JP2012183591A - 閉鎖された中空横断面を有する部材を溶接する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接工程の前における接合表面のクリーニングステップを省くことができ、作業の効率化とエラーのない溶接を可能にする。
【解決手段】第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３とを溶接によって接合する方法であって、第１の内寸Ｉ１を備えた第１のハウジング部材を準備し、第１のハウジング部材の内寸Ｉ１よりも小さな外寸Ａ２を備えた小横断面部分と、第１のハウジング部材との間でプレス結合部を形成する大横断面部分とを有する第２のハウジング部材を準備し、第２のハウジング部材を第１のハウジング部材内に配置して、第１のハウジング部材の内壁と第２のハウジング部材の外壁との間に、環状の間隙６を形成し、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との溶接を、該第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間の間隙の領域において行う、というステップを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、閉鎖された中空横断面を有する部材を溶接によって接合する方法、及び本発明による方法によって製造された、噴射弁用のハウジングに関する。

中空横断面を有する２つの部材を溶接によって接合することは、公知である。この場合両方の部材の間における接合領域は、第１の部材の内寸が第２の部材の外寸とプレス嵌めを生ぜしめるように、設計されている。これにより、両部材の間の接合領域には間隙が存在しない。しかしながら、両部材がきれいな表面を有していない場合には、溶接シームに問題の生じることが判明した。両部材は例えば、オイルやガソリンのような滑剤の残留物を有していることがある。このような残留物は従って、第１の部材と第２の部材との間の接合領域に存在している。そしてこの残留物は、溶接時に気化し、他の可能性がないことに起因して溶接浴を通って逃げる。これにより溶接シームには孔が生じてしまい、これらの孔は特にホース状の形状を有していて、溶接シームの外表面にまで達することがある。その結果溶接シームには、不都合な非シール性が生じる。ゆえに溶接工程の前には、溶接される部材の表面をクリーニングして、残留物を除去することが必要である。

ゆえに本発明の課題は、溶接工程の前における接合表面のクリーニングステップを省くことができ、作業の効率化とエラーのない溶接を可能にする、閉鎖された中空横断面を有する部材を溶接する方法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、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを溶接によって接合する方法であって、第１のハウジング部材及び第２のハウジング部材がそれぞれ、閉鎖された中空横断面を有する中空体として形成されており、第２のハウジング部材の中空横断面の形状が第１のハウジング部材の中空横断面の形状に相当しており、
下記のステップ、すなわち：
第１の内寸を備えた第１のハウジング部材を準備し、
第１のハウジング部材の内寸よりも小さな外寸を備えた小横断面部分と、第１のハウジング部材との間でプレス結合部を形成する大横断面部分とを有する第２のハウジング部材を準備し、
第２のハウジング部材を第１のハウジング部材内に配置して、第１のハウジング部材の内壁と第２のハウジング部材の外壁との間に、環状の間隙を形成し、両ハウジング部材の間に間隙を有する領域が接合領域であり、
第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との溶接を、該第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間の間隙の領域において行う、というステップを有しており、
第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを溶接ステップの前に相対的に位置決めするために、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間にプレス結合領域が形成されていて、該プレス結合領域が接合領域に隣接して配置されているようにした。

上記のように構成された本発明による方法には、公知の方法とは異なり、溶接シームにおける非シール性が生じ得ないという利点がある。本発明による方法は、さらに、溶接工程の前における接合表面のクリーニングステップを省くことができる。このことは本発明によれば、閉鎖された中空横断面を有していて接合される第１の部材が、閉鎖された中空横断面を有していて接合される第２の部材の外寸よりも大きく、第１の部材の内寸と第２の部材の外寸との間に環状の間隙が形成されるようになっていることによって、達成される。この間隙は、溶接工程の開始時に場合によっては、接合される部材の表面に存在している残留物の気化状態の流出を可能にし、その結果気化した残留物は、溶接工程の継続中に問題を生ぜしめるおそれがない。残留物の気化及び流出は、溶接中における熱発生によって行われ、溶接ビームが場合によっては部材の壁面に固着している残留物に衝突するまでに、終了する。溶接工程中に間隙は、部材の接合領域の加熱と軟化に基づいて閉鎖し、その結果エラーのない溶接が可能である。

