DE202008017702U1

DE202008017702U1 - Reibgeschweißtes Teil mit mindestens 2 Reibschweißstellen

Info

Publication number: DE202008017702U1
Application number: DE202008017702U
Authority: DE
Original assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Current assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2018-03-01
Also published as: MX2009002032A; US20090220820A1; DE102008012049A1; BRPI0900289A2

Abstract

Reibgeschweisstes Teil aus zwei Teilen, wobei im Bauteil ein Hohlraum (18) ausgebildet wird, der möglichst geringe Schweissstellen beinhaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass herstellbar ist, indem eine innere zu verschweissende Verbindungsfläche (13a) des ersten Teils (10) mit einer inneren zu verschweissenden Verbindungsfläche (13a) des zweiten Teils (20) zum Reibschweissen zueinander angeordnet wurden, sodass sie eine nicht vollflächige Berührungsfläche ausbilden; eine äussere zu verschweissende Verbindungsfläche (13b) des ersten Teils (10) mit einer äusseren zu verschweissenden Verbindungsfläche (13b) des zweiten Teils (20) zum Reibschweissen zueinander angeordnet werden, sodass sie eine nicht vollflächige Berührungsfläche ausbilden, und dass des erste und zweite Teil (10, 20) unter Ausbilden eine inneren und einer äusseren Reibschweissverbindung so gegeneinander reibgeschweisst werden, dass die Reibschweisswulst im wesentlichen ausserhalb der Hohlraumoberfläche enwickelt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein reibgeschweisstes Teils mit mindestens zwei Reibschweissstellen.
Es ist bekannt zwei Teile durch Reibschweißen miteinander zu verbinden. Insbesondere ist es bekannt, wie beispielsweise in der WO 2006/034862 A1 beschrieben, bei einem Kühlkanalkolben einen Kolbenboden mit einem Kolbenschaft durch Reibschweißen zu verbinden. Auch ist es aus der DE 10 2006 01 044 A1 bekannt, Schweisswülste so auszubilden, dass sie möglichst klein sind.
Bei bestimmten Anwendungen wird jedoch nicht nur eine Reibschweissverbindung hergestellt, sondern mehrere Verbindungen, wobei es äusserst wichtig ist, dass ein innerer Hohlraum möglichst frei von Schweisswülsten ist.
Ein typisches Einsatzbeispiel ist ein Kolben mit einem Ölkühlkanal. Dieser soll eine möglichst ungestörte Ölzirkulation ermöglichen und jegliche Schweisswülste, welche den Ölfluss beeinträchtigen, sind für die Kühlung von Nachteil.
Es ist Aufgabe der Erfindung, beim Reibschweissen von zwei Teilen mit einem zu einem Bauteil mit Hohlraum eine genau definierte kleine Schweisswulst an der Schweissnaht im Bereich der Hohlraumoberfläche zu erzeugen.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch ein reibgschweisstes Teil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die beiden zu verschweissenden Teile vor dem Verschweissen keine vollflächige Berührungsfläche ausbilden, sondern grössere Berührungsflächen erst während des Schweissvorgangs entstehen, kann die Ausbildung der Schweisswulstes an den verbindenden Teilen definiert genau gesteuert werden.
Um keine vollflächige Berührungsfläche zu erzielen, ist mindestens eine der zu verschweissenden Verbindungsflächen des ersten oder zweiten Teils abgeschrägt. Dadurch dass die beiden zu verschweissenden Verbindungsflächen nicht passgenau aufeinander liegen, bilden sie vor dem Schweissvorgang eine kleine Berührungsfläche aus, die sich während des Schweissvorgangs vorteilhaft auf eine maximale Berührungsfläche vergrössert. Es können beide Flächen der verbindenden Teile abgeschrägt sein. Bevorzugt wird jedoch eine ebene Fläche eines Teils mit einer abgeschrägten Fläche eines anderen Teils miteinander reibgeschweisst. Die abgeschrägte Fläche kann verschiedenst profiliert sein – auch geradlinig, konkav, konvex oder spitz ausgebildet sein. Die Gestalt der Abschrägung hängt von der Einstellung des Schweissvorgangs ab und davon ab, was für eine Schweisswulst erzielt werden soll. Ist die Schweissnaht nach einer Seite hin abgeschrägt, so wird auf der Randseite, an der sich weniger Material befindet, eine kleinere bis gar keine Schweisswulst ausgebildet. An der Randseite, an der sich die zu verschweissenden Verbindungsflächen berühren ist mehr Material vorhanden. Es bildet sich eine entsprechend grössere Schweisswulst aus, deren Grösse nicht genau vorherbestimmt ist.
Ist die zu verschweissende Verbindungsfläche nach zwei Seiten d. h. zu zwei Rändern im Querschnitt gesehen abgeschrägt, so befindet sich die Berührungsfläche in der Mitte und die Grösse der Schweisswülste kann beidseitig definiert eingestellt werden.
Erfindungsgemäss wird zudem die Aufgabe durch ein reibgeschweisstes Teil, das nach einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, dadurch gelöst, dass die inneren und äusseren Schweissflächen (13) am ersten Teil (10) und/oder einem zweiten Teil (20) vor dem Reibschweissen abgeschrägt sind.
Somit lässt sich die Breite der Schweisswulst auf ein definiertes Mass zu der abgeschrägten Seite hin erzeugen. Der grössere Anteil des Materialaustritts tritt auf der Seite auf, auf der eine Berührungsfläche vor und während des Schweissvorgangs ausgebildet ist.
Um bei bestimmten Anwendungen die Schweisswulst auf eine bestimmte Grösse zu reduzieren und nur bestimmte Zerspanungs- bzw. Drehwerk zeuge einsetzen zu müssen, sind die verbundenen Teile an zumindest einer Seite durch Reibschweissen mit keinem oder einem definiert kleinen Schweisswulst zusammengefügt. Somit wird erreicht, dass ein Schweisswulst vollständig innerhalb einem vorgegebenen definierten Breitenmass entfernt werden kann.
Bevorzugt ist das reibgeschweisste Teil ein Teil, bei dem Schweisswülste in einem Hohlraum stören, wie beispielsweise einem Einspritzpumpenkolben, einem Kolben für einen Verbrennungsmotor mit Ölkanal od. dgl.
