DE19930852C1 - Schweißverbindung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schweißverbindung eines im wesentlichen runden Anschlußendes eines Metallbalges mit einem Bauteil aus Metall angegeben, wobei die in sich geschlossene Schweißnaht im wesentlichen entlang einem endständigen Balgumfang gelegt ist. Dabei ist vorgesehen, daß die Schweißnaht unter Einschluß von in ihrem Verlauf von der Balgumfangsrichtung mit einer zur Balgachse parallelen und/oder radialen Komponente abweichenden Abschnitten über dem Balgumfang gelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißverbindung eines im wesentlichen run­ den Anschlußendes eines Metallbalges mit einem Bauteil aus Metall, wobei die in sich geschlossene Schweißnaht im wesentlichen entlang einem end­ ständigen Balgumfang gelegt ist.

Bei derartigen bekannten Schweißverbindungen ist die Schweißnaht als entlang einem kreisförmigen Umfang verlaufende Rundschweißnaht aus­ geführt, wobei grundsätzlich sämtliche Schweißverfahren Anwendung fin­ den.

Probleme sind jedoch dann aufgetreten, wenn die Verschweißung zwi­ schen Balg und Bauteil extremen Schwingungs- oder Stoßbelastungen ausgesetzt ist, indem entweder der Balg gegenüber dem Bauteil oder, was geläufiger ist, das Bauteil gegenüber dem Balg kurzzeitige, heftige Bewe­ gungen im wesentlichen in Richtung der Balgachse ausführt.

Ein solcher Belastungsfall liegt beispielsweise vor bei hydraulischen Ven­ tilspielausgleichselementen, wie sie durch die DE 33 11 280, 35 06 730 oder 36 21 750 bekannt sind. Diese im wesentlichen aus einem Zylinder und einem Kolben bestehenden Elemente sind bei Otto- oder Dieselmoto­ ren zwischen Ventilstößelstange und zugeordneten Nocken der Nocken­ welle angeordnet, wo sie entsprechend der Motordrehzahl einer hochfre­ quenten Stoßbelastung bei der Kraftübertragung zwischen Nocken und Ventilstößelstange ausgesetzt sind, bei der sich zwischen Zylinder und Kolben des Ausgleichselementes jeweils eine gegenseitige Axialverschie­ bung mit einer Bewegungsgröße oftmals oft weit unterhalb eines Millime­ ters abspielt. Diese kurze, stoßartige Bewegungsgröße muß von einem Balg aufgenommen werden, der zur hermetischen Abdichtung des Aus­ gleichselementes einerseits mit dem Zyllinder, andererseits mit dem Kol­ ben des Ausgleichselementes verschweißt ist. Gerade diese Schweißver­ bindungen halten jedoch der auf sie ausgeübten, kurzen und hochfre­ quenten Stoßbelastung vielfach nicht Stand.

Ein anderer, ähnlich gelagerter Fall ist bei balggedichteten Vorkammern von Kraftstoffeinspritzsystemen für Otto- oder Dieselmotoren gegeben, wo ein durch ein Piezoelement betätigter Pumpenkolben zur Abdichtung der Kraftstoffseite gegenüber der Umgebung mit einem Ende eines Dichtungs­ balges verschweißt ist, dessen anderes Ende im wesentlichen gehäusefest und damit stillstehend ist. Der Pumpenkolben führt ebenfalls wieder ent­ sprechend der Motordrehzahl hochfrequente, schockartige aber äußerst kleine Axialhubbewegungen im Bereich einiger Hundertstel Millimeter aus, durch die wiederum die balg- und pumpenkolbenverbindende Schweißnaht in einer - wie sich gezeigt hat - kaum zu verkraftenden Weise belastet ist.

Die Erfindung richtet sich auf eine solche, hochfrequenten stoßartigen Be­ lastungen ausgesetzte Schweißverbindung, wobei der Anwendungsbereich auf die vorstehend nur beispielhalber genannten Fälle nicht beschränkt sein soll. Vielmehr sollen alle vergleichbaren Fälle eingeschlossen sein, bei denen zwischen einem Balg und einem mit einem seiner Enden durch Schweißen verbundenen Bauteil eine gegenseitige Bewegung der be­ schriebenen Art stattfindet, wobei sich die Bewegung im wesentlichen in Achsrichtung des Balges abspielt. Aufgabe der Erfindung ist es hier, die Schweißverbindung der eingangs genannten Art derart abzuwandeln bzw. zu gestalten, daß sie auch hochfrequenten stoßartigen bzw. schockartigen Belastungen durch Relativbewegung der durch sie verbundenen Teile dau­ erhaft Stand zu halten vermag.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schweißnaht unter Einschluß von in ihrem Verlauf von der Balgumfangsrichtung mit ei­ ner zur Balgachse parallelen und/oder radialen Komponente abweichenden Abschnitten über den Balgumfang gelegt ist.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme hat zum einen die Wirkung, daß nun­ mehr die Länge der Schweißnaht gegenüber der durch einen glatten Um­ fang von Balg bzw. Bauteil gegebenen Länge erheblich vergrößert ist, so daß bereits dadurch eine Herabsetzung der Stoßbelastung jedes individu­ ellen Schweißnahtabschnittes eintritt.

