DE1900951B2 - Schweißverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schweißverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen und als vorbekani.. vorausgesetzten Art

Es ist bereits eine Rohr-Flansd—erbindung bekannt bei der die Schweißnut einen zum Grund hin erweiterten Querschnitt aufweist F irch den dadurch am Grund der Nut gebildeten verdickten Bereich des Schweißmaterials wird eine Klemmwirkung erreicht was jedoch mit dem Nachteil erkauft wird, daß die Wandstärke des Rohres an der betreffenden Stelle erheblich verjüngt ist Diese Schweißverbindung ist für Konstruktionen vorgesehen, bei denen das Rohr nicht auf Zug, sondern auf Druck beansprucht wird (US-PS 9 20 743).

Es ist ferner bekannt ein Rohrstück mit deckeiförmigen Teilen zu verschweißen, die beide aus Edelstahl bestehen. Das deckeiförmige Teil weist dabei in der Nähe der Schweißstelle eine Ringnut auf, die jedoch nicht mit Schweißmaterial angefüllt wird. Die derart hergestellten rohrförmigen Behälter werden von außen, also auf Druck, beansprucht, nicht jedoch auf Zug (US-PS 31 83 066).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schweißverbindungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß die Verwendung von Metallen mit geringerer Zugfestigkeit für die Herstellung des einen Teils, beispielsweise der Zylinderköpfe, ermöglicht ist, etwa von Gußeisen, weil ein wesentlicher Teil der Spannungsbelastung, der üblicherweise von diesem Teil aufgenommen werden muß, als Schwerbelastung von der stärkeren Schweiß- ^Wl verbindung aufgenommen wird und diese daher den größeren Teil der Spannung auf den stärkeren der beiden zu verschweißenden Teile überträgt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Kennzeichenteil des Patentanspruchs angegebenen ^h) Merkmalen.

Es ist zwar durch die US-PS 31 83 066 bekannt, daß sich die Schweißnaht über die Überlappungsfläche hinaus erstreckt und eine bogenförmige Querschnittsform in der entsprechenden Grundnut aufweist, und es ist ferner aus der US-PS 9 20 743 bekannt, die die Schweißnut begrenzenden Wände der miteinander zu verbindenden Teile von der Grundnut aus divergierend zu gestalten. Außerdem ist durch die »Zeitschrift für Schweißtechnik«, Nr. 12, 1961, Seite 409-419, die Verwendung eines Anschlages an einem der zu verbindenden Teile bekannt jedoch sind die sonstigen technischen Verhältnisse bei den jeweiligen bekannten Konstruktionen ganz anders gelagert

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Verbindungsstelle eines Zylinderkopfes und einer Zylinderwand nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Verbindungsstelle eines Zylinderkopfes und einer Zylinderwand als Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Ansicht nach Vollendung der Schweißverbindung.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Schweißverbindung zum Verbinden eines Zylinderkopfes mit einer Zylinderwand eines hydraulischen Zylinders. Die stumpfe Schweißnaht 10 verbindet den Zylinderkopf 12 mit einem Zylinder 14, wobei ein Bereich 13 mit verringertem Durchmesser des Zylinderkopfes 12 *,:ch bis über die Stirnseite des Zylinders erstreckt Wenn der Zylinder unter Druck steht, wie durch Pfeile angedeutet ist wird auf die Schweißnaht 10 und auf die miteinander verbundenen Teile 12 und 14 eine hohe Zugspannung ausgeübt Die Fläche A zeigt angenähert den Bereich des Zylinderkopfes, der die Zugspannung unter solchen Bedingungen aufnimmt

Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Schweißverbindung als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das innere Ende 18 des Zylinderkopfes 17 weist einen geringeren Durchmesser auf und sitzt eng in der offenen Bohrung des Zylinders 20. Das innere Ende des Z;. linderkopfes 17 ist ferner mit einer sich über den Umfang erstreckenden, im Querschnitt bogenförmigen Bodennut 21 versehen, welche eine divergierende Seitenwand 22 aufweist Das offene Ende des Zylinders 20 ist mit einer nach außen geneigten Stirnfläche 24 versehen, welche die äußere Seitenwand der Nut 21 bildet Die Nut 21 ist so tief, daß sie eine beträchtliche Strecke unter dem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Ende 18 liegt, wie in den Figuren dargestellt ist Wenn das innere Ende 18 des Zylinderkopfes daher in den Zylinder 20 eingeführt wird, entsteht eine tiefe Umfangsnut 21 mit divergierenden Seitenwänden 22 und 24.

