hierbei sei angemerkt, dass es ferner insbesondere vorteilhaft ist, wenn sowohl die erste Schweißnaht als auch die zweite Schweißnaht über dem Fügespalt zwischen den Bauteilen angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine teilweise Überlappung der ersten und zweiten Schweißnaht über dem Fügespalt, wobei bevorzugt diese Überlappung möglichst klein ist.
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Weiter bevorzugt sind das erste und zweite Bauteil jeweils als umlaufend geschlossene Bauteile vorgesehen und die Faserlaser-Schweißverbindung ist ebenfalls umlaufend geschlossen ausgebildet. Die ersten und zweiten Bauteile sind besonders bevorzugt als zylindrische, insbesondere hohlzylindrische, Fügepartner vorgesehen.
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Weiter bevorzugt ist die Faserlaser-Schweißverbindung an einem Außenumfang der zylindrischen bzw. hohlzylindrischen Fügepartner ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind bei umlaufend geschlossenen Bauteilen ein Anfangspunkt und ein Endpunkt von unterschiedlichen Schweißnähten in Längsrichtung bzw. Umfangsrichtung versetzt zueinander. Hierdurch wird vermieden, dass sich der Anfangspunkt und Endpunkt verschiedener Schweißnähte sich auf gleicher Höhe in Umfangsrichtung befinden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Faserlaser-Schweißverbindung derart vorgesehen, dass eine Durchdringung des ersten und zweiten Bauteils nicht vollständig, insbesondere in einem Bereich von weniger als 90% einer Wandstärke der Bauteile vorhanden ist. Die Durchdringung ist besonders bevorzugt kleiner gleich 80% und größer gleich 50% der Wandstärke der Bauteile.
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Weiter bevorzugt ist ein Aspektverhältnis der Schweißnähte möglichst groß gewählt. Das Aspektverhältnis ist dabei das Verhältnis der Tiefe der Schweißnaht im Bauteil relativ zu einer größten Breite der Schweißnaht. Die größte Breite der Schweißnaht ist hierbei an einer Oberfläche der zu fügenden Bauteile. Das Aspektverhältnis ist bevorzugt größer als fünf, insbesondere größer als acht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Faserlaser-Schweißverbindung wenigstens eine dritte Schweißnaht. Hierbei ist die Positionierung der Schweißnähte derart, dass die zweite Schweißnaht und die dritte Schweißnaht direkt neben und in Kontakt mit der ersten Schweißnaht angeordnet sind. Hierbei ist die zweite Schweißnaht mit einer ersten Seite der ersten Schweißnaht in Kontakt und die dritte Schweißnaht mit einer zweiten Seite der ersten Schweißnaht in Kontakt. Die erste Schweißnaht liegt vorzugsweise mittig zwischen der zweiten und dritten Schweißnaht.
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Es sei ferner angemerkt, dass bevorzugt auch vier Schweißnähte vorgesehen werden können, oder weiter bevorzugt auch fünf Schweißnähte vorgesehen werden können. Hierbei ist die Anordnung entsprechend der Anzahl der Schweißnähte über dem Fügespalt der Bauteile zu wählen. Bei vier Schweißnähten ist der Fügespalt zwischen den beiden mittleren Schweißnähten angeordnet und die beiden äußeren Schweißnähte berühren jeweils eine der beiden mittleren Schweißnähte. Bei fünf Schweißnähten ist die mittlere Schweißnaht direkt über dem Fügespalt der Bauteile angeordnet und jeweils zu beiden Seiten der mittleren Schweißnaht sind zwei zusätzliche Schweißnähte vorgesehen, welche miteinander in Kontakt stehen. Dadurch entsteht der Eindruck einer einzigen Schweißnaht auch bei Vorsehen von vier oder fünf Schweißnähten.