Wesentlich ist aber darüber hinaus, daß nunmehr der sich ja im wesentli­ chen in Achsrichtung des Balges fortpflanzende Belastungsstoß bzw. -schock nunmehr die Schweißnaht nicht mehr zu einem bestimmten Zeit­ punkt in ihrer Gesamtheit gleichermaßen trifft. Vielmehr erreicht die mit der Stoßbewegung einhergehende Kraftwelle die Schweißnaht axial fort­ schreitend zunächst nur an deren in Fortpflanzungsrichtung der Kraftwellen zuerst erreichten Stellen bzw. Abschnitten, die man sich dabei durch die benachbarten, noch unbelasteten Schweißnahtabschnitte abgestützt vor­ stellen kann. Im fortschreitenden Verlauf der Kraftwelle setzt sich die mit ihr einhergehende Beanspruchung der Schweißnaht allmählich über deren weiteren, partiellen Bereiche fort, wobei immer die jeweils gerade bean­ spruchten Schweißnahtteile durch benachbarte, gerade noch oder schon wieder unbelastete Teile abgestützt sind. Dadurch ist der einzelne Ab­ schnitt der Schweißnaht im Moment der auf ihn treffenden Krafteinwirkung durch benachbarte Stützfunktionen entlastet, womit seine Tragfähigkeit und im Ergebnis die Tragfähigkeit der insgesamten erfindungsgemäßen Schweißverbindung auch für die zur Diskussion stehenden Höchstbela­ stungen sichergestellt ist.

Für die Gestaltung der erfindungsgemäßen Schweißnaht gibt es zahlreiche Möglichkeiten, wovon ohne Anspruch auf Vollständigkeit nur folgende For­ men genannt seien: Der Verlauf der Schweißnaht kann sinusförmig, ome­ gaförmig, trapezoedal, meanderförmig oder stufenförmig gestaltet sein. Auch die Möglichkeit eines zick-zack-förmigen Verlaufes ist gegeben, wo­ bei je nach den Umständen des Einzelfalles die zum Balg und/oder zum Bauteil weisenden Spitzen eines solchen Schweißnahtverlaufes abgerun­ det sein können.

Was die Gestaltung von Balg und Bauteil im Hinblick auf die erfindungs­ gemäße Form der Schweißnaht betrifft, so kann vorgesehen sein, daß die Abschlußkante des Balgendes entsprechend dem Schweißnahtverlauf aus­ gebildet ist. Ein so gestaltetes Balgende läßt sich dann in der erfindungs­ gemäßen Weise ohne weiteres auf dem zylindrischen Mantel beispielswei­ se eines Kolbens oder bei einem andersartigen Bauteil im zylindrischen Mantel einer in diesem enthaltenen Bohrung durch Schweißen festlegen. Entsprechendes gilt auch für Anschlußverbindungen, bei denen ein radial nach außen oder innen verlaufender, abschließender Bund des Balges mit einer radialen Planfläche des Bauteils gepaart ist. Hier erstreckt sich dann der Verlauf einer beispielsweise zick-zack-förmigen Schweißnaht über den Umfang und in Radialrichtung von Balg und Bauteil. Selbstverständlich sind auch Zwischenformen der beiden vorgenannten Extreme denkbar, al­ so beispielsweise die Festlegung eines konisch sich erweiternden Balgen­ des auf einem entsprechend konischen Mantel eines Bauteiles.

Je nach den Umständen des Einzelfalles kann dabei zusätzlich vorgesehen sein, daß das Bauteil im Schweißnahtbereich zur Paarung mit dem Balgende eine der Abschlußkante des Balges entsprechende Profilierung aufweist, um so die Möglichkeit der Herstellung einer erfindungsgemäßen Schweißnaht also Stoßschweißnaht zu geben.