本発明の有利な実施形態は、請求項２以下に記載されている。

本発明の有利な構成では、環状の間隙がその周方向に沿ってかつ、ハウジング部材の軸線方向におけるその長さに沿って、等しいままの厚さを有している。このように構成されていると、連続的で確実な溶接工程を保証することができる。

本発明の別の有利な構成では、間隙が先細に、特に円錐形に形成されている。この先細になる間隙は、この場合規則的に等しいジオメトリでその周面に沿って形成されている。

溶接は有利にはレーザ溶接である。

互いに接合される第１のハウジング部材及び第２のハウジング部材がそれぞれ円形の横断面を有していると、特に有利である。これらの部材は例えば深絞り又はローリング及び突き合わせ箇所における結合によって製造されることができる。

間隙は有利には、接合される外側の部材の壁厚の約１／１００〜約５０／１００の厚さ、特に有利には約１／１０の厚さを有している。

本発明の特に有利な構成では、溶接が同時に、複数のポジションにおいて複数の溶接装置を用いて実施される。これによって加工時間を減じることができる。

溶接工程中における第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との確実な固定を達成するために、本発明の有利な構成では、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間においてプレス結合領域が接合領域に隣接して配置されている。これによって、接合される両方の部材を互いに差し嵌めて、プレス結合領域によって所定の相対ポジションに保持することができる。そしてその後で溶接工程が行われる。

第１のハウジング部材及び第２のハウジング部材が薄い金属薄板材料から製造されていると有利である。この場合両方の部材は有利には同じ金属薄板厚さを有している。

本発明はさらに、本発明による方法によって製造された、噴射弁用のハウジングに関する。この噴射弁用のハウジングは、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とを有しており、両ハウジング部材はそれぞれ閉鎖された中空横断面を有している。両ハウジング部材は接合領域において、溶接によって互いに接合されている。この場合接合領域において第１のハウジング部材の内寸は第２のハウジング部材の外寸よりも大であり、溶接ステップの前には第１のハウジング部材と第２のハウジング部材と間に間隙が形成されている。このように構成されていると、両ハウジング部材の接合領域の表面に存在することのある残留物は、溶接中に生じる熱によって気化し、間隙を通って逃げることができ、ひいては、例えば孔等の形成による溶接シームにおける問題を回避することができる。そして溶接中に間隙は閉鎖されるので、第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間に溶接シームが形成される。

ハウジングは有利にはプレス結合領域を有しており、このプレス結合領域において第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とはプレス結合によって付加的に結合されている。プレス結合領域は有利には接合領域に隣接して配置されている。

溶接前における第１のハウジング部材と第２のハウジング部材との間の間隙は、有利にはハウジング部材の長手方向において等しいままの厚さを有しているか、又は先細に、特に円錐形に形成されている。

第１のハウジング部材と第２のハウジング部材の中空横断面は、有利にはそれぞれ真円形である。言い換えれば両ハウジング部材は有利には円筒形に形成されている。択一的にハウジング部材が楕円形の横断面を有するような構成も可能である。

本発明の第１実施例による、溶接ステップの前における噴射弁用のハウジングを示す断面図である。 溶接工程後における、図１に示されたハウジングを示す断面図である。 本発明の第２実施例による、溶接ステップの前における噴射弁用のハウジングを示す断面図である。 溶接工程後における、図３に示されたハウジングを示す断面図である。

次に本発明の有利な実施例を図面について説明する。

最初に、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施例によるハウジングと方法について説明する。

図１に示されているように、ハウジング１は第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３とを有している。両ハウジング部材２，３はこの場合、円形横断面を有する中空円筒体として形成されている。第１のハウジング部材２はこの場合等しいままの内径Ｉ１を有している。第２のハウジング部材３は、外径Ａ２を有する端部領域３ａを有している。この端部領域３ａは従って、第２のハウジング部材３の残りの直径Ａ２′よりも幾分小さな直径を有している。これにより第２のハウジング部材３の、外径を減じられた端部領域３ａによって、図１に示されているように、両ハウジング部材２，３の互いに差し嵌められた状態において、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間には環状の間隙６が生ぜしめられる。この間隙６は周方向においてコンスタントな幅を有している。間隙６はさらにハウジングの軸線方向Ｘ−Ｘにおいてコンスタントな長さを有している。この場合、軸線方向Ｘ−Ｘにおける間隙６の長さは、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間における接合領域４に相当する。接合領域４において第１のハウジング部材２はレーザ溶接によって第２のハウジング部材３と結合される。さらにハウジング１はプレス結合領域５を有しており、このプレス結合領域５は接合領域４に直に隣接して配置されている。プレス結合領域５において、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間にはプレス嵌め部が形成されている。