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Weiter bevorzugt ist eine Breite der Schweißnähte jeweils gleich gewählt. Hierdurch wird ein definierter Wärmeeintrag in die Bauteile sichergestellt und alle Schweißnähte können mittels des gleichen Faserlasers hergestellt werden, ohne dass hierbei Einstellungen des Faserlasers geändert werden müssen. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine zu hohe Wärmeeintragung in die beiden zu verbindenden Bauteile eingebracht wird. Bevorzugt ist eine Breite der Schweißnähte an der Oberfläche der Bauteile in einem Bereich von 250 bis 350 µm und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 260 bis 320 µm. Vorzugsweise ist eine Nahtbreite an einem inneren Ende der Schweißnaht in einem Bereich von 70 bis 140 µm und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 130 µm. Hierdurch ergibt sich im Querschnitt eine sich verjüngende Schweißnaht. Dadurch berühren bzw. überlappen sich die Schweißnähte an der Oberfläche der Bauteile und im Inneren der Bauteile sind die Schweißnähte voneinander beabstandet. Hierdurch kann gezielt ein Wärmeeintrag in die zu fügenden Bauteile reduziert werden.
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Bei drei Schweißnähten ist besonders bevorzugt die mittlere Schweißnaht mittig über dem Fügespalt zwischen den zu fügenden Bauteilen angeordnet. Weiter bevorzugt sind bei Bauteilen mit geschlossenem Außenumfang, beispielsweise bei zylindrischen zu fügenden Bauteilen, Anfangspunkte und Endpunkte der Schweißnähte in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Das Versetzen erfolgt dabei insbesondere derart, dass die Anfangs- und Endpunkte in einem Winkel von 360° geteilt durch die Anzahl der Schweißnähte versetzt zueinander angeordnet sind. Beispielsweise sind bei drei Schweißnähten die Anfangs- und Endpunkte entlang des Umfangs in einem Winkel von 120° versetzt zueinander angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist bei Vorsehen von drei Schweißnähten ein erster Abstand zwischen einer ersten Mittellinie der ersten, mittleren Schweißnaht zu einer zweiten Mittellinie der zweiten Schweißnaht gleich wie ein zweiter Abstand zwischen der ersten Mittellinie der ersten Schweißnaht und einer dritten Mittellinie der dritten Schweißnaht. Dadurch wird eine symmetrische Anordnung der zweiten und dritten Schweißnaht relativ zur ersten Schweißnaht erreicht. Weiter bevorzugt ist der erste Abstand und/oder der zweite Abstand zwischen den Mittellinien der wenigstens drei Schweißnähte in einem Bereich von 20 µm bis 100 µm und insbesondere in einem Bereich von 40 µm bis 80 µm.
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Weiter bevorzugt sind das erste und zweite Bauteil aus metallischen Werkstoffen hergestellt. Weiter bevorzugt sind die beiden Fügepartner an dem Fügespalt mit zueinander parallelen Wandbereichen versehen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, umfassend eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung. Besonders bevorzugt ist der Injektor ein Magnetinjektor und das erste Bauteil ist ein Innenpol des Injektors und das zweite Bauteil ist eine Hülse, insbesondere eine Anschlusshülse für einen hydraulischen Anschluss des Injektors.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Faserlaser-Schweißverbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Positionierens des ersten und zweiten Bauteils für einen Fügeschritt mittels Schweißen, des Herstellens einer ersten Schweißnaht zwischen dem ersten und zweiten Bauteil im Bereich des Fügespalts mittels eines Faserlasers und des Herstellens einer zweiten Schweißnaht mittels des Faserlasers, welche unmittelbar benachbart an einer ersten Seite der ersten Schweißnaht liegt.
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Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Herstellens einer dritten Schweißnaht. Dabei werden die Schweißnähte derart gesetzt, dass die dritte Schweißnaht an einer zweiten Seite der ersten Schweißnaht unmittelbar benachbart zu dieser und in Kontakt mit der ersten Schweißnaht ist.
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Vorzugsweise ist noch zusätzlich eine vierte Schweißnaht oder weiter bevorzugt noch eine fünfte Schweißnaht vorgesehen. Die Schweißnähte werden dabei immer derart zueinander gesetzt, dass nach Erstellen der Faserlaser-Schweißverbindung der Eindruck einer einzigen Naht entsteht.
