JP5305877B2 - 管結合部を製造するための方法および管結合部 - Google Patents

Description

本発明は、管と、鋳造材料から成る構成部分とを備えた管結合部を製造するための方法に関する。

さらに本発明は、管と、該管の端側に結合された鋳造材料から成る構成部分とを備えた、特にアクスルに用いられる管結合部に関する。

鋼および鋳造材料から成る構成部分を結合するためには、一方では冷間の接合方法が使用され、特にこれらの構成部分はリベットまたはねじによって互いに結合される。しかし、このような結合部の強度はその点状の力伝達に基づき制限されている。

たとえばミグ（MIG）溶接のような溶融溶接法（融接）の場合には、両金属、つまり鋼および鋳造材料の融点が互いに著しく異なることに基づき、溶接がほとんど不可能となるという問題が生じる。したがって、熱的な方法としては、ブレーズ溶接プロセスが使用される。ブレーズ溶接の場合には、鋳造材料だけが溶融され、これにより亜鉛メッキされた鋼薄板は溶接材料によって湿潤される。鋼薄板の亜鉛メッキにより、金属間相を小規模にまで減少させることができる。しかし、このような材料に束縛されたいわば材料接続的な結合は低い強度しか有しない。

したがって、本発明の課題は、管が、鋳造材料から成る構成部分に溶接によって結合され、かつ結合部が高い強度を有し、しかも互いに溶接不可能な材料ペアリングをも互いに位置固定することのできるような、管結合部を製造するための方法を提供することである。

さらに本発明は、このような方法を用いて製造された管結合部を提供することである。

この課題を解決するために本発明の方法では、以下のステップ：
管の端側の区分を拡開させ；
管の拡開された区分に鋳造材料から成る構成部分を配置し；
管の拡開された区分が少なくとも部分的に形状接続的に封入されるように鋳造材料から成る構成部分を溶接する；
を実施するようにした。

さらに上記課題を解決するために本発明の管結合部の構成では、管の端側が、半径方向外側へ突出し拡開された区分を有しており、該区分が、鋳造材料から成る構成部分内に少なくとも部分的に形状接続的に封入されているようにした。

本発明による方法では、まず管の端側の区分が拡開され、管の拡開された区分に鋳造材料から成る構成部分が配置される。引き続き、管の拡開された区分が少なくとも部分的に形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、封入されるように鋳造材料から成る構成部分が溶接される。これにより、管の拡開された区分が溶接材料によって背後から係合され、したがって管の半径方向においても軸方向においても固い結合が保証されることが達成される。管の拡開された区分の形状接続的な封入、つまり係合に基づいた嵌合式の封入により、亜鉛メッキされた管も、亜鉛メッキされていない管も使用され得るようになる。

特に安定した管結合部のためには、鋳造材料から成る構成部分の溶接時に、拡開された区分を溶接シームによって環状に封入することができる。

管の端側の区分を半径方向外側へ拡開させるためには、この区分を縁曲げするか、またはチューリップ状に押し広げることができる。拡開は、拡開された区分が背後から係合され得る程度にまで行われなければならない。

管の拡開された端側の区分が、鋳造材料から成る構成部分に設けられたストッパに押圧され、次いで、鋳造材料から成る構成部分に設けられた、前記端側の区分を取り囲むリング部が溶接され、これにより形状接続的な結合、つまり係合に基づいた嵌合による結合が形成されると有利である。この場合、こうして製造された管結合部は、軸方向における引張力および押圧力に対して負荷耐性を有すると同時に、曲げに対しても負荷耐性を有している。

結合部の相対回動防止性を高めるためには、管の拡開された区分に、溶接の前に１つまたは複数の切欠きを設けることができる。次いで、これらの切欠きまたは開口は、溶接材料および／または鋳造材料から成る構成部分に設けられた突出部で埋められて、回転方向においても安定した結合を生ぜしめる。このような切欠きの代わりに、管は溶接シームの範囲にプロファイリング部、つまり異形成形部、たとえば凹部、エンボス成形部、アンダカット部等を備えていてよく、これにより溶接材料はプロファイリングされた範囲、つまり異形成形された範囲に流れ込むようになる。択一的には、拡開された区分を横断面楕円形に加工成形することも可能である。これにより、回動防止性が高められる。