以下においては、ハウジング部材２，３を接合してハウジング１を形成する本発明による方法について記載する。第１ステップにおいて両ハウジング部材２，３は例えば深絞りによって製造される。この場合第１のハウジング部材２の内径Ｉ１は、この内径Ｉ１が第２のハウジング部材３の端部領域３ａにおける該第２のハウジング部材３の外径Ａ２よりも大であるように、選択されている。さらに第２のハウジング部材３の外径Ａ２′は、この外径Ａ２′が第１のハウジング部材２の内径Ｉ１と一緒にプレス嵌め部を生ぜしめるように、選択されている。次のステップにおいて第２のハウジング部材３は第１のハウジング部材２に差し込まれる。これによってプレス結合領域５において、両ハウジング部材２，３の間におけるプレス結合部が生ぜしめられる。さらに、両ハウジング部材２，３の間の接合領域４には、半径方向に等しいままの間隙幅を有するコンスタントな環状の間隙６が生じる。図１に示されているように、接合領域４において第１及び第２のハウジング部材２，３の表面に残留物７が存在している場合には、これらの残留物７が間隙６を介して外周部と結合されている。残留物７は例えば、例えばオイル又はガソリンが深絞りのための滑剤として使用される先行する製造ステップによって生じることがある。この場合プレス結合領域５は、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間における相対位置が固定されることを保証する。付言すれば、原則的にはプレス結合領域５を省くことも可能であり、両ハウジング部材２，３は、後続の溶接ステップのための保持装置を用いて保持することが可能である。しかしながらそのためには、保持装置のために高い技術的なコストもしくは手間が必要である。

次のステップにおいて両ハウジング部材２，３は互いに溶接される。図１において矢印Ｌで示されたレーザビームによって、溶接工程が実施される。レーザビームＬは初めに第１のハウジング部材２の外側に衝突する。この際に生じる熱の発生によって、間隙６内においてハウジング表面にある残留物７は、気化状態になる。今や気化したこの残留物７は、図１において矢印Ｂで示されているように、間隙６から周囲に流出することができる。次いで、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間における本来の溶接工程が始まると、これにより両ハウジング部材２，３の接合領域４における表面にはもはや残留物７は存在しなくなる。これによって第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間における確実な溶接結合部８を得ることができる。両ハウジング部材２，３の溶接は、両ハウジング部材２，３の全周に沿って行われ、この場合レーザ又は互いに差し嵌められたハウジング部材２，３を回転させることができる。しかしながらまた、周囲の異なった箇所において溶接工程を開始する複数のレーザを同時に使用することも可能である。図２に示されたハウジング１の最終状態において、両方のハウジング部材２，３は溶接によって互いに接合されている。図２に示されているように、溶接結合部８はほぼ接合領域４の真ん中に配置されている。これによって、両ハウジング部材２，３の間に、以前は間隙領域であった閉じ込められた領域６′が生ぜしめられる。この領域６′はしかしながら、両ハウジング部材２，３の間の溶接結合部に対して作用を及ぼさない。なお付言すれば、溶接結合部８が接合領域４の、プレス結合領域５の近くに位置する区分に設けられると、この領域６′の形成を阻止することができる。もちろん、第２のハウジング部材３の、接合領域４に位置している端部領域３ａが、ハウジングの軸線方向Ｘ−Ｘにおいて可能な限り短い長さを有するような構成も可能である。この端部領域３ａの長さは有利には、この長さが軸線方向Ｘ−Ｘにおける溶接結合部８の長さに相当するようにもしくはそれよりも幾分大であるように、選択される。図２に示された本発明によるハウジング１は、従って２倍の結合部、つまり溶接結合部８とプレス結合領域５におけるプレス結合部とを有している。

以下においては図３及び図４を参照しながら、本発明の第２実施例による方法もしくはハウジングについて述べる。この場合第１実施例におけると同じ部分もしくは同じ機能を有する部分に対しては、同一符号が使用されている。

