DE10333815B4

DE10333815B4 - Schweißverfahren für rohrförmiges Element sowie Zahnradpumpe, die mit dem Schweißverfahren hergestellt ist

Info

Publication number: DE10333815B4
Application number: DE10333815A
Authority: DE
Inventors: Fumiyoshi Kariya Ariki; Hitoshi Kariya Mizutani; Akinori Kariya Nakayama; Yasunori Kariya Kawamoto; Hideaki Kariya Shirai
Original assignee: Denso Corp; Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: DE10333815A1; JP4176408B2; US20040238505A1; JP2004058078A; US7124930B2

Abstract

Verfahren zum Schweißen eines rohrförmigen Elements (10) mit einem dünnen Abschnitt (11) an seinem Umfang und mit einem äußeren Umfangsrand an ein Element über den gesamten Umfang des rohrförmigen Elements (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen an einem Punkt (c) begonnen wird, der von dem dünnen Abschnitt (11) winkelbeabstandet ist, so dass eine Schweißenergie, die auf das rohrförmige Element (10) an dem Punkt (c) aufgebracht wird, eine Schweißenergie aufhebt, die auf den dünnen Abschnitt (11) aufgebracht wird und dazu neigt, den dünnen Abschnitt (11) und somit das rohrförmige Element (10) zu verformen.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen von Rohrelementen, wie zum Beispiel Einfassungen einer Zahnradpumpe, ein Rohrelement, das unter Verwendung des Schweißverfahrens geschweißt ist, sowie eine Zahnradpumpe mit Einfassungen, die unter Verwendung des Schweißverfahrens geschweißt sind.
Die 2–4 zeigen eine Zahnradpumpenbaugruppe P, die in den JP-Patentoffenlegungsschriften 2000-9058 und 2001-80498 offenbart ist. Sie ist an einem Gehäuse H von verschiedenen Vorrichtungen montiert und saugt Öl a durch Einlassanschlüsse 1 ein und stößt es durch Auslassanschlüsse 2 aus. Insbesondere hat die Pumpenbaugruppe eine Drehwelle 3, die durch einen Motor M angetrieben ist, und eine Vielzahl (in dem dargestellten Beispiel 2) von Zahnradpumpen, die axial um die Drehwelle 3 angeordnet sind und jeweils einen inneren Rotor 4, der an der Drehwelle 3 befestigt ist, und einen äußeren Rotor 5 aufweisen, der drehbar an dem Gehäuse H montiert ist, so dass er exzentrisch relativ zu dem inneren Rotor 4 ist. Der innere Rotor 4 und der äußere Rotor 5 greifen kämmend miteinander ein, wobei dadurch verursacht wird, dass Öl in die Zahnradpumpe eingesaugt und von dieser ausgestoßen wird.
Die Pumpenbaugruppe hat des Weiteren Einfassungen 6, die jeweils eine Zahnradpumpe aufnehmen, einen Mittelzylinder 7a und Seitenzylinder 7b, die zusammenwirken, so dass Pumpräume definiert werden, die von den Zahnradpumpen aufgenommen werden. Jede Einfassung 6 muss hermetisch mit dem Mittelzylinder 7a und dem entsprechenden Seitenzylinder 7b verbunden sein. Üblicher Weise ist jede Einfassung 6 mit den Zylindern 7a und 7b über die gesamten äußeren Umfangsränder von diesen verschweißt, wie bei t gezeigt ist.
Eine solche Verschweißung wird von einem gewünschten Punkt von dem äußeren Umfangsrand jeder Einfassung 6 begonnen, wobei ein Schweißer S zu der Einfassung 6 ausgerichtet ist, und wird in einer Umfangsrichtung fortgesetzt.
3 zeigt den Schnitt von einer der Zahnradpumpen. Wie gezeigt ist, ist der äußere Rotor 5 durch Gleitdichtungen (Spitzendichtungen) 8 vorgespannt, so dass Spalten, die durch die Zähne des inneren Rotors 4 und des äußeren Rotors 5 definiert sind, sich graduell von dem Auslassanschluss in Richtung auf den Einlassanschluss vergrößern. Die Dichtungen 8 werden in Einschnitten 9 aufgenommen, die in der Einfassung 6 ausgebildet sind. Die Wand der Einfassung 6 ist somit an Punkten dünn, an denen es die Einschnitte 9 gibt. Während des Schweißens wirkt eine Verfestigungskraft örtlich an der Einfassung 6. Die Kompensationskraft neigt dazu, die Einfassung 6 stärker an ihren dünnen und somit schwachen Abschnitten aufgrund der Existenz der Einschnitte 9 als an anderen Abschnitten zu verformen.
Wenn beispielsweise das Schweißen an dem Punkt begonnen wird, der in 5 gezeigt ist, wenn das Schweißen an dem Abschnitt eines Elements 10 (Einfassung 6) durchgeführt wird, das mit einem anderen Element zu verschweißen ist, an dem es einen Ausschnitt 11 (Einschnitt 9) gibt, werden aufgrund der Verfestigungskraft b, die sich aus der Schweißenergie ergibt, Biegespannungen Q auf das Element 10 (die Einfassung 6) aufgebracht, wobei sich somit das Element 10 in eine ovale Gestalt verformt, von der die kleinere Achse durch den Ausschnitt 11 tritt, wie durch eine Strichpunktlinie in 5 gezeigt ist.
Wenn andererseits das Element 10 keinen Ausschnitt hat, wird dann, wenn das Schweißen an einem Punkt c begonnen wird, aufgrund der bei dem Schweißstartpunkt c erzeugten Verfestigungskraft das Element in eine ovale Gestalt verformt, von der die kleinere Achse den Schweißstartpunkt c durchläuft, und werden die Abschnitte an dem Umfang sich in eine sinusähnliche Kurve verformen, wie in 6 gezeigt ist.