本発明による管結合部は、端側で半径方向外側へ突出した、拡開された区分を備えた管を有しており、拡開された区分は、鋳造材料から成る構成部分によって少なくとも部分的に形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、封入されている。これにより、特に車両構造におけるアクスル（車軸）またはアクスルコンポーネントを製造するためにも使用することのできる固い管結合部が製造される。なぜならば、管、特に鋼管と鋳造材料、たとえば軽金属、特にアルミニウムから成る構成部分とから成る、このようなハイブリッド結合部は、鋼構成部分の結合部の代わりに重量低減のために使用され得るからである。

管の拡開された区分を封入するためには、鋳造材料から成る構成部分に、材料により拘束された、いわば材料接続的に結合された溶接シームが設けられていると有利である。特に良好な強度のためには、溶接シームが多層状に形成されていてよい。

管の半径方向における負荷に対しても管結合部に耐性を付与するためには、鋳造材料から成る構成部分に、拡開された区分を嵌め込むための収容部が形成されていてよい。この収容部は、拡開された区分を半径方向で少なくとも所定の範囲で取り囲む。これにより、鋳造部分に段部が形成され、この段部は力導出のために使用され得る。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、本発明による管結合部１が図示されている。この管結合部１は管２を有している。この管２には、鋳造材料、有利にはアルミニウムから成る構成部分３が固定されている。鋳造材料としては、特に軽金属が適しており、この場合、アルミニウムの他に、マグネシウム合金または鋳鋼を使用することができる。管２は鋼から成っていると有利ではあるが、しかし別の材料から製造されていてもよい。

以下においては、それぞれ１つの管２と鋳造材料から成る１つの構成部分３との間の１つの結合部しか図示されていないが、しかしもちろん、鋳造材料から成る１つの構成部分３に複数の管２を固定し、これにより１つの結節点を形成することも可能である。

管２の端側は拡開された区分４を有している。拡開された区分４は半径方向外側へ向かって突出していて、前記構成部分３に設けられたストッパ５に接触している。端側に配置された、拡開された区分４は、前記構成部分３のリング部６によって取り囲まれていて、外側で溶接材料７によって封入されている。溶接材料７は、たとえばミグ溶接による構成部分３の溶接によって導入することができる。

拡開された区分４を介して管２はアルミニウムから成る構成部分３に形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により結合されている。この場合、拡開された区分４は一方ではストッパ５に、他方では溶接材料７にそれぞれ接触している。したがって、軸方向において管結合部１は引張力に対しても押圧力に対しても負荷耐性を有している。

図２には、管２が断面図で図示されている。この管２は端側でチューリップ状に拡開された区分４を有している。この拡開された区分４は円筒状の管の場合には、円弧９を介して外方へ向かって湾曲させられている。円弧９の内面は構成部分３に設けられた管片１０を介して支持されており、この管片１０は管２の円筒状の範囲にも突入して係合している。これにより、特に強固な結合が得られる。また、管片１０を、破線８で示したように、より短く形成することも可能である。管片１０は重量節約のために内部中空に形成されていてもよい。

図３には、管２の拡開された区分４が図示されている。この拡開された区分４には、全周にわたって分配されて複数の切欠き１１が設けられている。これらの切欠き１１は溶接材料７で満たされているので、管２と構成部分３との間の相対回動不能な結合が形成される。切欠き１１は拡開された区分４の周面に配置されており、この場合、切欠きを前記区分４の内部の開口として、たとえば円弧９の範囲に設けることも可能である。この場合、鋳造材料から成る構成部分３は１つまたは複数の突出部を有していてよい。その場合、この突出部は拡開された区分４または円弧９に設けられた、対応する開口または切欠き内に係合する。

