DE19902122A1

DE19902122A1 - Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Fahrzeugantriebswellenanordnung

Info

Publication number: DE19902122A1
Application number: DE19902122A
Authority: DE
Inventors: Boris A Yablochnikov
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-07-27
Also published as: US5981921A; BR9803347A; JP2000202640A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Fahrzeugantriebswelle angegeben, welche den Halsabschnitt eines stirnseitigen Anschlußstückes umfaßt, welches im offenen Ende eines Antriebswellenrohrs angeordnet ist. Das stirnseitige Anschlußstück wird bezüglich des Antriebswellenrohrs derart gehalten, daß ein Ringspalt zwischen dem Halsabschnitt und dem Antriebswellenrohr gebildet wird. Ein Induktor ist um das Antriebswellenrohr in der Nähe des Endes angeordnet, welches den Halsabschnitt aufnimmt. Der Induktor wird erregt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wodurch das Antriebswellenrohr in den Halsabschnitt mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt wird, so daß das Antriebswellenrohr und das stirnseitige Anschlußstück miteinander verschweißt werden.

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einem Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugantriebswellen, und insbesondere mit einem Verfahren zum Befestigen von metallischen Stirn anschlußstücken, wie einer Fahrzeugkreuzgelenkgabel und einer Keilprofil-Rohrwelle an Rohrwellen, welche sich mit der entsprechenden Geschwindigkeit drehen und Drehmomente sowie Axialkräfte übertragen, wenn diese bei einer Fahr zeugantriebswelle zum Einsatz kommen.

Im allgemeinen überträgt eine Fahrzeugantriebswelle ein Drehmoment von einem Getriebe auf eine Achse, um in ge wünschter Weise die Räder eines Fahrzeugs anzutreiben. Die Antriebswelle arbeitet durch Veränderung der relativen Winkel zwischen dem Getriebe und der Achse. Ferner expan diert eine Antriebswelle und zieht sich zusammen in Abhän gigkeit von den Masseverhältnissen, wenn das Fahrzeug fährt. Um diese Funktionen verwirklichen zu können, umfas sen Antriebswellen an sich bekannte Kreuzgelenkverbindungen und Schlupfverbindungen, welche mit den Antriebswellenroh ren verbunden sind.

Ein Antriebswellenrohr umfaßt ein hohlzylindrisches Teil mit einer gewünschten Länge, und häufig ist an einem Ende eine Rohrgabel vorgesehen. Die Rohrgabel umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden Armen zur Aufnahme von Lagerschalen, welche auf Zapfen eines Kreuzgelenks vorgesehen sind. Die Rohrgabel, das Kreuzgelenk und das Lager können mit einer Stirngabel kombiniert werden, um ein Kreuzgelenk bzw. ein Universalgelenk zu bilden. Das gegenüberliegende Ende des Antriebswellenrohrs kann mit einer mit einer Keilverzahnung versehenen Rohrwelle abschließen, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß eine Stirngabel aufgenommen werden kann. Das gegenüberliegende Ende der Antriebsrohrwelle kann auch eine zweite Rohrgabel aufweisen. Die Rohrgabeln und die Antriebswellenrohre sind üblicherweise aus Stahl herge stellt und sind an dem Antriebswellenrohr mit Hilfe von üblichen Schweißverfahren befestigt und angebracht.

Um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, einen gleichförmigen Betrieb des Fahrzeugs sicherzustellen und den Kraftstoff verbrauch günstiger zu gestalten, wurden Antriebswellenkom ponenten aus gewichtsmäßig leichteren Materialien, wie Aluminium, hergestellt. Mit reinem Aluminium erhält man keine Antriebswellenkomponenten mit der zulässigen Festig keit, aber Aluminiumlegierungen haben eine adäquate Festig keit. Während Aluminiumlegierungen als geeignete Materia lien aufgrund ihrer Festigkeit und ihres geringen Gewichts in Betracht kommen, wurden aber Schwierigkeiten bei der Anwendung von üblichen Schweißtechniken bei derartigen Komponenten festgestellt. Beispielsweise wurden Aluminium komponenten durch Wärme geschwächt, welche während des üblichen Schweißvorganges erzeugt und auf die Komponenten übertragen wird.

Zum Befestigen von endseitigen Anschlußstücken an den Me tallrohren gibt es mehrere weitere technische Möglichkei ten, welche sich auf unterschiedliche Weise erfolgreich einsetzen lassen. Unter diesen Verfahrensweisen gibt es die Möglichkeit des Einsatzes von Bolzen, Nieten, Schrauben, Klebstoffen und mechanischen Verfahrensweisen, wie Keilver bindungen, Keilnuten, mehreckige Formschlußverbindungen, Schrumpfpassungen und Preßpassungen. Jedoch sind derartige Befestigungen meistens nicht so wirtschaftlich wie ge wünscht, insbesondere dann, wenn diese bei Antriebswellen von Fahrzeugen zur Anwendung kommen.

Heutzutage im Einsatz allerdings mit begrenztem Erfolg ist eine Vorgehensweise, welche unter dem Markennamen MAGNAFORM bekannt ist. Diese Technologie setzt eine sehr hohe elek tromagnetisch induzierte Kraft zum Stauchen eines Alumini umrohrs auf ein Anschlußstück ein, und diese Verfahrens weise wird bei Anwendungsgebieten eingesetzt, bei denen keine Antriebswellen mit eingeschlossen sind. Leider waren die Ergebnisse dieser Verfahrensweise zum Befestigen von endseitigen Anschlußstücken an Antriebswellenrohren wenig zufriedenstellend. Die magnetische Formgebung macht eine nicht kreisförmige, kraftübertragende Form zum Übertragen eines Drehmoments zwischen zwei sich drehenden Teilen er forderlich. Aluminium, welches üblicherweise bei Antriebs wellen eingesetzt wird, ist ein kerbempfindliches Material und es neigt zu Rißbildungen, wenn es durch Verformung mit entsprechender Gestaltgebung belastet wird, und wenn das Material relativ große Konturen hat. Auch wenn ein Drehmo ment auf die Antriebswelle bei einem Fahrzeug einwirkt, so ist eine kleine Schlupfgröße zwischen der Gabel und dem Antriebswellenrohr vorhanden, welche zu lauten und irritie renden Geräuschen führt. Hierdurch haben sich viele Be schwerden bei Anwendern ergeben. Ferner erhält man bei dem Magnetimpulsformen eine gute mechanische Festigkeit nur so lange ein entsprechendes zu übertragendes Drehmoment nicht zu groß ist. Bei einem großen Drehmoment jedoch wird die Standzeit der Antriebswelle, gemessen nach Ermüdungstests, beträchtlich reduziert.

Viele Versuche wurden unternommen, um die vorstehend be schriebenen Schwierigkeiten zu überwinden. Bisher war aber allen diesen Versuchen leider kein Erfolg beschieden. Daher besteht ein Bedürfnis nach einer Lösung, welche gestattet, daß die Vorteile beim Einsatz der Magnetimpulsfelder zum Stauchen eines Rohrs und die Vorteile des Einsatzes des Schweißverfahrens zum Verbinden von stirnseitigen Anschlüs sen und dem Aluminiumantriebswellenrohr kombiniert werden.

Ein übliches Verfahren zum Druckschweißen basiert auf dem Einsatz von einwirkenden Magnetfeldern, welche von einem Induktor erzeugt werden, durch den ein Impuls mit hoher Stromstärke gehen kann. Die zu verschweißenden Teile werden in beabstandeter Anordnung unter einem Winkel dazwischen angeordnet, und das Verfahren kann eingesetzt werden, um überlappende Schweißverbindungen aus dünnwandigen Teilen zu erstellen, welche unterschiedliche Dicken haben und die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ohne daß ein Schmelzvorgang auftritt. Eine solche Verfahrensweise ist in US-A-3,520,049 (Lysenko et al.) beschrieben. Dieses Ver fahren wird als Magnetimpulsschweißen (MPW) bezeichnet und wird insbesondere eingesetzt, um die Enden von Kernbrenn stäben zu verschweißen. Auch hat diese Verfahrensweise Anwendung bei anderen Anwendungsfällen gefunden, bei denen die Durchmesser der zu verbindenden Teile klein sind (etwa 25 mm), und bei denen Rohre aus Metall mit mechanischer Festigkeit eingesetzt werden. Die Durchmesser der zu ver schweißenden Teile kann größer gewählt werden (etwa 60 mm), wenn die Rohre aus technisch reinem Aluminium hergestellt sind und eine Wandstärke von etwa 1,5 mm haben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung von MPW, welche heutzuta ge bei der Herstellung eingesetzt wird, hat im wesentlichen dieselbe Auslegungsform wie eine Vorrichtung für die Ma gnetimpulsformgebung. Die Hauptteile der jeweiligen Vor richtung werden von einem Kondensatorblock, einem Induktor und einer Starkstromschalteinrichtung gebildet. Der techno logische Aufwand bei der üblichen MPW-Vorrichtung ist we sentlich geringer als jener, welcher bei dem Magnetimpuls schweißen von Antriebswellen erforderlich ist, welche einen Rohrdurchmesser in einem Bereich von etwa 75 mm bis 180 mm und eine Wandstärke von 2 mm bis 3 mm haben. Übliche MPW- Vorrichtungen sind daher nicht fähig für ein Magnetimpuls schweißen von endseitigen Anschlüssen von Antriebswellen, welche aus hochfesten Aluminiumlegierungen ähnlich 6061T hergestellt sind.