Wenn das Element eine Einfassung 6 einer Zahnradpumpe P ist, wird es schwierig, den äußeren Rotor 5 an einer derart stark verformten Einfassung mit einer hohen Genauigkeit zu montieren, oder es kann schier unmöglich sein, den äußeren Rotor 5 an einer derartigen Einfassung zu montieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Grad einer Verformung eines derartigen Elements zu minimieren, das zu verschweißen ist.
Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar.
1A–1F sind schematische Ansichten, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele dieser Erfindung zeigen;
2 ist eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer Zahnradpumpe, auf die das Konzept dieser Erfindung angewendet ist;
3 ist eine Querschnittsansicht der Zahnradpumpe von 2;
4 ist eine teilweise Schnittansicht entlang einer Linie X-X von 3;
5 ist eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Schweißverfahren zeigt; und
6 ist eine Grafik, die zeigt, wie das Rohrelement von dem Schweißstartpunkt verformt ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, wirkt die Verfestigungskraft an der Einfassung an dem Schweißstartpunkt c an dem Ausschnitt 11. Die Verfestigungskraft, die an dem Schweißstartpunkt c wirkt, neigt dazu, das Element 10 in eine ovale Gestalt zu verformen, von der die kleinere Achse durch den Punkt c hindurchtritt, während die Verfestigungskraft, die an dem Ausschnitt 11 wirkt, dazu neigt, das Element 10 in eine ovale Gestalt zu verformen, von der die kleinere Achse durch den Ausschnitt 11 tritt. Das bedeutet, dass dann, wenn der Punkt c und der Ausschnitt 11 voneinander winkelbeabstandet sind, so dass der Ausschnitt 11 an oder in der Nähe von dem Hochpunkt der Kurve von 6 positioniert ist, die Verfestigungskräfte, die an dem Punkt c und an dem Ausschnitt 11 wirken, einander aufheben, so dass das Element 10 seinen ursprünglichen kreisförmigen Querschnitt beibehalten kann.
Insbesondere für ein Element mit den in 6 gezeigten Verformungscharakteristiken sollten der Ausschnitt 11 und der Schweißstartpunkt c voneinander um ungefähr 90 Grad in eine Umfangsrichtung winkelbeabstandet sein. Das heißt, dass für diesen Fall, wie in 1A gezeigt ist, die Schweißung an einem Punkt c gestartet werden sollte, der von dem Ausschnitt 11 um ungefähr 270 Grad mit Bezug auf die Drehrichtung R des Elements 10 winkelbeabstandet ist. Stattdessen kann die Schweißung an einem Punkt gestartet werden, der von dem Ausschnitt 11 um 90 Grad mit Bezug auf die Drehrichtung R winkelbeabstandet ist. Der hier verwendete Ausdruck „90 Grad" umfasst einen Bereich, der einen 90-Grad-Punkt und einen Bereich umfasst, bei dem die Verfestigungskräfte, die auf das Element an dem Schweißstartpunkt und an dem Ausschnitt aufgebracht werden, einander bis zu einem derartigen Grad aufheben, dass das Element überhaupt nicht oder nur sehr wenig verformt wird.
Mit dieser Anordnung heben sich Schweißkräfte, die auf das Element an seinem Schweißstartpunkt und an dem Ausschnitt aufgebracht werden, gegenseitig auf, wobei gestattet wird, dass das Element im Wesentlichen seinen ursprünglichen kreisförmigen Querschnitt nach dem Schweißen behält (vergleiche die durchgezogene Linie mit der Strichpunktlinie, die die Querschnitte des Elements vor und nach der Verschweißung zeigen).
Wenn das Element 10 eine Vielzahl von dünnen Abschnitten hat, kann der Schweißstartpunkt mit Bezug auf den dünnsten Abschnitt ermittelt werden. Weiter vorzuziehen sollte der Schweißstartabschnitt unter Berücksichtigung der Anzahl und der Gestalten der dünnen Abschnitte versetzt bzw. verschoben werden. Wenn beispielsweise das Element 10 zwei Ausschnitte 11 mit der gleichen Größe (Querschnittsfläche) hat, wie in 1B gezeigt ist, sollte das Schweißen an einem Punkt gestartet werden, der in eine Umfangsrichtung um ungefähr 90 Grad von dem mittleren Punkt der zwei Ausschnitte winkelbeabstandet ist. Wenn das Element 10 drei gleichwinklig beabstandete Ausschnitte 11 mit der gleichen Querschnittsfläche hat, wie in 1C gezeigt ist, sollte das Schweißen an einem Punkt begonnen werden, der in eine Umfangsrichtung um 90 Grad von der Mitte des mittleren Ausschnitts winkelbeabstandet ist.
Wenn mehr als zwei Ausschnitte an unterschiedlichen Winkelintervallen angeordnet sind oder diese unterschiedliche Größen haben, sollte der Schweißstartpunkt c unter Berücksichtigung des Ausgleichs zwischen der Verfestigungskraft an dem Schweißstartpunkt und derjenigen an dem Ausschnitt ermittelt werden.