Eine gegenüber dem Vorstehenden andere Ausführung kann aber auch dadurch gegeben sein, daß Balgende und Bauteil im Schweißnahtbereich aufeinander- bzw. aneinander liegen, und daß die Schweißnaht als die Wandung des Balges durchdringende Schweißnaht ausgebildet ist. Hier bedarf es also bezüglich des Balgendes keiner besonderen Gestaltung dessen Abschlußkante, die vielmehr in üblicher Weise glatt umlaufend ausgebildet sein kann. Vielmehr ist nur zur Auführung der Schweißnaht ein solches Schweißverfahren zu wählen, mit dessen Hilfe ein zerstörungsfrei­ es Durchschweißen der Balgwandung möglich ist.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schweißverbindung eignen sich grundsätzlich alle bekannten Schweißverfahren. So kann die Schweißnaht im Lichtbogenschweißverfahren mit oder ohne Zusatzwerk­ stoff hergestellt sein, oder es findet das Verfahren des Mikro-Plasma- Schweißens Anwendung. Als besonders geeignet erscheint jedoch das La­ serschweißverfahren insbesondere bei Bauformen der vorstehend zuletzt genannten Art, bei der die Schweißnaht als die Wandung des Balges durchdringende Schweißnaht ausgebildet ist.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die je­ weils in den Fig. 1 bis 10 vereinfacht dargestellt sind.

Bei den Beispielen gemäß Fig. 1 bis 8 ist einheitlich die abschnittweise Darstellung eines Kolbens 1 beispielsweise eines Kraftstoffeinspritzsy­ stems für Otto- oder Dieselmotoren ersichtlich, der jeweils von links über seine Kolbenstange 2 in Richtung seiner Achse 3 einer hochfrequenten, sehr kurzen Hubbewegung unterzogen wird. Zur Abdichtung der Kraft­ stoffseite gegenüber der Umgebung dient ein Metallbalg 4, der mit seinem linken, nicht weiter dargestellten Ende stillstehend an einem Gehäuseteil oder dergleichen dicht befestigt ist. An seinem rechten Ende läuft der zur Achse 3 koaxiale Balg 4 in einem sich axial erstreckenden, zylindrischen Bund 5 aus, dessen Stirnkante 6 einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Entlang dieser Stirnkante 6 ist das Balgende mit dem Kolben 1 ver­ schweißt, wodurch sich eine gegenüber dem normalen Umfangsverlauf längere Schweißnaht ergibt, die sich aus in Balgumfangrichtung gehenden Abschnitten 7 und 8 zusammensetzt, die gegenüber der Balgumfangsrich­ tung eine mehr oder weniger große Komponente in Richtung der Balgachse 3 aufweisen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist das zylindrische Anschlußende 9 des Balges 4 unverändert gelassen, es hat also die bekannte, in einer Radialebene zur Achse 3 liegende Abschlußkante 10. Hier ist die Ver­ schweißung des Balgendes 7 mit dem Kolben 1 wiederum durch eine si­ nusförmig über den Umfang verlaufende Schweißnaht 11 gegeben, die nunmehr aber mit Hilfe des Laserschweißverfahrens erstellt ist, indem Durchschweißpunkte 12 gesetzt wurden, die das Material des Balgendes 7 zerstörungsfrei mit dem Metall des Kolbens 1 verbinden. Selbstverständ­ lich müssen diese Durchschweißpunkte 10 so dicht gesetzt sein, daß die Schweißnaht die erforderliche Gas- bzw. Flüssigkeitsdichtigkeit aufweist.

Fig. 3 zeigt eine zick-zack-förmig verlaufende Schweißnaht 13 bei ent­ sprechender Stirnkantenausbildung des zylindrischen, am Kolben 1 anlie­ genden Balgendes 14. Wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich, kann der zick-zack-förmige Verlauf der aus Fig. 3 ersichtlichen Schweißnaht 13 dadurch abgewandelt werden, daß entweder die in Richtung des Kolbens 1 weisenden Spitzen 15 (Fig. 7) oder die in Richtung des Balges 4 weisen­ den Spitzen 16 (Fig. 8) abgerundet sind.

Fig. 4 zeigt einen omegaförmigen Verlauf einer Schweißnaht 17, Fig. 5 einen Rechteckverlauf einer Schweißnaht 18 und Fig. 6 einen trapezoe­ dalen Verlauf einer Schweißnaht 19. Insbesondere die Schweißnähte ge­ mäß Fig. 4 und 5 enthalten dabei nicht nur in Umfangsrichtung zur Achse 3 verlaufende Abschnitte 20, 21, sondern auch Abschnitte 22 bzw. 23, de­ ren zur Balgachse 3 parallele Komponente so groß ist, daß sich diese Ab­ schnitte praktisch bzw. in ihrer Gesamtheit zur Achse 3 parallel erstrecken.

Auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 bis 8 kann selbstver­ ständlich an die Stelle einer entsprechend dem Schweißnahtverlauf ausge­ bildeten Stirnkante des Balges 4 eine glatte Stirnkante treten, wenn die Herstellung der Schweißnaht in der anhand der Fig. 2 geschilderten Wei­ se erfolgt.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 8 ist das Balgende bei im wesentlichen zylindrischer Ausbildung immer auf den Außenmantel eines Bauteils in Form eines Kolbens 1 gesetzt und damit verschweißt. Entspre­ chend kann jedoch auch, wie aus Fig. 9 ersichtlich, die Verschweißung 30 mit der Wand einer Bohrung 24 eines entsprechend gestalteten Bauteils 25 erfolgen.

Schließlich zeigt Fig. 10 ein Ende eines Balges 26 in Form einer nach ra­ dial außen auslaufenden Balgflanke 27, die mit einer entsprechend sich radial zur Achse 3 erstreckenden Stirnfläche 28 eines Bauteils 29 gepaart ist. Stellt man sich hier beispielsweise die aus Fig. 1 ersichtliche Schweißnaht vor, so weist diese dann wiederum in Umfangsrichtung ge­ hende Abschnitte entsprechend den Abschnitten 7 aus Fig. 1 auf, wäh­ rend jedoch die aus Fig. 1 ersichtlichen, eine Axialkomponente aufwei­ senden Abschnitte 8 nunmehr solche Abschnitte sind, die eine entspre­ chende Radialkomponente aufweisen. Zwischen den so geschilderten Ex­ tremformen sind natürlich Zwischenformen denkbar beispielsweise da­ durch, daß man sich bei Fig. 1 den Kolben 1 in sich nach rechts konisch erweiternder Form mit entsprechend angepaßtem konischen Balgende 5 vorstellt.

Die Bauformen gemäß Fig. 1 bis 9 lassen ohne weiteres die früher erläu­ terte Wirkung der neuen Schweißnahtgestaltung dahingehend erkennen, daß ein im wesentlichen in Richtung der Achse erfolgender Belastungsstoß durch Relativbewegung des Bauteils 1 bzw. 25 gegenüber dem Balg 4 die jeweilige Schweißnaht nie in ihrer gesamten Länge trifft, deren Abschnitte vielmehr fortschreitend punktuell durchläuft. Das gleiche gilt aber auch für die Bauform gemäß Fig. 10 für den hier allein kritischen Belastungsstoß durch Bewegung des Bauteils 29 bezogen auf die Fig. 10 nach rechts, al­ so vom Balg 26 fort. Denn auch dort wird die Schweißnaht bei der mit dem Belastungsstoß einhergehenden Krafteinwirkung zunehmend von radial in­ nen nach radial außen belastet, also nicht in ihrer gesamten Länge gleich­ zeitig der Krafteinwirkung ausgesetzt.

Claims (14)

1. Schweißverbindung eines im wesentlichen runden Anschlußendes eines Metallbalges mit einem Bauteil aus Metall, wobei eine in sich geschlossene Schweißnaht im wesentlichen entlang eines endständigen Balgumfangs gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (6, 11, 13, 17, 18, 30) unter Einschluß von in ihrem Verlauf von der Balgumfangsrichtung mit einer zur Balgachse (3) parallelen und/oder radialen Komponente abweichenden Abschnitten (8, 12, 22, 23) über den Balgumfang gelegt ist.

2. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (6) einen sinusförmigen Verlauf aufweist.

3. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (17) einen omegaförmigen Verlauf aufweist.

4. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schweißnaht (19) einen trapezodalen Verlauf aufweist.

5. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht einen meanderförmigen Verlauf aufweist.

6. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (18) einen stufenförmigen Verlauf aufweist.

7. Schweißverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (13) einen zick-zack-förmigen Verlauf aufweist.

8. Schweißverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Balg (4) und/oder zum Bauteil (1) weisenden Spitzen (16 bzw. 15) des Schweißnahtverlaufes abgerundet sind.

9. Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußkante des Balgendes (5, 14, 27) entsprechend dem Schweißnahtverlauf ausgebildet ist.

10. Schweißverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (1, 25, 29) im Schweißnahtbereich zur Paarung mit dem Balgende (5, 14, 27) eine der Abschlußkante des Balgendes (5, 14, 27) entsprechende Profilierung aufweist.

11. Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Balgende (9) und Bauteil (1) im Schweißnahtbereich aufeinander- bzw. aneinanderliegen, und daß die Schweißnaht (11) als die Wandung des Balges (4, 9) durchdringende Schweißnaht (11) ausgebildet ist.

12. Schweißnaht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht im Lichtbogenschweißverfahren mit oder ohne Zu­ satzwerkstoff hergestellt ist.

13. Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht durch Mikro-Plasma-Schweißen hergestellt ist.

14. Schweißverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht als Laserschweißnaht ausgebildet ist.