Eine Weiterentwicklung beim Schweißen von rohrförmigen Teilen mit großem Durchmesser unter Einsatz der MPW-Technik ist in Yablochnikov in "Apparatus for PMW Large Diameter, Thin-Walled Pipes"; Avt. Svarka, 1983, Nr. 4, Seiten 48-51, 58 beschrieben. Die Vorrichtung, welche als Magnetbo genimpulseinrichtung (AMPE) bezeichnet wird, hat zwei Hauptmerkmale: zum einen wird die spezielle Bauart eines Induktors eingesetzt, und zum anderen wird ein spezieller Vakuumschalter eingesetzt, welcher mit einem geringen Ab stand versehene, ringähnliche Elektroden hat, welche nahe am Induktor angeordnet sind. Zwischen den Elektroden sind Isolatoren und ein metallisches Gehäuse vorgesehen. Die Kontaktflächen der Isolatoren, des Metallgehäuses und der Elektroden sind hermetisch dicht abgeschlossen, um eine geschlossene Ladekammer zu bilden, welche mittels einer Vakuumpumpe evakuiert ist. Die Folge dieser Merkmale und der extrem niedrigen Induktanz des Systems hinsichtlich der Verbindungssammelleitungen tritt bei AMPE ein minimaler Energieverlust beim Entladevorgang auf.

Im Prinzip sollte AMPE es ermöglichen, Rohre mit Abmessun gen wie bei einer Antriebswelle unter Einsatz von MPW zu schweißen, aber hierbei treten vier Schwierigkeiten auf, welche überwunden werden müssen, bevor diese Technologie zweckmäßigerweise bei einer derartigen Herstellung einge setzt wird. Die erste Schwierigkeit bereitet die Zerstörung und die Kontaminierung der Isolierelemente des Induktors durch einen energiegeladenen Sammelstrahl, welcher axial längs den Schweißflächen fließt (d. h. axial zum Antriebs wellenrohr) während des Schweißvorgangs. Dieser Sammel strahl wird beim Verfahren des Kollisionsschweißens von Metall erzeugt, wenn die Stoßgeschwindigkeit ausreichend hoch ist. Die zweite Schwierigkeit liegt in der geringen Festigkeit der Schweißverbindung zwischen hochfesten Alumi niumlegierungen für die Rohre und den stirnseitigen An schlüssen, wenn diese aus Stahl hergestellt sind. Die drit te Schwierigkeit befaßt sich mit einem möglichen, frühzei tigen Versagen des Vakuumschalters. Eine vierte Schwierig keit ist in der langen Zykluszeit sowie in der hieraus resultierenden geringen Produktivität bei der Anwendung von AMPE zu sehen. Die beiden letztgenannten Schwierigkeiten hängen zwar miteinander zusammen, gehen aber von sich wi dersprechenden Voraussetzungen aus.

Beim MPW-Schweißverfahren werden die Oberflächen des Me talls einander unter einem Winkel angenähert und kollidie ren mit relativ hoher Geschwindigkeit. Die Schweißflächen haben üblicherweise Oxidfilme und Filme aus kontaminieren den Stoffen. Um eine widerstandfähige Verbindung oder Schweißverbindung zu bekommen, ist es erforderlich, diese Verunreinigungen von den Schweißflächen zu entfernen. Beim Verfahren nach MPW erfassen in dem Bereich, in dem die Flächen miteinander mit hoher Geschwindigkeit kollidieren, die Sammelstrahlen das Material von den Oberflächenschich ten und die kontaminierenden Stoffe von den Kollisionsflä chen. Dieses Material, welches mit dem Sammelstrahl mit geführt wird, kann zur Reinigung der Schweißflächen genutzt werden.

Der Sammelstrahl hat eine Ultraschallgeschwindigkeit und erzeugt ein lautes Geräusch ähnlich eines Donners, wenn ein solcher Strahl durch die Atmosphäre geht. Wenn der Sammel strahl eingegrenzt wird und von Hindernissen, wie bei spielsweise der Schulter eines stirnseitigen Abschlusses oder den Oberflächen vom Werkzeug, reflektiert wird und auf die Isolierelemente des Induktors gerichtet wird, dann kann der Sammelstrahl Schwierigkeiten bereiten. In diesem Fall können die Isolierelemente kontaminiert und innerhalb einer kleinen Anzahl von Schweißzyklen (manchmal weniger als 100) zerstört werden. Dies ist natürlich bei einem Herstellungs verfahren nicht hinnehmbar, da der Induktor versagen kann.

Die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten haben bei der Anwendung des Schweißens mittels MPW bisher dazu geführt, daß man bisher keine qualitativ hochwertigen Schweißver bindungen zwischen Antriebswellenrohren und stirnseitigen Anschlüssen erstellen konnte, wenn die Antriebswellenrohre aus hochfesten Aluminiumlegierungen ähnlich 6061 und einer zugeordneten Temperung hergestellt waren, und die stirnsei-. tigen Anschlüsse aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ähnlich EMS-40 hergestellt sind. Eine physikalische Begrün dung gibt es bisher hierfür nicht. Bei der Herstellung von Antriebswellen ist es aber äußerst erwünscht, ein Verfahren zu haben, welches den Einsatz von MPW für Aluminiuman triebswellenrohre zur Verbindung mit geteilten Anschluß stücken gestattet, da diese Anschlußstücke nur aus Stahl hergestellt werden können.

Diese Schwierigkeit zum Ausschalten des vorstehend genann ten Versagungsgrundes hinsichtlich des Schalters stellt eine Hauptschwierigkeit bei der Anwendung der Technik von Starkimpulsströmen und starken magnetischen Feldern dar. Diese Schwierigkeit wird insbesondere kompliziert, wenn die Stromamplitude einen Wert von einigen Megaamper oder mehr erreicht, wenn die Pulsenergie 40 Kilojoule oder mehr be trägt, wenn die Entladungsübertragung 10 Coulomb oder mehr beträgt, und wenn die Impulsfrequenz größer als 1 pro Minu te ist.

Alle Starkstromschalter müssen einer Arbeitsspannung des Kondensatorblocks Stand halten, ohne daß ein plötzliches Versagen auftritt. Der Schalter sollte eine niedrige Induk tanz und einen geringen Eigenwiderstand haben. Ferner soll te der Schalter ein ausreichendes Stromdurchsetzvermögen, eine ausreichende Ladungsübertragung und eine lange Be triebszeit haben. In Abhängigkeit von den tatsächlichen Verhältnissen kommen zu diesen Haupterfordernissen noch weitere hinzu, wie eine leichte Verbindung mit anderen Komponenten der Entladungsschaltung, ein leises Arbeiten und ein ausreichendes schmales Intervall zwischen den La dungszyklen. Beim Magnetimpulsschweißen einer Antriebswelle ist es insbesondere wichtig, daß der Arbeitsschalter gün stige Eigenschaften hinsichtlich eines schmalen Intervalls zwischen den Entladungszyklen ohne plötzliches Versagen hat - was insbesondere an sich widersprüchliche Anforderungen an Vakuumschalter sind. Der Grund für diese Eigenschaften (schmales Intervall) ist die Notwendigkeit, daß man gün stige Produktions-Kennwerte bei der Herstellung von An triebswellen erzielen muß. Der Grund für die zweite Anfor derung (ohne ein plötzliches Versagen) liegt darin, daß es unmöglich ist; eine Antriebswelle zu reparieren, wenn ein Fehler beim Schweißvorgang auftritt. Diese Unterschiede sind kritisch im Hinblick auf die Verfahrensweisen nach den Magnetimpulsformen und dem Magnetimpulsschweißen. Die Stö rung bei dem Magnetimpulsformvorgang kann dadurch korri giert werden, daß wiederholt ein Entladungsimpuls einge setzt wird. Eine Störung beim Magnetimpulsschweißvorgang jedoch kann nicht dadurch korrigiert werden, daß wiederholt ein Entladungsimpuls eingesetzt wird, da der erste Impuls den Spalt zwischen den Schweißflächen verändert oder auf hebt, dessen Größe äußerst kritisch für den erfolgreichen Einsatz des MPW-Verfahrens ist. Störungen bei dem MPW-Ver fahren führen zu unreparierbaren Schweißverbindungen von Antriebswellenrohren, welche sich dann nicht mehr bestim mungsgemäß einsetzen lassen. Auch ist es natürlich erfor derlich, daß Antriebswellen eine lange Standzeit haben, was auch bei der Herstellung mittels MPW sichergestellt werden muß.

Zum Schweißen von Antriebswellen unter Einsatz von MPW können nur zwei Induktorarten eingesetzt werden. Die erste Induktorart hat eine massive, hochfeste Spule mit einer Windung, wobei sich hierbei der Nachteile ergibt, daß ein Spalt zwischen den Leitungen vorhanden ist, wodurch man ein ungleichförmiges Magnetkraftfeld erhält und hierdurch sich eine ungleichförmige Schweißverbindung ergibt. Die andere Bauart eines Induktors hat eine hochfeste Spule, welche eine Anzahl von im allgemeinen ebenen, eng gepackten, aber beabstandeten, nahezu kreisförmigen und ringförmigen elek trischen Leiterstreifen hat, wie dies in US-A-4,129,846 von Yablochnikov angegeben ist. Diese Spulenbauart führt zu einer gleichmäßigen Azimutalverteilung des Magnetfeldes und wird beim üblichen AMPE-Verfahren eingesetzt. Zum Schweißen von Antriebswellen unter Einsatz von MPW ist es bei beiden Induktorarten erforderlich, daß starke Ströme (1 bis 2 Megaampere und größer) und ein hochenergetischer Impuls (40 bis 60 Kilojoule und größer) durchgehen.

Je höher die Amplitude des Stroms und je höher die Energie des Impulses ist, desto schwieriger werden die Probleme hinsichtlich des Schaltvorganges für den Stromimpuls. Die ses Problem wird immer schwieriger, wenn der Impulsstrom mit kurzen Intervallen wiederholt werden muß, wie dies bei einem wirtschaftlichen Herstellungsverfahren der Fall sein müßte. Die besten Ergebnisse beim Schalten des Impulsstroms bei einem üblichem AMPE-Verfahren erhält man bei einem Vakuumschalter. Er liefert 2,0 bis 2,5 Stromentladungen in einer Minute, was aber nicht ausreichend für eine wirt schaftliche Herstellung von Antriebswellen ist. Die Produk tivität müßte wenigsten 2 bis 3 mal größer sein.