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Vorzugsweise wird bei drei Schweißnähten zuerst die erste Schweißnaht vollständig herstellt und anschließend die zweite Schweißnaht vollständig hergestellt und daran anschließend vorzugsweise die dritte Schweißnaht vollständig hergestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass es auch möglich ist, dass die Schweißnähte mit zeitlicher Überlappung hergestellt werden, wenn beispielsweise mit der ersten Schweißnaht begonnen wird und vorzugsweise nach einer gewissen Zeit mit der zweiten Schweißnaht begonnen wird und abschließend nach einer weiteren gewissen Zeit mit der dritten Schweißnaht begonnen wird. Bevorzugt werden die drei Schweißnähte jedoch nacheinander hergestellt, da dadurch der Aufwand für den Faserlaser deutlich reduziert ist.
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Vorzugsweise wird bei drei Schweißnähten die erste Schweißnaht direkt über den Fügespalt zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gesetzt. Bevorzugt wird die erste Schweißnaht hierbei mittig über dem Fügespalt gesetzt. Es ist jedoch bevorzugt auch möglich, dass die erste Schweißnaht etwas versetzt zum Fügespalt gesetzt wird, jedoch den Fügespalt überdeckt, und dann eine weitere Schweißnaht mittig über dem Fügespalt gesetzt wird. D.h. es können auch bei der Faserlaser-Schweißverbindung zuerst eine oder beide äußeren Schweißnähte gesetzt werden und anschließend die mittlere Schweißnaht gesetzt wird.
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Weiter bevorzugt ist der Faserlaser senkrecht auf die Fügestelle zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gerichtet. Hierdurch kann exakt eine Faserlaser-Schweißnaht entlang der Fügestelle platziert werden.
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Besonders bevorzugt sind Anfangspunkte und/oder Endpunkte der wenigstens drei Schweißnähte in Richtung der Schweißnähte versetzt angeordnet, insbesondere wenn das erste und zweite Bauteil ein umlaufend geschlossenes Bauteil, insbesondere eine zylindrisches Bauteil und weiter besonders ein zylindrisches Hohlbauteil ist.
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Weiter bevorzugt ist ein Laserpunkt des Faserlasers auf der Oberfläche der zu fügenden Bauteile derart gewählt, dass der Laserpunkt einen Durchmesser von 10 µm bis 60 µm und insbesondere in einem Bereich von 15 µm bis 40 µm aufweist.
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Weiter bevorzugt werden bei drei Schweißnähten diese derart gesetzt, dass eine Mittelinie der mittleren ersten Schweißnaht einen ersten Abstand zu einer Mittellinie der zweiten Schweißnaht aufweist, welcher gleich ist wie ein zweiter Abstand der ersten Mittellinie zu einer dritten Mittellinie der dritten Schweißnaht. Vorzugsweise ist eine Geschwindigkeit, mit welcher die erste, zweite und dritte Schweißnaht erzeugt wird, in einem Bereich von 3,0 m/min bis 8,0 m/min, insbesondere 4,3 m/min bis 5,3 m/min, vorgesehen und liegt insbesondere bei ungefähr 4,8 m/min.
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Weiter sei angemerkt, dass zur Herstellung der Faserlaser-Schweißverbindung der Faserlaser bewegt werden kann oder die beiden Bauteile bewegt werden können oder sowohl der Faserlaser als auch die beiden Bauteile bewegt werden können. Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei der die beiden Bauteile bewegt, insbesondere gedreht, werden.
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Der Schweißvorgang mittels des Faserlasers wird bevorzugt in einer StickstoffAtmosphäre durchgeführt. Weiter bevorzugt werden das erste und zweite Bauteil an der Fügestelle mit einer vorbestimmten Kraft gegeneinander gedrückt. Die vorbestimmte Kraft ist vorzugsweise in einem Bereich von 200 Nm bis 350 Nm und beträgt bevorzugt 300 Nm. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden bei einem umlaufend geschlossenen Bauteil drei Schweißnähte mit einem Winkelversatz in Umfangsrichtung jeweils begonnen und abgeschlossen, wobei der Winkelversatz bevorzugt 120° beträgt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Ansicht eines Injektors mit einer Bauteilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine vergrößerte Detailansicht der Bauteilanordnung von 1 mit Faserlaser-Schweißverbindung,
- 3 eine vergrößerte Ansicht einer Bauteilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 und 5 schematische Darstellungen von Zwischenschritten bei der Herstellung der Faserlaser-Schweißverbindung von 3 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, und
- 6 eine schematische Darstellung der Schweißnähte zur Verdeutlichung der Positionierung von Anfangs- und Endpunkten der Schweißnähte gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Bauteilanordnung 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Faserlaser-Schweißverbindung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
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1 zeigt schematisch einen Injektor 100 mit einer Längsachse X-X, welcher eine Bauteilanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Bauteilanordnung 1 umfasst dabei ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 20.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Bauteil 10 ein Innenpol des Injektors 100 und das zweite Bauteil 20 ist eine Anschlusshülse, mittels welcher ein hydraulischer Anschluss des Injektors 100 realisiert wird.