Wenn beispielsweise das Element 10 große und kleine Ausschnitte hat, wie in 1D gezeigt ist, sollte das Schweißen an einem Punkt begonnen werden, der um 90 Grad von einem Punkt beabstandet ist, der von dem mittleren Punkt ausgehend näher an dem größeren Ausschnitt als an dem kleineren Ausschnitt liegt. Wenn das Element, wie in 1E gezeigt ist, drei Ausschnitte 11 hat, die die gleiche Größe haben und die derart angeordnet sind, dass der Winkelabstand zwischen dem ersten mittleren Ausschnitt und einem zweiten Ausschnitt zweimal dem Abstand zwischen dem ersten mittleren Ausschnitt und dem dritten Ausschnitt entspricht, sollte das Schweißen an einem Punkt begonnen werden, der 90 Grad in eine Umfangsrichtung von einem Punkt beabstandet ist, der näher an dem dritten Ausschnitt als an einem mittleren Punkt zwischen dem zweiten Ausschnitt und dem dritten Ausschnitt und dem ersten zentralen Ausschnitt liegt.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist auf ein Element anwendbar, dass mit einem Ausschnitt oder mit Ausschnitten ausgebildet ist, die einen nichtzylindrischen Querschnitt haben, wie zum Beispiel einen dreieckigen, quadratischen, hexagonalen oder elliptischen Querschnitt, oder auf ein Element, dessen Wandbanddicke sich graduell in Umfangsrichtung ändert. Beispielsweise für ein Element, das mit einem Ausschnitt 11 ausgebildet ist und dessen Wanddicke sich in Umfangsrichtung ändert, sollte der Schweißstartpunkt unter Berücksichtigung der Wanddicke ermittelt werden. Wenn die Wanddicke sich von dem Ausschnitt in die Umfangsrichtung R vergrößert, sollte das Schweißen an einem Punkt näher an dem Ausschnitt 11 als an dem Punkt c in 1A oder an einem Punkt gestartet werden, der in Durchmesserrichtung entgegengesetzt zu diesem Punkt liegt.
Eine derartige vollständig umgebende Verschweißung kann nach einem Punktschweißen an gleichen Winkelbeabstandungen durchgeführt werden, wie vorstehend beschrieben ist. Wie in 1F gezeigt ist, kann das Schweißen an zwei in Durchmesserrichtung entgegengesetzten Punkten gestartet werden, die 90 Grad von dem Bezugspunkt in beide Umfangsrichtungen beabstandet sind. Vollständiges Umschweißen wird durch Drehen der Elemente durchgeführt, die miteinander zu verschweißen sind. Die Drehgeschwindigkeit (oder die Schweißgeschwindigkeit) und die Drehrichtung R sollten unter Berücksichtigung verschiedenartiger Faktoren einschließlich der Gestalt der Elemente, die miteinander zu verschweißen sind, und durch Experimente ermittelt werden.
Das Konzept dieser Erfindung ist anwendbar, wenn ein Rohrelement mit einem anderen Element verbunden wird, wenn beispielsweise beide Seitenränder der Einfassung 6 von jeder der Zahnradpumpen P an die äußeren Ränder der Zylinder 7a und 7b über seinen gesamten Umfang verschweißt werden. Unter Verwendung des Konzepts der vorliegenden Erfindung werden die Einfassungen 6 der zwei Zahnradpumpen der Zahnradpumpenbaugruppe P, die in den 2–4 gezeigt sind, durch Laserstrahlen an den äußeren Rändern der Mittelzylinder 7a und der Seitenzylinder 7b derart verschweißt, wie in 1B gezeigt ist. Die Einfassungen 6 werden nur wenig verformt, so dass es möglich ist, die äußeren Rotoren 5 in die jeweiligen Einfassungen 6 mit einer hohen Genauigkeit zu montieren. Eine der Zahnradpumpen ist angeordnet, wie in 3 gezeigt ist, während die andere um 180 Grad außerhalb der Phase, das heißt umgekehrt mit Bezug auf die Mittelachse der Welle 3 angeordnet ist. Wie in 3 gezeigt ist, erstreckt sich ein Stift 6a durch die Einfassung 6 von jeder Zahnradpumpe und die Zylinder 7a sowie 7b, um sie in Position relativ zueinander zu halten.
Die Zahnradpumpenbaugruppe P, die in 2 gezeigt ist, weist eine Blattfeder 15 und Dichtungen 16 auf. Für einen genaueren Aufbau dieser Zahnradpumpenbaugruppe wird auf die vorstehend genannten japanischen Patentoffenlegungsschriften Bezug genommen.
Durch Verwenden des Konzepts dieser Erfindung ist es möglich, vollständiges Umschweißen von Teilen durchzuführen, während die Verformung des zu verschweißenden Teils minimiert wird.
Somit ist die Zahnradpumpe mit einem inneren Rotor und einem äußeren Rotor durch eine zylindrische äußere Einfassung und Seiteneinfassungen bedeckt. Die zylindrische äußere Einfassung hat zwei äußere Umfangsränder, die über ihren gesamten Umfang an äußere Ränder der Seiteneinfassungen jeweils geschweißt sind. Die äußere Einfassung hat zwei winkelbeabstandete Einschnitte an Ihrem inneren Umfang zum Aufnehmen von Gleitdichtungen. Das Schweißen wird an einem Schweißstartpunkt begonnen, der von dem mittleren Punkt zwischen zwei Einschnitten um 90 Grad beabstandet ist. Während des Schweißens werden Schweißenergien auf den Schweißstartpunkt und auf den mittleren Punkt zwischen den zwei Einschnitten aufgebracht. Diese Energien neigen dazu, die Einfassung in ovale Gestalten zu verformen, die voneinander um 90 Grad außerhalb der Phase liegen. Somit heben diese Energien einander auf, wobei dadurch verhindert wird, dass die Einfassung verformt wird.