Der beim üblichen AMPE-Verfahren eingesetzte Vakuumschalter hat einen Spalt zwischen den Elektroden von etwa 5 mm und kann einen Schaltvorgang vornehmen, wenn der Restdruck in der Entladekammer um etwa 10 bis 20 Pascal abgesenkt ist. In diesem Bereich von physikalischen Eigenschaften wird die Selbstzerstörungsspannung des Schalters umgekehrt propor tional zu dem Wert des Restdruckes in der Kammer größer, wenn der Druck herabgesetzt wird. Leider ist dieser Zusam menhang nur zutreffend, wenn die Zwischenvakuumflächen der Isolierelemente rein sind. Bei jedem Schaltvorgang jedoch ändern sich die Verhältnisse an diesen Flächen. Eine Stark stromentladung geht einher mit einer intensiven elektri schen Erosion der Elektroden und Isolatoren. Das Erosions produkt umfaßt Dämpfe und kleine Metalltropfen von den Elektroden. Infolge der Ablagerung dieser Erosionsprodukte auf den Elementen des Vakuumschalters kann der Schalter die Spannung nicht sperren, welche an der Kondensatorbank auf gebaut wird, wenn die Aufladung zu früh beginnt.

Nachstehend werden die Gründe angegeben, weshalb es schwie rig ist, einen hohen Reinheitsgrad an einem Schalter auf rechtzuerhalten, um eine frühzeitige Entladung zu verhin dern. Nach jeder Entladung der gespeicherten Energie von dem Kondensatorblock wird das gasförmige Gemisch aus der Vakuumkammer des Schalters mittels der Vakuumpumpe evaku iert. Jedoch lagert sich ein Teil der metallischen Dämpfe und Tropfen auf den Oberflächen der Isolatoren ab, und mit der Zeit bilden sie einen Überzug aus verschiedenen Isola tionselementen. Hierdurch werden folglich die Isoliereigen schaften herabgesetzt. Bisher lassen sich die komplizierten physikalischen Vorgänge im Inneren der Entladungskammern von Vakuumschaltern nicht vollständig erklären, insbesondere dann, wenn die Amplitude des Stroms Millionen von Ampere erreicht. Versuche haben jedoch gezeigt, daß ein gutes Vakuum in der Entladungskammer als solches nicht ausreicht, um eine frühzeitige Entladung zu verhindern.

Während eines Schweißzyklusses beläuft sich die Zeit, wel che für die Rückstellung der Isoliereigenschaften der Zwi schenvakuumisolation und der Zeit zum Aufladen des Konden satorblocks benötigt wird, auf 80 bis 90% des gesamten Arbeitszyklusses gemäß AMPE, welcher in typischer Weise etwa 25 bis 30 Sekunden ausmacht. Ein zusätzlicher Nachteil bei dem Verfahren AMPE ist darin zu sehen, daß es keine Garantie dafür gibt, daß jeder Arbeitszyklus zufriedens tellend abläuft, da eine sogenannte Selbstzerstörung mög lich ist. Eine bekannte Lösung für diese Schwierigkeiten hinsichtlich der Produktivität und der Zuverlässigkeit bei AMPE besteht darin, den Kondensatorblock von der Entlade schaltung mit Hilfe von speziellen Unterbrechern nach jedem Schaltvorgang während der Pumpzeit der Entladekammer zu trennen und auch die Durchschlagspannung zwischen den Elek troden zu messen. Die Verfahrensweisen zum Pumpen der Kam mer und zum Aufladen des Kondensatorblocks können simultan erfolgen. Nach Erreichen der Durchschlagsspannung und der Aufladung der Spannungen entsprechend den Erfordernissen werden die Unterbrecher geschlossen und es erfolgt ein Schaltvorgang. Die Nachteile dieser Lösungen sind die kom plizierten und großen Abmessungen für die Unterbrecher. Auch ist ein spezielles hydraulisches System gesteuert durch die Unterbrecher erforderlich, wenn man eine mechani sche Ausführung dieses Prinzips verwirklicht. Auch ist der Einsatz von Quecksilber erforderlich, wenn man eine solche Unterbrechung auf Flüssig-Metall-Basis verwirklicht.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einer Lösung, welche den Einsatz von MPW zur Verbindung von verschiedenen Elementen von Antriebswellenanordnungen miteinander gestattet, wobei auch das Befestigen des Aluminiumantriebswellenrohrs an einem Stirnanschlußteil mit eingeschlossen ist, welches aus dem gleichen oder einem anderen Material oder Metall herge stellt ist. Dieses System sollte eine hohe Produktivität und Zuverlässigkeit haben, und es sollten komplizierte Auslegungen von AMPE vermieden werden. Ein solches System sollte Aluminiumkomponenten einer Fahrzeugantriebswelle derart mittels Schweißen verbinden, daß die Integrität und die Festigkeit der Komponenten oder der Endanordnung hier durch nicht beeinträchtigt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten von Fahrzeugantriebswellen. Dieses Verfah ren nutzt ein elektromagnetisches Feld, um eine Komponente in die andere Komponente mit sehr hoher Geschwindigkeit zu drücken, um hierdurch zu bewirken, daß die Komponenten miteinander beim Auftreffen verschweißt werden. Dieses Ver fahren schweißt die Komponenten mit einem Magnetimpuls schweißverfahren zusammen, ohne daß die Gefahr von Beschä digungen durch Wärme wie bei den üblichen Schweißtechniken besteht.