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Der Injektor 100 umfasst Spritzlöcher 101 und einen Magnetaktor 102, wobei das erste Bauteil 10 hierbei ein Teil des Magnetaktors 102 ist. Ferner ist ein hydraulischer Anschluss 103 und ein elektrischer Anschluss 104 gezeigt.
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2 zeigt im Detail die Bauteilanordnung 1. Die Faserlaser-Schweißverbindung 2 verbindet dabei das erste Bauteil 10 mit dem zweiten Bauteil 20. Im Detail aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Faserlaser-Schweißverbindung 2 eine erste Schweißnaht 3 und eine zweite Schweißnaht 4.
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Die beiden Schweißnähte 3, 4 sind dabei derart über einen Fügespalt 6 zwischen den zu fügenden Bauteilen 10, 20 angeordnet, dass eine sichere Verbindung zwischen den Bauteilen möglich ist. Hierbei wird die erste Schweißnaht 3 derart über dem Fügespalt 6 angeordnet, dass die erste Schweißnaht 3 den Fügespalt 6 zumindest teilweise überdeckt. Anschließend wird die zweite Schweißnaht 4 an einer ersten Seite der ersten Schweißnaht 3 gesetzt. Auch hierbei überdeckt die zweite Schweißnaht 4 teilweise den Fügespalt 6. Die Positionierung der ersten und zweiten Schweißnaht 3, 4 erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass der Fügespalt 6 exakt mittig zwischen der ersten und zweiten Schweißnaht 3, 4 liegt, wie in 2 gezeigt.
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Weiterhin ist eine erste Breite B1 der ersten Schweißnaht 3 gleich einer zweiten Breite B2 der zweiten Schweißnaht 4. Das Bezugszeichen M1 bezeichnet dabei eine Mittellinie der ersten Schweißnaht 3 und das Bezugszeichen M2 bezeichnet eine Mittellinie der zweiten Schweißnaht 4. Hierbei sind die Abstände der Mittellinie M1 und M2 zum Fügespalt 6 gleich, so dass zum Fügespalt 6 eine symmetrische Faserlaser- Schweißverbindung 2 erhalten wird.
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Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, sind auch Tiefen T der beiden Schweißnähte 3, 4 gleich. Die Tiefe T jeder Schweißnaht beträgt dabei ca. 50% einer Wandstärke W der miteinander zu verbindenden hohlzylindrischen Bauteile 10, 20. Die Schweißnähte verjüngen sich dabei in Tiefenrichtung. Ein Aspektverhältnis T zur ersten Breite B1 bzw. zur zweiten Breite B2 ist dabei größer als fünf.
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Die Schweißnähte 3, 4 werden somit vorzugsweise mit gleichen Einstellungsparametern mittels eines Faserlasers erzeugt. Der Faserlaser wird hierbei vorzugsweise senkrecht auf die Oberfläche der miteinander zu verbindenden Bauteile 10, 20 gerichtet.
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Um hierbei eine Materialanhäufung bei der Herstellung der ersten und zweiten Schweißnaht 3, 4 zu vermeiden, sind Anfangspunkte und Endpunkte der beiden Schweißnähte 3, 4 in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Bei zwei Schweißnähten sind die Anfangs- und Endpunkte hierbei vorzugsweise um 180° an den Bauteilen versetzt zueinander angeordnet.