Claims

Verfahren zum Schweißen eines rohrförmigen Elements (10) mit einem dünnen Abschnitt (11) an seinem Umfang und mit einem äußeren Umfangsrand an ein Element über den gesamten Umfang des rohrförmigen Elements (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen an einem Punkt (c) begonnen wird, der von dem dünnen Abschnitt (11) winkelbeabstandet ist, so dass eine Schweißenergie, die auf das rohrförmige Element (10) an dem Punkt (c) aufgebracht wird, eine Schweißenergie aufhebt, die auf den dünnen Abschnitt (11) aufgebracht wird und dazu neigt, den dünnen Abschnitt (11) und somit das rohrförmige Element (10) zu verformen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (10) einen ringförmigen Querschnitt hat, der an seinem äußeren Umfangsrand geschweißt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen an einem Punkt (c) begonnen wird, der von dem dünnen Abschnitt (11) um ungefähr neunzig Grad in Umfangsrichtung winkelbeabstandet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen bei einem rohrförmigen Element (10) mit zwei dünnen Abschnitten (11), die die gleiche Dicke haben, an einem Punkt (c) begonnen wird, der um 90 Grad von dem mittleren Punkt zwischen den zwei dünnen Abschnitten (11) in Umfangsrichtung winkelbeabstandet ist.
Verfahren zum Schweißen einer Einfassung (6) einer Zahnradpumpe (P) mit einem inneren Rotor (4), einem äußeren Rotor (5), einer Einfassung (6), die einen radial äußeren Umfang des äußeren Rotors (5) abdeckt, und Seitenzylindern (7a, 7b), die beide Seiten des inneren und des äußeren Rotors (4, 5) abdecken, wobei die äußere Einfassung (6) an die Umfangsränder der Seitenzylinder (7a, 7b) durch das Schweißverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 geschweißt wird.
Zahnradpumpenbaugruppe, wobei die Einfassung (6) an die Seitenzylinder (7a, 7b) durch das Schweißverfahren gemäß Anspruch 5 geschweißt ist, und wobei die Einfassung (6) mit einem dünnen Abschnitt (11) ausgebildet ist, der ein Ausschnitt zum Aufnehmen einer Gleitdichtung (8) ist, die gegen den äußeren Rotor (5) gepresst wird.