Nach der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Fahrzeugantriebswellenanordnung das Vor sehen eines Antriebswellenrohrs, welches ein offenes Ende hat, das Vorsehen eines stirnseitigen Anschlußstückes, welches einen Halsabschnitt hat, das Anordnen des Halses des stirnseitigen Anschlußstückes an dem offenen Ende des Antriebswellenrohrs derart, daß ein Ringspalt zwischen dem Halsabschnitt und dem Antriebswellenrohr vorhanden ist, das Vorsehen eines Induktors, um das Antriebswellenrohr in der Nähe des Endes, welches den Halsabschnitt aufnimmt, und das Erregen des Induktors, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um das Antriebswellenrohr um den Halsabschnitt mit einer so ausreichenden Geschwindigkeit zusammen zu bringen, daß das Antriebswellenrohr und das stirnseitige Anschlußstück mit einander mittels Magnetimpulsschweißen verbunden werden.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Verbinden eines stirnseitigen Anschluß stückes mit einem Antriebswellenrohr einer Fahrzeugwellen antriebsanordnung das Vorsehen eines hohlen Antriebswellen rohrs, welches ein erstes offenes Ende hat, wobei das An triebswellenrohr eine innere Fläche hat, welche einen er sten Innendurchmesser besitzt, das Vorsehen einer rohrför migen Hülse, welche eine äußere Fläche hat, die einen zwei ten Durchmesser besitzt, welcher kleiner als der erste Durchmesser ist und eine Innenfläche bildet, welche einen dritten Durchmesser besitzt, welcher kleiner als der zweite Durchmesser ist, das Vorsehen eines stirnseitigen Anschluß stückes, welches einen Halsabschnitt mit einer äußeren Fläche hat, welche einen vierten Durchmesser besitzt, wel cher kleiner als der dritte Durchmesser ist, das Vorsehen eines elektrischen Induktors, welcher um den Halsabschnitt des stirnseitigen Anschlußstückes in der rohrförmigen Hülse derart angeordnet ist, daß ein erster Ringspalt zwischen dem Halsabschnitt und der rohrförmigen Hülse gebildet wird, das Anordnen der Hülse in dem offenen Ende des Antriebs wellenrohrs derart, daß ein zweiter Ringspalt zwischen der rohrförmigen Hülse und dem Antriebswellenrohr gebildet wird, das Anordnen des ersten Endes des Antriebswellen rohrs, welches die Hülse und den Halsabschnitt enthält, in dem Induktor, und das Erregen des Induktors, um elektroma gnetische Kräfte zu erzeugen, welche das Antriebswellenrohr auf die rohrförmige Hülse und die rohrförmige Hülse auf den Halsabschnitt mit einer hohen Geschwindigkeit drücken, wodurch das Antriebswellenrohr mit der Hülse und die rohr förmige Hülse mit dem Halsabschnitt verschweißt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Ver binden eines stirnseitigen Anschlußstückes und eines An triebswellenrohres einer Antriebswellenanordnung umfaßt das Schweißen mittels Magnetimpulsschweißen eines im allgemei nen rohrförmigen Hülsenteils aus Übergangsmaterial auf die Außenfläche eines Halsabschnitts eines stirnseitigen An schlußtückes, das Reduzieren der Dicke des Übergangsmateri als und das Anschweißen eines hohlen Antriebswellenrohrs an dem Übergangsmaterial unter Einsatz des Magnetimpulsschwei ßens, um das Antriebswellenrohr mit dem stirnseitigen An schlußstück zu verbinden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein stirnseitiger Endanschluß bereitge stellt, welcher geeignet ist, mit einem Antriebswellenrohr einer Antriebswellenanordnung mit Hilfe des elektromagneti schen Impulsschweißens verbunden zu werden. Das Schweißver fahren erzeugt kontaminierende Stoffe, welche sich längs des stirnseitigen Endstücks bewegen, das stirnseitige End stück umfaßt eine Schweißfläche, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie mit dem Antriebswellenrohr mit tels des Magnetimpulsschweißens verbunden werden kann, und es wird eine Tasche gebildet, in welcher sich die kontami nierenden Stoffe sammeln können.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein stirnseitiges Anschlußstück bereitge stellt, welches derart beschaffen und ausgelegt ist, daß es mit einem Antriebswellenrohr einer Antriebswellenanordnung mit Hilfe des elektromagnetischen Impulsschweißens ange bracht werden kann, wobei dieses Teil einen Halsabschnitt umfaßt, der Halsabschnitt eine Schweißfläche hat, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie mit dem An triebswellenrohr mittels Schweißen verbunden werden kann, und einen Schlitz umfaßt, welcher in dem Halsabschnitt des stirnseitigen Anschlußstückes vorgesehen ist, um diesem eine vergrößerte Flexibilität im Bereich des Halsabschnitts des stirnseitigen Anschlußstückes während des Arbeitens der Antriebswelle zu verleihen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung umfaßt das Verfahren zum Befestigen von Komponen ten einer Antriebswellenanordnung das Vorsehen eines An triebswellenrohrs, welches ein offenes Ende hat, das Vor sehen eines endseitigen Anschlußstückes, welches einen Halsabschnitt hat, wobei der Halsabschnitt eine kegel stumpfförmige Fläche und eine Schulter besitzt, wodurch ein Hohlraum gebildet wird, das Anordnen des Halsabschnitts des stirnseitigen Anschlußstückes in dem offenen Ende des An triebswellenrohrs derart, daß ein Ringspalt zwischen dem Halsabschnitt und dem Antriebswellenrohr gebildet wird, wobei das Ende des Antriebswellenrohrs im allgemeinen axial zu der Schulter ausgerichtet ist, das Vorsehen einer Ab schirmung, um die Abgabe von kontaminierenden Stoffen, welche aus dem Hohlraum längs der Schulter austreten kön nen, zu sperren, und das Anschweißen des Antriebswellen rohrs an dem stirnseitigen Anschlußstück.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Antriebswelleanordnung unter Einsatz einer Magnetim pulsschweißvorrichtung bereitgestellt, bei der progressiv die Gase um den Entladeschalter evakuiert werden, bei der beim Evakuieren die Spannung progressiv größer wird, mit welcher ein Selbstdurchschlag bei dem Entladeschalter auf tritt, der Kondensator mit einer Geschwindigkeit aufgeladen wird, welche die Spannung des Kondensators mit einem Wert unterhalb der Selbstdurchschlagsspannung des Entladeschal ters aufrechterhält, und bei der der Kondensator durch den Entladeschalter entladen wird, nachdem die Spannung einen vorbestimmten Spannungswert erreicht hat.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Antriebswellenanordnung unter Einsatz einer Magnet impulsschweißeinrichtung bereitgestellt, bei dem die An triebswelle und der stirnseitige Anschluß in Vorbereitung für den Schweißvorgang angeordnet werden, der Kondensator auf eine Spannung aufgeladen wird, die gleich einem vor bestimmten Schwellwert ist, die angeordnete Antriebswelle und der stirnseitige Anschluß in die Induktorspule einge legt werden, nachdem die Spannung des Kondensators den vorbestimmten Spannungswert erreicht hat, und bei dem die Anordnung aus Antriebswelle und stirnseitigem Anschlußstück in eine Antriebswellenanordnung eingeschweißt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefüg te Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektive, auseinandergezogene Ansicht eines endseitigen Anschlußstücks und eines An triebswellenrohrs vor dem Anschweißen des endsei tigen Anschlußstückes an dem Antriebswellenrohr unter Einsatz eines Induktors gemäß dem Verfahren nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht von stirnseitigem An schlußstück, Antriebswellenrohr und Leiterstrei fen nach Fig. 1, nachdem das stirnseitige An schlußstück in das Antriebswellenrohr eingeführt worden ist und das Antriebswellenrohr in dem In duktor angeordnet ist, wobei die Kräfte eines Magnetfeldes verdeutlicht sind, welches bei dem Schweißverfahren nach der Erfindung erzeugt wird,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht von stirnseitigem An schlußstück, Antriebswellenrohr und Induktor nach Fig. 2 nach der Durchführung des Schweißverfah rens nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht von einem stirnseitigen Anschlußstück einer zylindrischen Hülse, einem Antriebswellenrohr und einem Induktor, wobei die Kräfte verdeutlicht sind, welche durch das Magnetfeld erzeugt werden, welches während des Schweißverfahrens nach der Erfindung aufgebaut wird,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht von stirnseitigem An schlußstück, zylindrischer Hülse, Antriebswellen rohr und Induktor nach Fig. 4 nach der Durchfüh rung des Schweißverfahrens nach der Erfindung,

Fig. 6 eine schematische auseinandergezogene Ansicht eines Kreuzgelenks bzw. Universalgelenks, welches mit einem Antriebswellenrohr gemäß dem Verfahren nach der Erfindung verbunden ist,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, wel ches ein Kreuzgelenk und Antriebswellenrohr her gestellt gemäß dem Verfahren nach der Erfindung enthält,

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht von der An triebswelle, einem endseitigen Anschlußstück und einer bevorzugten Ausführungsform einer Induktor spule nach der Erfindung, wobei das endseitige Anschlußstück eine einzige, konisch verlaufende Außenfläche besitzt,

Fig. 9 eine Fig. 8 ähnliche Ansicht, wobei aber das stirnseitige Anschlußstück eine zweifach konisch verlaufende, konkave, äußere Fläche hat,

Fig. 10 eine Fig. 8 ähnliche Ansicht, bei der aber das stirnseitige Anschlußstück eine doppelkonische, konvexe äußere Fläche hat,

Fig. 11 eine Fig. 8 ähnliche Ansicht, wobei das stirn seitige Anschlußstück eine zylindrische äußere Fläche hat,

Fig. 12 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Antriebswelle und eines Abschnitts des stirnsei tigen Anschlußstückes zur Verdeutlichung von Ein zelheiten einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 13 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von Antriebswelle, Induktor und stirnseitigem Anschlußstück zur Ver deutlichung von Dispositionierspannungseinrich tungen,

Fig. 14 bis 16 schematische Schnittansichten eines Teils von der Antriebswelle und eines Teils des stirn seitigen Anschlußstückes zur Verdeutlichung der Anwendung eines dünnen Schicht aus einer Zwi schenhülse aus Übergangsmaterial,

Fig. 17 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Aufbaus auf getragen über der Spannung für den Selbstdurch schlag und den Aufbau der Ladespannung in dem Kondensatorblock,

Fig. 18 eine zeitliche Abfolge zur Verdeutlichung der Schritte beim Magnetimpulsschweißen nach der Er findung,

Fig. 19 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung ei nes Spalts zum Sammeln von mit der Luft getrage nen kontaminierenden Stoffen und einer Sperre, welche das Ausströmen der kontaminierenden Stoffe in dem restlichen Teil des Induktors verhindert,

Fig. 20 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Anschweißens eines stirnseitigen Anschlußstückes an einer zylindrischen Fläche an Stelle einer geneigt verlaufenden, kegelstumpfförmigen Fläche,

Fig. 21 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines stirnseiti gen Anschlußstückes mit einer konvexen Fläche und einem Schlitz zur verbesserten Flexibilität,

Fig. 22 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines stirnseiti gen Anschlußstückes, welches eine konkave Fläche und Schlitze zur Verbesserung der Flexibilität hat,

Fig. 23 und 24 schematische Ansichten einer weiteren bevor zugten Ausführungsform einer Antriebswelle, wobei zusätzlich eine dünne Übergangsschicht gezeigt ist, und

Fig. 25 eine schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Verdeutlichung des Schweißens einer Antriebswelle in einem einen Schritt umfassenden Verfahren mit einer Schicht aus Übergangsmaterial.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung sind in Fig. 1 bestimm te Teile der Fahrzeugantriebswellenanordnung dargestellt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Eine vorbestimmte Länge des Antriebswellenrohrs 12 ist in Form eines hohl zylindrischen Teils ausgebildet, welches wenigstens ein erstes, offenes Ende 14 hat. Bei der dargestellten bevor zugten Ausführungsform ist das Antriebswellenrohr 12 mit einem zweiten, offenen Ende 16 verdeutlicht. Bei anderen Ausführungsformen jedoch kann das Antriebswellenrohr 12 eine Zwischenrohrwelle (nicht gezeigt) oder eine Gleitrohr welle (nicht gezeigt) oder ein anderes Bauteil sein, wel ches an dem zweiten Ende 16 festgelegt ist.

Vorzugsweise hat das Antriebswellenrohr 12 einen im wesent lichen konstanten Innendurchmesser, welcher eine innere Fläche 18 bildet, und einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser, welcher eine äußere Fläche 20 bildet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Hierdurch erhält man ein An triebswellenrohr 12 mit einer gleichförmigen Dicke. Das Antriebswellenrohr 12 kann aus irgendeinem geeigneten Mate rial, wie Aluminium, und insbesondere von widerstandsfähi gen Aluminiumlegierungen, wie 6061 T-Aluminiumlegierung, ausgebildet sein. Weitere geeignete Materialien sind Titan legierungen.

Ein stirnseitiges Anschlußstück in Form einer Rohrgabel 24 ist vorgesehen. Obgleich bei der dargestellten Ausführungs form eine Rohrgabel 24 als ein stirnseitiges Anschlußstück dargestellt ist, können natürlich auch andere Bauarten von stirnseitigen Anschlußstücken in Betracht kommen, welche mit dem offene Ende 14 des Antriebswellenrohrs 12 fest verbunden werden sollen. Die Rohrgabel 24 hat einen Körper abschnitt 26, welcher ein Paar von beabstandeten, gegen überliegenden Armen 28 hat, welche von dem Körperabschnitt ausgehen. Jeder der gegenüberliegenden Arme 28 hat eine zylindrische Öffnung 30, welche durch denselben geht und eine zugeordnete Lagerschale 32 aufnimmt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, welche zur drehbaren Lagerung eines Kreuzge lenkquerelements 34 dient, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Rohrabel 24, das Kreuzgelenkquerglied 34 und eine stirnseitige Gabel 36 arbeiten zusammen, um ein an sich bekanntes Kreuzgelenk bzw. Universalgelenk einer Fahrzeug antriebswelle zu bilden. Die Jochgabel 24 kann aus irgend einem geeigneten Material einschließlich Aluminium und Stahl hergestellt sein.