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Vorzugsweise ist ein Laserpunkt des Faserlasers dabei derart gewählt, dass der Laserpunkt einen Durchmesser von 10 bis 60 µm und insbesondere 15 bis 40 µm aufweist. Hierbei erfolgt entweder eine Drehung der zu fügenden Bauteile oder eine Drehung des Faserlasers oder eine Drehung sowohl der Bauteile als auch des Faserlasers. Eine Drehgeschwindigkeit ist dabei vorzugsweise in einem Bereich von 3 U/s.
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Die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 10, 20 werden vorzugsweise in einer Spanneinrichtung mit einer Vorspannkraft von 300 N gespannt.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 eine Bauteilanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Bauteilanordnung 2 des zweiten Ausführungsbeispiels insgesamt drei Schweißnähte auf, nämlich eine erste Schweißnaht, eine zweite Schweißnaht 4 und eine dritte Schweißnaht 5.
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Die erste Schweißnaht 3 ist dabei in der Mitte zwischen der zweiten Schweißnaht 4 und der dritten Schweißnaht 5 angeordnet. Dabei sind die zweite und dritte Schweißnaht 4, 5 direkt neben und in Kontakt mit der ersten Schweißnaht 3 positioniert.
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Eine erste Breite B1 der ersten Schweißnaht 3 ist dabei gleich einer zweiten Breite B2 der zweiten Schweißnaht 4 und gleich einer dritten Breite B3 der dritten Schweißnaht 5. Somit sind die Schweißnähte mit gleichen Breiten ausgebildet.
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Wie weiter aus 3 ersichtlich ist, sind auch die Tiefen T der drei Schweißnähte 3, 4, 5 gleich.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind das erste und zweite Bauteil 10, 20 ebenfalls hohlzylindrische Bauteile, wobei die Tiefe T jeder Schweißnaht 3, 4, 5 ca. 50% einer Wandstärke W der beiden miteinander verbundenen Bauteile 10, 20 beträgt.
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Die drei Schweißnähte 3, 4, 5, welche die Faserlaser-Schweißverbindung 2 bilden, werden somit mit den gleichen Einstellungsparametern mittels eines Faserlasers erzeugt. Der Faserlaser wird hierbei senkrecht auf die Oberfläche der miteinander zu verbindenden Bauteile 10, 20 gerichtet.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die erste Schweißnaht 3 dabei direkt am Fügespalt 6 zwischen den beiden Bauteile 10, 20 gesetzt. Hierbei ist die erste Schweißnaht 3 mittig über dem Fügespalt 6 angeordnet.
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Da die beiden zu verbindenden Bauteile 10, 20 umlaufend geschlossene Bauteile sind, laufen auch die drei Schweißnähte 3, 4, 5 vollständig umlaufend um. Um eine Materialanhäufung oder ein unerwünschtes Auflösen einer schon gesetzten Schweißnaht zu vermeiden, sind die Anfangs- und Endpunkte 7, 8 der drei Schweißnähte 3, 4, 5 in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Vorzugsweise sind die Anfangs- und Endpunkte 7, 8 dabei jeweils um 120° versetzt angeordnet, wie schematisch in 6 angedeutet.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Faserlaser-Schweißverbindung 2 zwischen dem ersten Bauteil 10 und dem zweiten Bauteil 20 werden zuerst die beiden Bauteile 10, 20 auf Stoß aneinander gefügt, so dass der Fügespalt 6 vorhanden ist. Ein Außendurchmesser des ersten Bauteils ist dabei gleich einem Außendurchmesser des zweiten Bauteils. Anschließend wird zuerst die erste Schweißnaht 3 hergestellt, welche unmittelbar über dem Fügespalt 6 und hierbei symmetrisch über dem Fügespalt 6 erzeugt wird. In einem nächsten Schritt wird dann die zweite Schweißnaht 4 hergestellt, wobei die zweite Schweißnaht 4 direkt neben der ersten Schweißnaht 3 und in Kontakt mit der ersten Schweißnaht 3 hergestellt wird. Dies ist in 5 angedeutet.
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In einem nächsten Schritt wird dann die dritte Schweißnaht 5 hergestellt, welche an einer zweiten Seite der ersten Schweißnaht 3 angeordnet wird und ebenfalls direkt neben und in Kontakt mit der ersten Schweißnaht 3 erzeugt wird. Dabei wird der Faserlaser in einem Winkel von 90° auf die Oberfläche der Bauteile 10, 20 gerichtet.