Um eine gleichmässige Ausdehnung bei der Erwärmung reibgeschweissten Teils zu erzielen, sowie eine hohe Lebensdauer und gute Fügeeigenschaften beim Reibschweissen, ist der Werkstoff des ersten und zweiten Teils identisch.
Um bei bestimmten Anforderungen die Qualität des reibgeschweissten Teils zu verbessern und gleichzeitig ein sehr wirtschaftliches reibgeschweisstes Teil herzustellen, kann es von Vorteil sein, wenn der Werkstoff des ersten und des zweiten Teils in der Legierung verschieden ist. Es kann beispielsweise das Oberteil ein fertiger bzw. eine hoch feste Legierung eingesetzt werden und für das zweite Teil ein minderwertiger/weicherer oder preiswerter Werkstoff eingesetzt werden. Es versteht sich, dass sich die Werkstofflegierungen sowohl auf Stahl oder Aluminiumlegierungen alleine beziehen oder eine Kombination aus Stahl und Aluminiumlegierung.
Bevorzugt ist bei einem reibgeschweissten Teil, dass nach einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, wobei das erste zu verbindende Teil ein Kolbenboden und das zweite zu verbindende Teil ein Kolbenring.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmal nicht an der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Kolbens unter Bezugnahme auf vier dazugehörige Zeichnungen näher erläutert, auf den die Erfindung aber keineswegs eingeschränkt ist. Es zeigen:
1 oben einen Ausschnitt eines Querschnittes von zwei Kolbenteilen zur Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren und unten die beiden verbundenen Kolbenteile;
2 einen Ausschnitt eines Querschnitts der 1 mit Schweisswulstbildung.
3 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen,
4: einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen
5 einen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen
6 einen Ausschnitt einer fünften Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen
7 einen Ausschnitt einer sechsten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen
8 einen Ausschnitt einer siebten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen;
9 einen Ausschnitt einer achten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen
Die 1 zeigt vereinfacht einen Querschnitt eines Kolbenoberteils 10 und eines Kolbenunterteils 20 vor dem Verschweissen übereinander. Deutlich erkennt man die Abschrägung der zu verschweissenden Wände, so dass die Materialanhäufung beim Reibschweissen sich jeweils ausserhalb des Ölkanals 18 bildet. Das Kolbenoberteil 10 weist in dieser Ausführungsform als spezielle Ausgestaltung eine äussere abgeschrägte Schweissfläche 13b am ersten Teil 10 auf, wie in 2 detailliert dargestellt. Diese abgeschrägte Schweissfläche 13b wird beim Zusammenverbinden mit dem Kolbenunterteil 20 durch Reibschweissen auf eine ebene Schweissfläche des Kolbenunterteils 20 gesetzt. Dadurch ergibt sich, dass sich auf der rechten Seite der 2 weniger Material befindet, als auf der linken Seite der 2. Es liegt also ein keilförmiger Spalt 14 vor dem Reibschweissen vor. Die zu verschweissenden Berührungsflächen des Unter- und Oberteils 20, 10 liegen somit nicht vollflächig aufeinander auf. Eine vollflächige Verbindung ergibt sich erst durch den Reibschweissvorgang. Der keilförmige Spalt kann in einem Winkel von ca. 4–15°, bevorzugt ca. 5–10°, besonders bevorzugt 7,5° ausgebildet sein.
Die 2 zeigt als besonderes Detail den Ausschnitt A der 1. Die 2 zeigt, dass eine Schweisswulst 16 am Kolbenäusseren in herkömmlicher Weise ausgebildet ist. Die Reibschweisswulst 7 im Innenbereich ist dagegen erheblich kleiner ausgebildet worden. Dadurch kann bei dieser Ausführungsform ein guter kühlender Ölfluss innerhalb des Ölkanals gewährleistet werden.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen, wobei hier nun die Kolbenaussenwand so ausgebildet ist, dass beide zu verschweissenden Flächen in einem Winkel so zueinander verlaufen, dass die Materialansammlung sich an der Aussenfläche des Kolbens bildet.
Die 4 zeigt einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen, wobei hier nun eine Aussparung im Bereich des Ölkanals in den Kolbenwänden vorgesehen ist, in der sich dann Material der Schweisswulst ansammeln kann, ohne die lichte Weite des Ölkanals zu beeinträchtigen.
5 zeigt einen Ausschnitt einer vierten Ausführungsform einer mit etwa zusammenpassenden Profilen ausgebildeten Wänden eines Kolbenober- und Kolbenunterteils vor und nach dem Reibschweissen, wobei im Bereich des Ölkanals deutlich weniger Material vorgesehen ist.
6 zeigt eine ähnliche Ausbildung zusammenpassender abgerundeter Profile einer fünften Ausführungsform einer Kolbenaussenwand vor und nach dem Reibschweissen;
7, 8 und 9 weitere Ausschnitte weiterer Ausführungsformen von Kolbenober- und unterteilen vor und nach dem Reibschweissen, die verschiedene, zum Reibschweissen geeignete Profile aufweisen, wobei diesen gemein ist, dass sich die Materialansammlungen des Schweissens stets auf der Kolbenaussenwand ausbilden.
Der Kühlkanal 18 hat somit kein Störvolumen und die Reibschweissnaht 19, 22 ist durch den Spalt 14 von aussen einfach kontrollierbar. Bauteile die fehlerhaft reibverschweisst sind, können somit schnell herausgefunden werden.
Der Werkstoff, aus dem das Oberteil 10 hergestellt ist, kann aufgrund der Anforderungen ein sehr hochfestes bzw. widerstandsfähiges Material beispielsweise Stahl oder Aluminium sein. Hingegen kann das zweite Teil 20 aus einem weicheren Werkstoff oder minderwertigeren Werkstoff auch beispielsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein kann. Im übrigen wird auf die zeichnerischen Darstellungen der Erfindungen als wesentlich verwiesen.
Bezugszeichenliste