Der rohrförmige Halsabschnitt 38 erstreckt sich von dem Körperabschnitt 26 auf der gegenüberliegenden Seite zu den Armen 28. Der Halsabschnitt 38 kann innere und äußere Flä chen mit unterschiedlichen Formgebungen haben. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, hat der Hals 28 einen sich verändernden Innendurchmesser, wodurch eine konische innere Fläche 42 gebildet wird, und einen sich verändernden äußeren Durch messer, wodurch eine konische äußere Fläche 44 gebildet wird. Andere Ausbildungsformen umfassen eine zylindrische, eine doppelkonische konvexe und eine doppelkonische kon kave Gestalt und dergleichen, welche nachstehend noch näher erläutert werden.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Be festigen des endseitigen Anschlußstückes, welches als eine Rohrgabel 24 beispielhaft dargestellt ist, an dem Antriebs wellenrohr 12. Der Halsabschnitt 38 der Rohrgabel 24 und das Antriebswellenrohr 12 sind derart bemessen, daß sich ein Ringspalt G zwischen der äußeren Fläche 44 des Hals abschnitts 38 und der inneren Fläche 18 des Antriebswellen rohrs 12 bildet, wenn der Halsabschnitt 38 in das offene, erste Ende 14 eingesetzt ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Vorzugsweise ist der Spalt G im wesentlichen in Um fangsrichtung um den Halsabschnitt der Rohrgabel gleichmä ßig. Wenn der Halsabschnitt 38 in das offene Ende 14 des Antriebswellenrohrs 12 eingesetzt ist, wie dies in Fig. 2 verdeutlicht ist, erhält man eine im allgemeinen lose Pas sung. Der Zweck zur Verdeutlichung dieses Umstands ist darin zu sehen, daß sich ein Ringspalt G für den losen Paßsitz bildet, welcher in der Zeichnung in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Die Jochgabel 24 und das Antriebs wellenrohr 12 können an Ort und Stelle mit Hilfe einer geeigneten Positioniereinspanneinrichtung (in Fig. 1 nicht gezeigt, aber in Fig. 13 gezeigt und dort näher beschrie ben) gehalten werden, so daß der Spalt G im wesentlichen gleichförmig ist. Vorzugsweise hat der Spalt G für die Rohrgabel zylindrische Außenflächen mit einer relativ gro ßen radialen Stützweite, welche typischerweise innerhalb eines Bereiches von etwa 0,5 bis 5 mm und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von etwa 1 bis 3 mm liegt. Bei Rohrgabeln mit zylindrischen äußeren Flächen ändert sich der Spalt in einem Bereich zwischen etwa 0 mm und etwa 5 mm.

Ein Induktor 46 ist um und vorzugsweise radial beabstandet von der äußeren Fläche 20 des Antriebswellenrohrs 12 in der Nähe des ersten Endes 14 angeordnet. Der Induktor umfaßt eine Induktorspule. Zum Magnetimpulsschweißen bei Antriebs wellenrohren, welche typischerweise Durchmesser in einem Bereich von etwa 7,5 cm bis 18 cm haben, können nur zwei Bauarten einer Induktorspule eingesetzt werden. Die erste ist eine massive, hochfeste Spule mit einer einzigen Win dung, was nicht gezeigt ist. Ein Induktor mit einer ein zigen Windung ist nachteilig dahingehend, daß dieser einen Spalt oder einen Zwischenraum zwischen den Enden der Lei tungen hat, wodurch man ein ungleichmäßiges Magnetkraftfeld erhält, welches die Antriebswelle umgibt, so daß man keine gleichförmige Schweißnaht bekommen kann.

Die andere, bevorzugte Bauart der Spule ist eine hochfeste Spule 48, welche eine Mehrzahl von im allgemeinen ebenen, engepackten aber beabstandeten, nahezu kreisförmigen oder ringförmigen elektrischen Leiterstreifen 50 aufweist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Leiterstreifen 50 können spiralförmig mit einer Steigung verlegt sein, welche eine Verlagerung der Enden oder der Leiteranschlüsse der Leiter streifen relativ zueinander sicherstellt. Die Isolatoren 52 sind zwischen benachbarten Leiterstreifen 50 angeordnet. Vorzugsweise ist der Induktor 46 ähnlich jenem ausgelegt, welcher in US-A-4,129,846 (Yablochnikov) beschrieben ist. Durch diese Bezugnahme ist diese Patentschrift vollinhalt lich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zu rechnen. Die bevorzugte Ausführungsform einer Spule 48 mit mehreren Leiterstreifen nach Fig. 1 wird einer üblichen Spule mit einer einzigen Windung vorgezogen, da man eine gleichmäßige Azimuthalverteilung des Magnetfeldes erhält.

Der Induktor 46 umfaßt Leitungen oder Anschlüsse 53, welche eine elektrische Verbindung mit der Induktorspule 48 her stellen. Eine zusätzliche Isolierung wird von Isolatoren 55, 56 und 57 gebildet. Ein zentraler Isolator 58 ist im Innendurchmesser des Induktors 46 angeordnet. Einer der Anschlüsse 53 wird mit Strom über den ersten Schaltverbin der oder die Elektrode 59 versorgt, und die anderen An schlüsse 53 sind mit der Stromquelle über eine erste Sam melschiene 60 verbunden. In ähnlicher Weise ist die zweite Elektrode 61 mit der Stromquelle über eine zweite Sammel schiene 62 verbunden.

Der Induktor 46 ist über eine Entladeschaltung 63 an den Hochspannungskondensator 64 verbunden. Obgleich nur zwei Kondensatoren 64 dargestellt sind, kann jede beliebige Anzahl von Kondensatoren eingesetzt werden. Der Strom, welcher erforderlich ist, um in erfolgreicher Weise Alumi niumrohre und Gabeln für Antriebswellenanordnungen zu ver schweißen, liegt in der Größenordnung von wenigstens eini gen 100.000 Ampere und kann möglicherweise in einer Größen ordnung von 1 Mio Ampere oder mehr liegen. Daher muß die Entladeschaltung geeignet sein, einen Strom mit einer sol chen großen Stärke zu leiten. Die Entladeschaltung 63 um faßt einen Entladeschalter 65, welcher bei Aktivierung ermöglicht, daß die Kondensatoren sich entladen und Ener giespitzen oder Spannungsstöße an den Induktor 46 angelegt werden. Der Induktor 46 erzeugt ein starkes Magnetfeld, welches eine Kraft gegen die äußere Fläche 20 des Antriebs wellenrohrs 12 ausübt, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird. Der Schalter 65 muß geeignet sein, die in der Entladeschaltung 63 auftretenden starken Ströme weiter zuschalten. Der Schalter 65 kann geeignete Einrichtungen zum Öffnen und Schließen der Entladeschaltung aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Schalters ist in Fig. 1 gezeigt, bei der ein ringähnlicher oder ein kreis förmiger Leiter über eine erste Elektrode 59 in der Nähe der zweiten Elektrode 61 angeordnet ist, wobei ein Spalt 68 von etwa 4 mm dazwischen gebildet wird. Der Einsatz von ringförmigen oder kreisförmigen Elektroden 59 und 61 für den Schalter 65 ermöglichen, daß der Stromfluß durch die Entladeschaltung 63 ohne nennenswerte Verluste erfolgt, um hierdurch in starkem Maße das Leistungsvermögen oder die Energie der Magnetimpulsschweißeinrichtung nach der Erfin dung zu erhöhen. Derartige Starkstromschalter sind an sich bekannt.

Während der Aufladung der Kondensatoren 64 baut sich die Spannung an dem Spalt 68 auf. Um eine frühzeitige Entladung an dem Spalt zu verhindern, herrscht ein Vakuum oder ein Teilvakuum in dem Spalt, wozu eine Evakuierungseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen ist, so daß keine Bogenbildung an dem Schalter 65 auftritt. Beispielsweise kann ein Teil vakuum von etwa 10 bis 20 Pa im Bereich des Spalts 68 herr schen. Gegebenenfalls kann dieses Teilvakuum mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung, wie einer Zündkerze (nicht gezeigt) unterbrochen werden, um eine Entladung des Stroms durch den Induktor 46 einzuleiten. Der Strom bildet einen Bogen in den Spalt 68 und erzeugt einen momentanen Entla deimpuls, welcher durch die Entladeschaltung 63 geht. Die Kondensatoren 64 können in Form eines einzigen Kondensa tors ausgelegt sein, oder vorzugsweise wird eine Batterie von Kondensatoren gemäß einer Parallelschaltung vorgesehen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Kondensatoren haben vorzugsweise eine Arbeitsspannung von wenigstens einigen 1.000 Volt. Kondensatoren mit einer niedrigen Induktanz werden bevorzugt.

Die Batterie von Kondensatoren 64 ist an eine elektrische Energiequelle, wie die Energiequelle 70, über eine Lade schaltung 72 angeschlossen. In idealer Weise sind die Ener giequelle und die Kondensatoren derart ausgelegt, daß man einen schnellen Aufbau der Ladung in den Kondensatoren erhält, wodurch sich die Periode oder die Zykluszeit für den jeweiligen Magnetimpulsschweißvorgang verkürzen läßt. Während des Schritts, wenn der Strom einen Bogen an dem Spalt 68 bildet und die Entladeschaltung geschlossen ist, ist die Ladeschaltung vorzugsweise von der Energieversor gungsquelle abgekoppelt oder gegenüber diese isoliert. Dies kann mit Hilfe des Schalters 74 in der Ladeschaltung 72 erfolgen.