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Weiter bevorzugt werden die drei Schweißnähte 3, 4, 5 derart platziert, dass eine erste Mittellinie M1 der ersten Schweißnaht von einer zweiten Mittellinie M2 der zweiten Schweißnaht gleich weit entfernt ist (Abstand A1) wie ein Abstand A2 zwischen der ersten Mittellinie M1 und einer dritten Mittellinie M3 der dritten Schweißnaht. Der Abstand A1, A2 zwischen den Mittellinien M1, M2, M3 liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 40 bis 80 µm und beträgt besonders bevorzugt ungefähr 60 µm.
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Aufgrund des geringen Fokusdurchmessers des Faserlasers können bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen somit die Schweißnähte mit sehr kleinen Nahtbreiten und einem großen Aspektverhältnis hergestellt werden. Im Vergleich mit anderen Schweißsystemen ist somit bei gleicher Leistung eine höhere Vorschubgeschwindigkeit möglich. Dadurch kann auch ein maximaler Querverzug der Bauteile reduziert werden. Darüber hinaus können sehr kurze Prozesszeiten mit gleichzeitig einem relativ geringen Leistungsantrag und einer reduzierten Erwärmung der Bauteile erreicht werden.
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Der relativ geringe Leistungseintrag des Faserlasers zieht auch keine plastische Verformung eines oder beider Bauteile 10, 20 nach sich. Weiterhin kann durch die hohe Schweißgeschwindigkeit von ca. 4,8 m/min eine Nahtbreite der erzeugten Schweißnähte reduziert werden. Hierdurch ergibt sich auch eine Reduzierung des sog. Nagelkopfes am äußeren Bereich der Schweißnaht.
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Zur Verbindung zweier hohlzylindrischer Bauteile 10, 20 eines Injektors 100 wurde beispielhaft der Faserlaser wie folgt eingestellt: Eine maximale Leistung betrugt 320 W. Ein Durchmesser eines Laserpunkts betrug 25 µm. Die erzeugten Schweißnähte weisen dabei an der Außenseite der Bauteile eine Breite von 300 µm auf. Im Inneren der verbundenen Bauteile hatten die Schweißnähte eine Breite von 120 µm. Eine Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Laser und Bauteil betrug 4,8 m/min, wobei der Schweißvorgang unter Stickstoff durchgeführt wurde. Die Schweißnähte wurden am Umfang versetzt zueinander begonnen und beendet. Bei einer Untersuchung mittels eines Computertomographen wurde bei der Faserlaser-Schweißverbindung keinerlei Spalt nachgewiesen. Durch die Verwendung des Faserlasers wird ein reduzierter Wärmeeintrag in die Bauteile erreicht. Hierbei ergibt sich eine Festigkeitssteigerung der Schweißverbindung sowie reduzierte Eigenspannungen der Schweißnähte selbst durch den geringeren Wärmeeintrag sowie eine Minimierung eines Schweißverzuges. Hieraus resultieren Verbesserungen der geometrischen Abmessungen der Schweißnähte sowie das Fehlen einer Spaltbildung in der Schweißnaht zwischen den zu fügenden Bauteilen.
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Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine effektive und kostengünstige Verbindung zweier Bauteile 10, 20 mittels eines Faserlasers durch Setzen von wenigstens zwei Schweißnähten ermöglicht werden. Besonders geeignet ist die Erfindung hierbei bei der Verbindung zweier Bauteile eines Injektors, insbesondere eines hohlzylindrischen Innenpols und einer hohlzylindrischen Anschlusshülse, wobei die beiden Bauteile den gleichen Außendurchmesser aufweisen. Trotz des Vorsehens von mindestens zwei Schweißnähten kann dabei die effektive Schweißzeit im Vergleich mit dem Stand der Technik signifikant reduziert werden. Dadurch können insbesondere bei der Herstellung derartiger Massenbauteile wie Injektoren große Kosteneinsparungen realisiert werden. Es sei angemerkt, dass bei hohlzylindrischen Bauteilen die Faserlaser-Schweißverbindung 2 auch am inneren Umfang der Bauteile hergestellt werden kann.