10: Kolbenoberteil
13a: innere Verbindungsfläche
13b: äussere Verbindungsfläche
14: Spalt
15: Führung
16: Schweisswulst
17: Schweisswulst
18: Ölkanal
19: Reibschweissnaht innen
20: Kolbenunterteil
22: Reibschweissnaht aussen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/034862 A1 [0002]
DE 10200601044 A1 [0002]

Claims

Reibgeschweisstes Teil aus zwei Teilen, wobei im Bauteil ein Hohlraum (18) ausgebildet wird, der möglichst geringe Schweissstellen beinhaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass herstellbar ist, indem eine innere zu verschweissende Verbindungsfläche (13a) des ersten Teils (10) mit einer inneren zu verschweissenden Verbindungsfläche (13a) des zweiten Teils (20) zum Reibschweissen zueinander angeordnet wurden, sodass sie eine nicht vollflächige Berührungsfläche ausbilden; eine äussere zu verschweissende Verbindungsfläche (13b) des ersten Teils (10) mit einer äusseren zu verschweissenden Verbindungsfläche (13b) des zweiten Teils (20) zum Reibschweissen zueinander angeordnet werden, sodass sie eine nicht vollflächige Berührungsfläche ausbilden, und dass des erste und zweite Teil (10, 20) unter Ausbilden eine inneren und einer äusseren Reibschweissverbindung so gegeneinander reibgeschweisst werden, dass die Reibschweisswulst im wesentlichen ausserhalb der Hohlraumoberfläche enwickelt ist.
Reibgeschweisstes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zu verschweissenden Verbindungsflächen des ersten und zweiten Teils (10, 20), insbesondere geradlinig, konkav, konvex oder spitz, abgeschrägt oder profiliert ist.
Reibgeschweisstes Teil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissflächen (13) am ersten Teil (10) und/oder einem zweiten Teil (20) vor dem Reibschweissen abgeschrägt sind.
Reibgeschweisstes Teil, nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbundenen Teile (10, 20) an zumindest einer Seite durch Reibschweissen mit keiner oder einer definiert kleinen Schweisswulst (17) zusammengefügt sind
Reibgeschweisstes Teil, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit Kühlkanal (18) ist, wobei der Kühlkanal der Hohlraum ist.
Reibgeschweisstes Teil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des ersten und zweiten Teils (10, 20) identisch ist.
Reibgeschweisstes Teil nach einem oder mehren der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des ersten und zweiten Teils (10, 20) in der Legierung verschieden ist.
Reibgeschweisstes Teil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zu verbindende Teil (10) ein Kolbenoberteil und das zweite zu verbindende Teil (20) ein Kolbenunterteil ist.