Die Auswirkung des starken, momentanen Magnetfeldes auf die metallische Antriebswelle 12 ist darin zu sehen, daß man eine extrem starke Kraft erzeugt, mit welcher die Antriebs welle abgestoßen oder radial nach innen von dem Induktor 46 weggetrieben wird. Das Magnetfeld, welches durch den Strom impuls durch den Induktor erzeugt worden ist, erzeugt star ke reaktive Wechselströme in dem Aluminiumantriebswellen rohr 12. Diese Wechselströme erzeugen gegengepolte Magnet felder, welche nach innengerichtete Kräfte auf die metalli sche Antriebswelle ausüben, wie dies mit Pfeilen 78 in Fig. 2 verdeutlicht ist. Diese Kräfte bewirken, daß das Antriebswellenrohr 12 sich um den Halsabschnitt 38 legt, und zwar mit einem solchen Schlag, daß die Antriebswelle mit dem Halsabschnitt 38 verschweißt ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Abmessungen und die Formgebungen des Halsabschnitts 38 der Rohrgabel 24 und der Antriebswelle 12, die Abmessungen und die Formgebungen des Induktors 46 und die Stärke und die Form des elektromagnetischen Feldes sind alles Einfluß größen, welche die Festigkeit der Schweißverbindung bestim men. Wenn man einen relativ großen Ringspalt G zwischen dem Antriebswellenrohr 12 und dem Halsabschnitt 38 aufrechter hält, kann sich der kolabierende Abschnitt des Antriebs wellenrohrs 12 in beschleunigter Weise und mit einer rela tiv hohen Geschwindigkeit anlegen. Die hohe Stoßgeschwin digkeit bewirkt, daß die innere Fläche 18 des Antriebswel lenrohrs 12 mit der äußeren Fläche 44 des Halsabschnitts 38 verschweißt, wenn diese in Berührung miteinander kommen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Geschwindigkeit des Antriebswellenrohrs 12, wenn es in Kontakt mit der äußeren Fläche 44 des Halsabschnitts 38 der stirnseitigen Gabel kommt, beläuft sich vorzugsweise auf wenigstens 300 m pro Sekunde, und insbesondere liegt sie in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 400 m pro Sekunde. Im Gegensatz zu dem allgemein üblichen Verfahren des Metall formens, welche im allgemeinen als magnetische Formverfah ren bezeichnet werden, treibt beim elektrischen Impuls schweißverfahren nach der Erfindung das metallische Werk stück in Richtung auf die Rohrgabel mit einer Geschwindig keit, welche so ausreichend groß ist, daß die Antriebswelle 12 mit dem Halsabschnitt der Rohrgabel 24 verschweißt wird. Es ist noch zu erwähnen, daß die Auftreffgeschwindigkeit der Antriebswelle in Kontakt mit dem Halsabschnitt der Rohrgabel nicht nur eine Funktion der magnetischen Treib kraft ist, welche durch den Induktor 46 erzeugt wird, son dern auch eine Funktion des Spalts oder des Abstandes G zwischen dem Antriebswellenrohr 12 und dem Halsabschnitt 38 der Rohrgabel 24.

Eine weitere zu berücksichtigende Einflußgröße bei der physikalischen Auslegung der Magnetimpulsschweißeinrichtung ist die Tatsache, daß die Antriebswelle 12 auf das Magnet feld durch Deformieren und Schrumpfen zur Schließung des Spalts ansprechen muß, und daß die Antriebswelle die Mög lichkeit haben muß, daß sie in Kontakt mit der Rohrgabel kommt. Die Antriebswelle 12 setzt jedoch einer solchen De formation einen Widerstand entgegen. Wenn der Spalt zu groß ist, kann dieser Widerstand gegenüber einer nach innen gerichteten Verformung die Auftreffgeschwindigkeit der Antriebswelle in der Rohrgabel 24 herabsetzen, wodurch möglicherweise die Erstellung einer zufriedenstellenden Schweißverbindung behindert wird. Eine noch weitere Begren zung ist die Tatsache, daß das durch die Spule 50 erzeugte elektromagnetische Feld einen Gradienten hat und sich ab schwächt, wenn die Antriebswellenwand radial nach innen sich von der Induktorspule 50 weg bewegt. Daher muß ein Kompromis zwischen dem Wunsch des relativ großen Spalts 68 zur Vergrößerung der Aufprallgeschwindigkeit und der Not wendigkeit eines schmalen Spalts zur Maximierung der Kraft von dem elektromagnetischen Feld und zur Minimierung der Kräfte geschlossen werden, welche der Deformation der An triebswelle entgegenwirken.

Im Betriebszustand lädt die Energiequelle 70 die Kondensa toren 64 auf. Die Ladeschaltung ist geschlossen und die Entladeschaltung ist während der Aufladung der Kondensato ren offen. Wenn die Spannung im Spalt 68 auf einen ge wünschten Wert angestiegen ist, wird der Schalter 65 ge schlossen, und der Strom bildet einen Boden an dem Spalt 68, um zu bewirken, daß Strom in der Entladeschaltung 63 fließt. Die Ladeschaltung ist offen und die Entladeschal tung ist während der Entladung der Kondensatoren geschlos sen. Der Strom läuft durch den Induktor 46 und erzeugt ein starkes Magnetfeld, welches bewirkt, daß die Antriebswelle 12 in Richtung zu dem Halsabschnitt 38 der stirnseitigen Gabel 24 schnell nach innen abgestoßen wird. Der Spalt G zwischen der Antriebswelle 12 und dem Halsabschnitt 38 der stirnseitigen Gabel 24 ist ein Abstand, welcher geeignet ist, eine ausreichende Stoßgeschwindigkeit bereitzustellen, um ein permanentes Verschweißen von Antriebswelle 12 und Halsabschnitt 38 der stirnseitigen Gabel 24 zu erreichen.

Das Magnetpulsschweißverfahren nach der Erfindung ermög licht die Verbindung von relativ großen Antriebswellen und Rohrgabeln mittels Schweißen. Beispielsweise haben An triebswellen Außendurchmesser in einem Bereich von etwa 7,5 cm bis etwa 18 cm und diese können unter Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung verschweißt werden, obgleich typische Antriebswellenabmessungen etwa 10 cm betragen. Ein erfolgreiches Anschweißen von stirnseitigen Anschlußstücken an die Antriebswelleneinrichtungen unter Einwirkung eines Drehmoments zwischen dem stirnseitigen Anschlußstück und der Antriebswelle ist angegeben, wenn die Antriebswelle versagt, bevor die Schweißnaht versagt.

Das vorstehend beschriebene Verfahren des Magnetimpuls schweißens ist geeignet, wenn das Material zur Ausbildung des Antriebswellenrohrs 12 das gleiche wie das Material ist, welches zur Ausbildung des stirnseitigen Anschluß stückes eingesetzt wird. Bei anderen Beispielen kann es erwünscht sein, das Antriebswellenrohr 12 aus einem ersten Material, wie einer hochfesten Aluminiumlegierung, herzu stellen, und das stirnseitige Anschlußstück aus einem zwei ten Material, wie Stahl, herzustellen. Bei einem solchen Beispiel kann eine hohle zylindrische Hülse 80 aus einem Übergangsmaterial, wie Aluminium der Gruppe 1100, zwischen der Innenfläche 18 des Antriebswellenrohrs 12 und der äuße ren Fläche 44 des Halsabschnitts 38 angeordnet sein, wie dies in Fig. 4 verdeutlicht ist. Ein im wesentlichen gleichförmiger Ringspalt G1 wird zwischen dem Antriebswel lenrohr 12 und der Hülse 80 aufrechterhalten, und ein im wesentlichen gleichförmiger Ringspalt G2 wird zwischen der Hülse 80 und dem Halsabschnitt 38 aufrechterhalten. Vor zugsweise haben bei den stirnseitigen Anschlußstücken mit zylindrischen Außenflächen die Spalte G1 und G2 eine rela tiv große Radialabstützung, typischerweise in einem Bereich von etwa 1 mm bis 3 mm. Vorzugsweise sind die Spalte G1 und G2 in Umfangsrichtung um die Hülse 80 gesehen im wesentli chen gleichmäßig.

Wenn das Antriebswellenrohr 12, die Hülse 80 und der Hals abschnitt 38 in den gewünschten Positionen mittels einer Positioniereinspanneinrichtung nach Fig. 13 gehalten sind, und der magnetischen Kraft des Induktors 46 ausgesetzt werden, brechen die benachbarten Flächen mit relativ hoher Geschwindigkeit zusammen, so daß ein Verschweißen der bei den Grenzflächen auftritt, um das Antriebswellenrohr 12 mit der Hülse 80 und die Hülse 80 mit dem Halsabschnitt 38 des stirnseitigen Anschlußteils fest zu verbinden, welches beim dargestellten Beispiel von einer Rohrgabel 24 gebildet wird. Auf ähnliche Art und Weise wie bei dem Ringspalt G in Fig. 2 sind die Ringspalte G1 und G2 in Fig. 4 übertrie ben dargestellt, um den losen Paßsitz zwischen dem An triebswellenrohr 12 und der Hülse 80 und zwischen der Hülse 80 und dem Halsabschnitt 38 zu verdeutlichen. Wenn wie in den Fig. 6 und 7 verdeutlich ist, die Rohrgabel an der Antriebswelle 12 angeschweißt ist, können die stirnseitige Gabel 36 und das Querglied 34 mit der Rohrgabel 24 zur Bildung eines Kreuzgelenks bzw. Universalgelenks 82 ver bunden werden. Das Kreuzgelenk 82 kann ein Drehmoment bei einem Fahrzeug 84 übertragen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die Brennkraftmaschine 85 liefert die Energie zu dem Getriebe 86, welches die Drehkraft für die Hinterräder 87 über das Kreuzgelenk 82 und die Antriebswelle 12 bereit stellt.