第２実施例はほぼ第１実施例に相当しているが、第１実施例との相違は間隙６の構成にある。図３に示されているように、第２実施例の間隙６は、第２のハウジング部材３の円錐形に先細になる端部領域３ａによって形成されている。これにより間隙６は断面図で見てくさび形状を有している。この間隙６は第２のハウジング部材３の周囲に沿って一様に形成されていて、端部領域３ａの、第１のハウジング部材２に位置する端部を起点として、プレス結合領域５に向かって先細になっている。

図４には、第１のハウジング部材２と第２のハウジング部材３との間における溶接結合部８を備えた完成したハウジングが示されている。溶接結合部８は、プレス結合領域５に隣接して配置されている。第１実施例におけるように、間隙６が設けられていることによって、矢印Ｂで示されているように、ガス抜き、つまり残留物７を気体として流出させることができる。間隙６がガス抜き方向において拡大しているので、ガス状の残留物７を特に確実に除去することができる。その他の点においては、この実施例は既に述べた実施例に相当しており、ゆえに同一の構成についての記載は省く。

１ ハウジング、 ２ 第１のハウジング部分、 ３ 第２のハウジング部分、 ３ａ 端部領域、 ４ 接合領域、 ５ プレス結合領域、 ６ 間隙、 ６′ 領域、 ７ 残留物、 ８ 溶接結合部

Claims (13)

1. 第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）とを溶接によって接合する方法であって、第１のハウジング部材（２）及び第２のハウジング部材（３）がそれぞれ、閉鎖された中空横断面を有する中空体として形成されており、第２のハウジング部材の中空横断面の形状が第１のハウジング部材の中空横断面の形状に相当しており、
   下記のステップ、すなわち：
   第１の内寸（Ｉ１）を備えた第１のハウジング部材（２）を準備し、
   第１のハウジング部材（２）の内寸（Ｉ１）よりも小さな外寸（Ａ２）を備えた小横断面部分と、第１のハウジング部材（２）との間でプレス結合部を形成する大横断面部分とを有する第２のハウジング部材（３）を準備し、
   第２のハウジング部材（３）を第１のハウジング部材（２）内に配置して、第１のハウジング部材（２）の内壁と第２のハウジング部材（３）の外壁との間に、環状の間隙（６）を形成し、両ハウジング部材（２，３）の間に間隙を有する領域が接合領域（４）であり、
   第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）との溶接を、該第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）との間の間隙（６）の領域において行う、というステップを有しており、
   第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）とを溶接ステップの前に相対的に位置決めするために、第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）との間にプレス結合領域（５）が形成されていて、該プレス結合領域（５）が接合領域（４）に隣接して配置されていることを特徴とする、閉鎖された中空横断面を有する部材を溶接する方法。
2. 環状の間隙（６）がその周方向に沿ってかつ、ハウジング部材の軸線方向（Ｘ−Ｘ）におけるその長さに沿って、等しいままの厚さを有している、請求項１記載の方法。
3. 間隙（６）が、第１のハウジング部材（２）の壁厚の１／１００〜５０／１００の厚さを有している、請求項２記載の方法。
4. 間隙（６）が先細に形成されている、請求項１記載の方法。
5. 溶接がレーザ溶接である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 第１のハウジング部材（２）及び第２のハウジング部材（３）がそれぞれ円形の横断面を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 溶接が同時に、両ハウジング部材（２，３）の周囲における複数のポジションにおいて実施される、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 第１のハウジング部材（２）及び第２のハウジング部材（３）が薄い金属薄板材料から製造されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法によって製造された、噴射弁用のハウジング。
10. 第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）とが設けられていて、両ハウジング部材（２，３）が接合領域（４）において、溶接によって互いに接合されており、接合領域（４）において第１のハウジング部材（２）の内寸（Ｉ１）が第２のハウジング部材（３）の外寸（Ａ２）よりも大であり、溶接ステップの前に第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）と間に間隙（６）が形成されている、請求項９記載のハウジング。
11. 間隙（６）が溶接の前において、等しいままの厚さを有しているか、又は間隙（６）が先細の形状を有している、請求項９又は１０記載のハウジング。
12. 第１のハウジング部材（２）及び第２のハウジング部材（３）がそれぞれ真円形又は楕円形の横断面を有している、請求項９から１１までのいずれか１項記載のハウジング。
13. 第１のハウジング部材（２）と第２のハウジング部材（３）との間にプレス結合領域（５）が設けられている、請求項９から１２までのいずれか１項記載のハウジング。

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