図４には、管結合部の変化実施例が図示されている。この場合、管２´が使用される。管２´は端部側の区分４´を有しており、この区分４´は縁の折曲げにより形成されていて、半径方向に突出している。これにより、円弧の代わりに縁部９´が、管２´と区分４´との間の移行部として形成されている。その他の点で、鋳造材料から成る構成部分３に対する結合部は先行した実施例の場合と同様に形成されており、この場合、区分４´は片側で、アルミニウムから成る構成部分３に設けられたストッパ５に接触していて、反対の側では溶接材料７によって取り囲まれている。これにより、管２´は軸方向においても半径方向においても、アルミニウムから成る構成部分３に固く結合されている。溶接材料７は半径方向外側に位置する側で構成部分３に設けられたリング部６によって取り囲まれている。溶接材料７と管２´との間の移行部は、溶接材料７が管２´に向かってせり上がるように、つまり管２´に隣接して、半径方向内側へ向かって、拡開された区分４´から離れる方向に延びる円弧が形成されるように形成されている。このことは、溶接材料７と管２´との間のギャップを回避し、ひいては該ギャップ内にあとで湿分が溜まる危険を回避する。

図５に示した管結合部の実施例では、鋳造材料から成る構成部分３に、溶接材料７ならびに管２の拡開された区分４のための収容部が形成されている。この収容部はリング部３０を起点として、半径方向内側に向かって延びる円弧３１を備えた凹部を有している。円弧３１は湾曲させられて形成されていて、段部３２にまで延びている。この段部３２に隣接して、別の円弧状の区分３３が形成されており、この円弧状の区分３３は拡開された区分４に設けられた内側の円弧に接触している。前記収容部は管片３４の端部にまで延びている。管片３４は中実プロファイル（中実成形体）または中空プロファイル（中空成形体）として部分的に管２内に嵌め込まれている。段部３２はこの場合、拡開された区分４の端面４０が部分的にこの段部３２と構成部分３とに接触することを生ぜしめる。これにより、半径方向の力を直接に構成部分３へ導出することができる。

さらに、リング部３０によって取り囲まれた収容部は溶接材料７で満たされている。この溶接材料７は多層状に形成されていて、最初の溶接の溶接材料７０と、後続の溶接の溶接材料７１とを有している。これにより、溶接による熱応力が減じられる。溶接材料７と管２との間の移行部７２は少なくとも直角に形成されており、この場合、溶接材料７は、移行部７２におけるギャップを回避するために、軽度に上方へ向かって管２へせり上がっていてもよい。

図６に示した、管２と鋳造材料から成る構成部分３とを備えた管結合部では、管２の端側の拡開された区分４と、鋳造材料から成る構成部分３との間に、低い温度で溶融するろうリング２０，２１が設けられている。第１のろうリング２０は拡開された区分４の端部に設けられており、第２のろうリング２１は管２の拡開された区分４と円筒状の区分との間に配置されている。低い温度で溶融する両ろうリング２０，２１によって、鋳造材料から成る構成部分３と管２との間の結合は強化され、かつ場合によってはこの範囲における腐食攻撃を阻止する。

図７のＡおよびＢに示した、管２´と鋳造材料から成る構成部分３´との間の管結合部の実施例では、回動防止性を高めるために管２´に１つまたは複数のプロファイリング部（異形成形部）２２が加工成形されている。これらのプロファイリング部２２は半径方向の切込みまたは環状の凹部として形成されている。プロファイリング部２２は、溶接時に該プロファイリング部２２内に溶接材料７が流入し得るようにするために働く。このことは回動防止性を高める。このようなプロファイリング部２２は管２もしくは管２´に切欠き１１と相まって設けられてもよい。

回動防止性を形成するために、図示の実施例では、拡開された区分４；４´に切欠き１１が設けられている。また、拡開された区分４が、円形状とは異なる輪郭を有し、特に楕円形に加工成形されることによって、回動防止された結合を得ることもできる。これにより、アルミニウムから成る構成部分３に対して相対的な管２の回動が回避される。

本発明による管結合部を示す斜視図である。 図１に示した管結合部の断面図である。 図１に示した管結合部を断面した平面図である。 本発明の別の実施例による管結合部を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施例による管結合部を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施例別による管結合部を示す断面図である。 プロファイリング（異形成形）された管を備えた本発明による管結合部を、断面図（Ａ）および該断面図（Ａ）のＸで示した丸印で囲んだ範囲の拡大図（Ｂ）で示す図である。