Wie in den Fig. 8 bis 11 gezeigt ist, braucht die Außen fläche des stirnseitigen Anschlußstücks 24 nicht notwendi gerweise zylindrisch zu sein, sondern sie kann auch andere Gestaltgebungen haben. Fig. 8 verdeutlicht ein stirnseiti ges Anschlußstück 24A, welches einen Rohrgabelhalsabschnitt 38A mit einer konischen Innenfläche 42 und einer konischen Außenfläche 44A hat. In Fig. 9 hat die äußere Fläche 44B des Rohrgabelhalsausschnitt 38B des stirnseitigen Anschluß stücks 34B eine zweifach konkave konische Gestalt. Die äußere Fläche 44C nach Fig. 10 ist als eine zweifache konische konvexe Fläche 44C bei dem Rohrgabelhalsabschnitt 38C des stirnseitigen Anschlußstückes 24C verdeutlicht. Auch in Fig. 11 hat die äußere Fläche 44D des Halsab schnitts 38D eine Rohrgabel des stirnseitigen Anschluß stücks 24D eine im wesentlichen zylindrische Gestalt.

Die axiale Lage des Antriebswellenrohrs 12 kann bei unter schiedlichen Rohren und unterschiedlichen Formen der Außen seite des stirnseitigen Anschlußstückes kritisch sein. Aus Fig. 8 ist zu ersehen, daß das Ende 14 des Antriebswellen rohrs 12 im allgemeinen axial zu dem Ende 90 der Leiter streifen angeordnet ist, welche von Gasen umgeben werden. Wenn jedoch wie in Fig. 11 gezeigt ist, die äußere Fläche des stirnseitigen Anschlußstückes zylindrisch wie die äuße re Fläche 44D ist, ist die optimale Position des Endes 14 des Antriebswellenrohrs 12 in fluchtgerechter Ausrichtung etwa zum Mittelpunkt 22 der Konduktorstreifen, welche von Gasen umgeben sind und nicht zu dem Ende 90 der Konduktor streifen, welche von Gasen umgeben sind. Um Schweißverbin dungen mit guter Qualität durch magnetisches Impulsschwei ßen zu erstellen, ist es erforderlich, die beiden Werk stücke (d. h. die Antriebswelle und das stirnseitige An schlußstück) unter einem geringfügigen Winkel zueinander anzuordnen oder auszurichten, welcher in einer Größenord nung von 5° bis 15° liegt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Dieser Winkel zwischen den Flächen ist vorgesehen, um eine ungleichförmige Beschleunigung des Antriebswellenrohrs 12 in Richtung nach dem stirnseitigen Anschlußstück während des Schweißvorganges aufzunehmen. In diesem Anfangszustand ist die Antriebswelle zylindrisch, und das freie Ende 14 liegt etwa am Mittelpunkt 92 der Konduktorstreifen, welche nach Fig. 11 von Gasen umgeben werden. Üblicherweise führt die Verteilung des Magnetfeldes längs der axialen Längser streckung der Spule zu einer maximalen magnetischen Feld stärke in der Nähe des Mittelpunktes 92 der Spule. Infolge dieses Magnetfeldmaximums am Mittelpunkt 92 erreicht das freie Ende 14 eine stärkere Stoßenergie als die anderen Teile der Antriebswelle 12. Infolge der Tatsache, daß das freie Ende 14 an dem axialen Maximum der Magnetkräfte an geordnet ist, ist das freie Ende das erste Teil der An triebswelle, welche in die Fläche des stirnseitigen An schlußstückes trifft. Dieser gleichmäßige Aufprall eines Teils der Antriebswelle (d. h. des Endes 14) an Stelle des Auftreffens der gesamten Außenfläche der Antriebswelle mit einem Mal führt zu einer widerstandsfähigeren Schweißver bindung.

Eine speziell bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 12 gezeigt. Ein Winkel 94 ist der Winkel zwischen der An triebswelle 12 und dem stirnseitigen Anschlußstück 96. Der Winkel zwischen der Antriebswelle und dem stirnseitigen Anschlußstück wird bevorzugt, da man einen ungleichförmigen Stoß der Antriebswelle gegen das stirnseitige Anschlußstück erhöht. Das stirnseitige Anschlußstück 96 ist mit einer Schulter oder einer Ringstufe 98 versehen, welche als ein Anschlag oder eine Positioniereinrichtung bezüglich des Endes 14 der Antriebswelle 12 dient. Die innere Fläche 100 des stirnseitigen Anschlußstücks 96 hat drei gesonderte Oberflächenabschnitte. Der erste Oberflächenabschnitt ist der im allgemeinen zylindrische Abschnitt 102, welcher im allgemeinen die Antriebswellenwand kontaktiert und zur Zentrierung des stirnseitigen Anschlags 96 in der Antriebs welle 12 dient. Die axial äußere Endfläche 104 der inneren Fläche 100 des stirnseitigen Anschlußstücks verläuft ko nisch radial nach innen, um das Einführen des stirnseitigen Anschlußstückes 96 in das Antriebswellenrohr 12 zu erleich tern. Der axial innere Endflächenabschnitt 106 verläuft radial konisch nach innen bezüglich des Antriebswellenrohrs 12, so daß man einen Zwischenraum zwischen dem Antriebs wellenrohr 12 und dem inneren Endflächenabschnitt 106 er hält. Dieser Abstand ermöglicht, daß die Antriebswellen rohrwand eine so ausreichende Geschwindigkeit während des Schweißvorgangs entwickelt, daß man eine effektive Schweiß verbindung bei der Stoßberührung erhält.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, sind bei der bevorzugten Aus führungsform nach der Erfindung das Antriebswellenrohr 12 und das stirnseitige Anschlußstück 110 in dem Induktor 46 angeordnet. Eine Positionierspanneinrichtung 112 ist fest mit der Antriebswelle 12 verbunden, und die axiale Bewegung der Antriebswelle 12 in dem Induktor 46 ist durch ein Wi derlager oder einen Kontakt der Positionierspanneinrichtung 112 mittels einer Begrenzungseinrichtung oder eines An schlages 114 begrenzt, welcher fest bezüglich des Induktors 46 angeordnet ist.

Eine Positioniereinspanneinrichtung 116 ist für das stirn seitige Anschlußstück 110 vorgesehen. Die Spanneinrichtung 116 hat einen ringförmigen Positionierring 118, welcher in Kontakt mit der ringförmigen Buchse 120 für eine positive, vorbestimmte axiale Positionierung des stirnseitigen An schlußstückes 110 bezüglich des Induktors 46 kommt. Die ringförmige Isolierbuchse 110 ist bezüglich des Induktors 46 festgelegt. Zusätzlich zum axialen Fixieren der Ein dringtiefe des endseitigen Anschlußstückes 110 in den In duktor 46 stellt die Positioniereinspanneinrichtung 116 auch eine radiale Zentrierung des stirnseitigen Anschluß stückes bezüglich des Induktors und eines Antriebswellen rohrs bereit. Der kreisförmige Ring 118 ist vorzugsweise mit einem axialen Schlitz in einem verstellbaren Teil, wie einer Stellschraube 122, versehen, um zu ermöglichen, daß der ringförmige Positionierring 118 verstellt und im ver stellten Zustand angezogen und hierbei fest mit der Posi tioniereinspanneinrichtung 116 verbunden sein kann. Die Positionierspanneinrichtung 116 ist fest mit dem stirnsei tigen Anschlußstück 110 mittels der endseitigen Paßverbin dung 124 verbunden. Ein konischer Greifer 126 ist vorgese hen, um eine geeignete Zentrierung des Antriebswellenrohrs 12 in dem Induktor 46 zu erreichen.

Beispiel

In einem Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform liefert die Energiequelle 70 eine stetige Spannung von etwa 5.000 Volt maximal, und der Kondensatorblock hat 24 parallele geschaltete Kondensatoren, die jeweils eine Kapazität von 350 µF bei einer Prüfspannung von 5.000 Volt haben, so daß der Kondensatorblock insgesamt eine Kapazität von 8.400 µF hat. Die Spannung an dem Spalt 68 kann bis auf einen Wert von etwa 3.500 Volt ansteigen, bevor die Bogenentladung eingeleitet wird. Der durch den Induktor fließende Strom ist vorzugsweise größer als 1 Mio Ampere und beläuft sich typischerweise auf etwa 1,3 Mio Ampere. Der Stromfluß durch den Induktor 46 erzeugt ein Magnetfeld von etwa 30 Tesla. Dies bewirkt, daß die Antriebswelle radial nach innen in Kontakt mit der Rohrgabel mit einer ausreichenden Geschwin digkeit bewegt wird, so daß man eine permanente Schweißver bindung hierdurch erhält.

Die Fig. 14 bis 16 zeigen bevorzugte Verfahren unter Einsatz eines Übergangsmaterials. Dieses Übergangsmaterial kann irgendein geeignetes Material zur Unterstützung der Verbindung zwischen einer Antriebswelle aus einer wider standsfähigen Aluminiumlegierung und einem stirnseitigen Anschlußstück aus einem anderen Material, wie Stahl, sein. Ein bevorzugtes Übergangsmaterial ist eine weiche Metall aluminiumlegierung, wie 1100. Ein Rohling oder ein Segment aus dem Übergangsmaterial in Form eines Bundes 130 wird zuerst in der Nähe des Halsabschnitts der Rohrgabel nach Fig. 14 angeordnet. Dann wird der Bund 130 an dem Hals abschnitt der Rohrgabel unter Einsatz von MPW angeschweißt. Dann wird der angeschweißte Bund 130 verdreht oder gegen über der sehr dünnen Schicht 130A versetzt, wie die sin Fig. 15 gezeigt ist. Das Drehen kann mit Hilfe einer ge eigneten Dreheinrichtung erfolgen. Natürlich kann irgend eine geeignete maschinelle Bearbeitung eingesetzt werden, um die Dicke des Bundes zu verringern. Die Dünnheit der Schicht 130A trägt zu der Festigkeit der abschließenden Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem stirnseitigen Anschlußstück bei. Vorzugsweise hat die dünne Schicht 130A aus dem Übergangsmaterial eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,3 mm bis 1,0 mm. Nachdem die Übergangsschicht zur Reduzierung der Dicke verdreht worden ist, kann die An triebswelle 12 mit dem Übergangsmaterial 130A verschweißt werden, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist.