Es ist zwar nicht nötig, jedoch günstig für die richtige Bildung der Schweißnaht eine Einrichtung vorzusehen zum Begrenzen der Eindringtiefe des Zylinderkopfes in die Zylinderbohrung vor dem Schweißen. Diese Einrichtung besteht in einer dünnen Umfangsrippe 23, die mit dem Zylinderkopf ein Teil bildet Es kann jedoch auch statt dessen ein ähnlicher Anschlag (nicht dargestellt) an der Innenfläche des Zylinders vorgesehen sein.

Nachdem der Zylinderkopf 17 und der Zylinder 20 gemäß Fig.2 zusammengesteckt worden sind, wird Schweißmetall in drei oder mehr Gängen 25, 26, 27 in die Nut 21 eingefüllt, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.

Beim Aufbau des Schweißmetalls in der Nut 21 wird eine Schmelzzone 28 gebildet der Anschlag 23

verschweißt und eine Verbindung hergestellt mit einer gut abgerundeten und verhältnismäßig dicken Wurzel 31, wie in Fig.3 dargestellt ist. Diese Wurzel erstreckt sich in einer Entfernung B über die zylindrische Oberfläche 32 des inneren Endes 18 des Zylinderkopfes 17 nach innen, was ein wesentliches Merkmal der Erfindung bildet

Nachdem der Zylinderkopf 17 in der oben beschriebenen Weise mit dem Zylinder 20 verschweißt worden ist, übt ein im Innenraum 33 des geschlossenen Zylinders vorhandener hoher Druck auf die Zylinderwand 20 und den Zylinderkopf 17 Kräfte in entgegengesetzten Richtungen aus, wie durch die in verschiedenen Richtungen verlaufenden Pfeile dargestellt ist. Eine gegen die Innenfläche des Zylinderkopfes in dem Ringbereich B wirkende Kraft übt einen Druck gegen die Wurzel 31 der Schweißverbindung aus und ergibt eine Scherspannung längs der Linie D durch die Schweißnaht

Da das Schweißmetall 30 und das geschmolzene Metall 28 eine wesentlich größere Festigkeit haben als das Metall des Zylinderkopfes 17, und da die tiefliegende Wurzel 31 einen beträchtlichen Teil der Zugspannung auf den Zylinderkopf in eine Druckspannung umwandelt, ergibt die Schweißverbindung nach der Erfindung aine beträchtliche Abnahme der Spannungsbelastung pro Flächeneinheit Eine weitere Abnahme der Zugspannung pro Flächeneinheit ergibt sich dadurch, daß die Spannung über eine größere Fläche C verteilt wird statt wie bisher über die kleinere Fläche A (F i g. 1).
Die Schweißverbindung ist auf Zugspannung, Scherung und Druck beansprucht aufgrund der Art, wie die übertragenen Kräfte auf die beiden miteinander verbundenen Teile verteilt werden. Die tief ausgeschnittene Wurzel 31 und die runde Form derselben verringern die Möglichkeit vom Ermüdungsrissen längs

is der Linie D. Die Schweißverbindung ermöglicht die Verwendung eines Zylinderkopfes aus einem Metall mit verhältnismäßig geringer Zugfestigkeit anstelle eines Zylinderkopfes aus einem hochzugfesten Metall, etwa Stahl, ohne daß die Druckbeständigkeit und die Lebensdauer des kompletten Zylinders beeinträchtigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schweißverbindung zum Verbinden von auf Zug und Scherung hochbeanspruchten Teilen unterschiedlicher Zugfestigkeit, insbesondere eines Zylinderkopfes und einer Zylinderwand aus einem Material hoher Zugfestigkeit auf einem verjüngten Bereich des Teils mit geringerer Zugfestigkeit überlappend aufliegt und die quer zur Zugkraft liegende Stirnkante des Teils mit höherer Zugfestigkeit mit der durch den verjüngten Bereich angrenzenden Schulter eine Nut zur Aufnahme des SchweiQmaterials bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung des einen Teiles, insbesondere des Zylinderkopfes, der Grund der Nut ·⁵ sich über die Überlappungsfläche (32) hinaus in Form einer Bodennut (21) erstreckt, die eine bogenförmige Querschnittsform aufweist, wobei die die Schweißnut begrenzenden Wände (22, 24) der miteinander zu verbindenden Teile von der Bodennut ausgehend divergieren, und daß ein Schweißmaterial mit einer größeren Festigkeit als der des Teils mit geringerer Zugfestigkeit verwendet ist, und daß an einem der zu verbindenden Teile ein Anschlag (23) vorgesehen ist