符号の説明

１ 管結合部
２，２´ 管
３ 構成部分
４，４´ 拡開された区分
５ ストッパ
６ リング部
７ 溶接材料
９ 円弧
９´ 縁部
１０ 管片
１１ 切欠き
２０，２１ ろうリング
２２ プロファイリング部
３０ リング部
３１ 円弧
３２ 段部
３３ 円弧状の区分
３４ 管片
４０ 端面
７０ 溶接材料
７１ 溶接材料

Claims (15)

1. 管（２，２´）と、鋳造材料から成る構成部分（３）とを備えた管結合部（１）を製造するための方法において、
   管（２，２´）の端側の区分（４，４´）を拡開させるステップと、
   管（２，２´）の拡開された区分（４，４´）に鋳造材料から成る構成部分（３）を配置するステップと、
   管（２，２´）の拡開された区分（４）が少なくとも部分的に、鋳造材料から成る構成部分（３）内に、溶接材料によって係合されることにより封入されるように該構成部分（３）を溶接するステップと、
   を実施することを特徴とする、管結合部を製造するための方法。
2. 鋳造材料から成る構成部分（３）の溶接時に、拡開された区分（４，４´）を環状に封入する、請求項１記載の方法。
3. 管（２，２´）の端側の区分（４，４´）の拡開を、縁曲げまたは押し広げにより行う、請求項１または２記載の方法。
4. 管（２，２´）の拡開された端側の区分（４，４´）を、鋳造材料から成る構成部分（３）に設けられたストッパ（５）に押圧し、鋳造材料から成る構成部分（３）に設けられた、前記端側の区分（４，４´）を取り囲むリング部（６）を１回または数回のステップで溶接する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 管（２，２´）の拡開された区分（４，４´）に、溶接の前に１つまたは複数の切欠き（１１）および／または、半径方向の切込みもしくは環状の凹部として構成されたプロファイリング部（２２）を設ける、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 管（２，２´）と鋳造材料から成る構成部分（３）との間に、溶接の前に少なくとも１つのろう接リング（２０，２１）を配置する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 拡開された区分を横断面楕円形に加工成形する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 管（２，２´）と、該管（２，２´）の端側に結合された鋳造材料から成る構成部分（３）とを備えた管結合部（１）において、
   管（２，２´）の端側が、半径方向外側へ突出し拡開された区分（４，４´）を有しており、該区分（４，４´）が、鋳造材料から成る構成部分（３）内に少なくとも部分的に、溶接材料によって係合されることにより、封入されており、
   管（２，２´）の拡開された区分（４，４´）に、１つまたは複数の切欠き（１１）および／または、半径方向の切込みもしくは環状の凹部として構成されたプロファイリング部（２２）が設けられており、該切欠き（１１）および／またはプロファイリング部（２２）が鋳造材料で満たされていることを特徴とする管結合部。
9. 管（２，２´）の拡開された区分（４，４´）が、鋳造材料から成る構成部分（３）によって環状に取り囲まれている、請求項８記載の管結合部。
10. 鋳造材料から成る構成部分（３）が、軽金属合金から成っている、請求項８または９記載の管結合部。
11. 管（２，２´）が鋼管として形成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の管結合部。
12. 管（２，２´）の拡開された区分（４，４´）を封入するために、鋳造材料から成る構成部分（３）に材料接続的に結合された溶接シーム（７）が設けられている、請求項８から１１までのいずれか１項記載の管結合部。
13. 溶接シーム（７）が多層状に形成されている、請求項１２記載の管結合部。
14. 鋳造材料から成る構成部分（３）に、拡開された区分（４，４´）を嵌め込むための収容部が形成されており、該収容部が、拡開された区分の端面（４０）を半径方向で少なくとも所定の範囲で取り囲んでいる、請求項８から１３までのいずれか１項記載の管結合部。
15. 前記管結合部（１）は、アクスルに用いられるものである、請求項８から１４までのいずれか１項記載の管結合部。

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