Vorzugsweise sollte eine dünne Schicht 130A auf dem Hals abschnitt der Rohrgabel 38 an Stelle einer dickeren Schicht 130 angebracht werden, bei welcher ein Verdrehen zur Redu zieren der Dicke erforderlich ist. Eine dünne Schicht aus Übergangsmaterial kann jedoch bei dem Einsatz der Energie mit der gleichen Frequenz sowie bei einer relativ dicken Sicht nicht genommen werden. Wenn man eine dünne Schicht 130A bei dem Magnetimpulsschweißen einsetzt, ist eine Schweißeinrichtung erforderlich, welche eine Stromentladung bei einer Frequenz (etwa 20 kHz oder größer) gestattet, was beträchtlich höher als die Frequenz (etwa 10 kHz) ist, welche typischerweise beim Schweißen von metallischen Schichten, wie einer Übergangsschicht 130 oder beim Schwei ßen der Antriebswelle 12 benötigt wird. Um den Einsatz von zwei unterschiedlichen Maschinen zu vermeiden, wird eine dickere Schicht 130 aufgebracht und dann wird diese über dreht, um die gewünschte dünne Schicht 130 zu erhalten. Hierdurch erhält man eine Verbesserung der Haftfestigkeit unter Einsatz einer dünnen Schicht 130A aus Übergangsmate rial. Eine solche dünne Schicht 130A aus Übergangsmaterial läßt sich nur dann direkt verwirklichen, wenn man zwei gesonderte Schweißmaschinen einsetzt, oder wenn man eine zusätzliche Stufe des Abdrehens einer dickeren Schicht zur Erzielung einer dünneren Schicht durchführt.

Es ist noch zu erwähnen, daß die dünne Schicht aus Über gangsmaterial auch mittels eines galvanischen Verfahrens oder eines metallischen Sprühauftragverfahrens aufgebracht werden kann.

Die Fig. 17 und 18 verdeutlichen den zeitlichen Ablauf der Verfahrensschritte während eines MPW-Schweißzyklusses nach der Erfindung. Aus Darstellungsgründen hat der Schweißzyklus eine Periode von 15 Sekunden. Es ist noch zu erwähnen, daß die Fig. 17 und 18 nur einen möglichen zeitlichen Ablauf verdeutlichen, und daß zahlreiche andere zeitliche Abläufe und Verfahrensabläufe bei der Erfindung in Betracht kommen können. Sobald die Spannung von einem vorangehenden Zyklus entladen worden ist, beginnt ein neuer Zyklus. Die Vakuumpumpe, welche nicht gezeigt ist, arbeitet ständig und beginnt am Beginn des Zyklusses, das Vakuum aufzubauen. Somit wird kontinuierlich der Luftdruck her abgesetzt, welcher den Entladeschalter 65 umgibt, wie dies in der Zeitlinie 134 in Fig. 18 verdeutlicht ist.

Während der ersten zwei oder mehreren Sekunden des Zyklus werden die Antriebswellenkomponenten, welche im vorangehen den Zyklus angeschweißt worden sind, aus der Schweißein richtung entnommen, wie dies mit der Zeitlinie 136 verdeut licht ist. In etwa einer Sekunde bei dem Zyklus wird der Ladeschaltungsschalter 74 geschlossen, um eine Spannung an den Kondensatorblock 64 anzulegen, wie dies in Fig. 1 verdeutlicht ist. Hierzu ist dort die Zeitlinie 138 in Fig. 18 eingetragen. Wie sich aus Fig. 17 ersehen läßt, bedeutet die Verzögerung bei dem Beginn des Aufschlagens des Kondensatorblocks, daß die Spannung des Kondensator blocks 64, welche durch die Kurve 140 verdeutlicht ist, niedriger als sie Spannung des Selbstdurchbruchs 142 ist. Die Selbstdurchschlagspannung ist die Spannung, welche so ausreichend groß ist, daß die Isolierung überwunden wird, welche die Vorrichtung hat, so daß eine plötzliche, uner wünschte Spannungsentladung auftreten kann. Die Selbst durchschlagsspannung ist der Wert, bei dem die elektrische Isolierung nicht mehr länger ausreicht, um eine Entladung zu verhindern. Um eine frühzeitige Entladung der Spannung zu vermeiden, erfolgt die Aufladung des Kondensatorblocks bedarfsabhängig mit einer Geschwindigkeit, um eine Diffe renz oder einen Unterschied zwischen der Selbstdurch schlagspannung und der Spannung des Kondensatorblocks zu haben. Vorzugsweise beträgt die Spannungsdifferenz zwischen der Selbstdurchschlagsspannung des Entladeschalters und der Spannung des Kondensators in einem Bereich von wenigstens 200 Volt während der Aufladung des Kondensators.

Während der Aufladung des Kondensatorblocks 64 werden die zu verschweißenden Komponenten angeordnet und sind derart vorbereitet, daß sie in den Induktor 46 eingeführt werden können, wie dies mit der Zeitlinie 144 verdeutlicht ist. Nachdem die Spannung des Kondensators den minimalen oder die Schwellspannung überschritten hat, welche mit dem Kur venzug 146 in Fig. 17 verdeutlicht ist, wird die Aufladung des Kondensatorblocks 64 abgeschlossen. Im als Beispiel dargestellten Zyklus nach den Fig. 17 und 18 tritt dies etwa in einer Markierung mit 14 Sekunden auf. Die Schwell spannung ist bei etwa 3.500 Volt in Fig. 17 gezeigt, und erwartungsgemäß liegt dies innerhalb eines Bereichs von etwa 3.000 bis etwa 4.000 Volt. Nach dem Erreichen der Schwellspannung werden die zusammengesetzten Komponenten aus Antriebswelle und stirnseitigem Anschlußstück in den Induktor 46 eingeführt, wie dies mit der Zeitlinie 148 verdeutlicht ist. Nach dem Einführen der Anordnung von Komponenten in den Induktor wird die Spannung im Kondensa torblock 84 über den Spalt 68 in dem Entladeschalter 65 entladen und die angeordneten Komponenten werden ver schweißt. Das Anordnen, das Einführen in den Induktor und das Entfernen aus dem Induktor können entweder manuell oder automatisch, wie beispielsweise mit einem Roboter, durch geführt werden. Durch Verzögern des Einführens der angeord neten Komponenten bis der Kondensatorblock vollständig aufgeladen ist, läßt sich die Möglichkeit einer frühzeiti gen Entladung des Kondensatorblocks und einer ständigen Beschädigung der Antriebswelle ausschließen.

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, bildet ein Abschnitt der Schweißfläche 149 des Halsabschnitts 38 der Gabel 24 eine anfängliche Schweißfläche 152. Die anfängliche Schweißflä che ist typischerweise aus demselben Material wie der Rest der Schweißfläche 149 des stirnseitigen Anschlußstücks ausgebildet. Die anfängliche Schweißfläche 152 ist aber die Zone, an der die maximale Festigkeit der Schweißverbindung gegeben ist. Dieses wird durch verschiedene Einflußgrößen bestimmt, wie den Abstand oder den Spalt zwischen der An triebswelle 12, der Schweißfläche 149 sowie den Winkel und den Auftreffkontakt zwischen der Antriebswelle und der Schweißfläche 149. Obgleich diese Bereiche der Schweißflä che mit der Antriebswelle verschweißt werden können, stellt die anfängliche Schweißfläche 152 das beste Haftvermögen der Antriebswelle 112 an der Gabel 24 bereit.

Wie zuvor angegeben worden ist, haben die Schweißflächen im allgemeinen Oxidfilme und verschiedene kontaminierende Stoffe. Um eine widerstandsfähige Verbindung oder Schweiß verbindung zu erzielen, ist es erforderlich, die kontami nierenden Stoffe von den Schweißflächen zu entfernen. Bei dem Verfahren des MPW tritt in dem Bereich, in welchem die Oberflächen unter einem Winkel mit einer hohen Geschwindig keit aufeinander treffen, ein resultierender Sammelstrahl auf, welcher Material von den Kollisionsflächen enthält. Dieses mit dem Sammelstrahl mitgeführte Material dient zur Reinigung der Schweißflächen. Es ist erwünscht, daß diese kontaminierenden Stoffe und die Druckluft derart einge schlossen sind, daß sie daran gehindert sind, daß sie aus dem Hohlraum 146 austreten. Anderenfalls könnten sich die kontaminierenden Stoffe an den verschiedenen Elementen der Induktoreinrichtung ansammeln, und die Kraft der kontami nierenden Stoffe und der Druckluft, welche aus dem Hohlraum 156 austreten, würde die zentrale Isolierung 58 (in Fig. 1 gezeigt) schlechter machen. Bei dem Verfahren kann ein Versagen der Induktorspule auftreten.

Die Fig. 19 bis 25 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Schweißverbindung, bei denen man jeweils unter schiedliche Vorteile erhält. Die Ausführungsformen der jeweiligen Schweißvorgänge hängen von den Einflußgrößen, wie die Gabelgestalt, die erforderliche Festigkeit vom Material her und der Haftverbindung, von dem Rohrdurchmes ser und den eingesetzten Materialien ab. Wie in den Fig. 19, 21 und 22 gezeigt ist, braucht die Schweißfläche 149 nicht zylindrisch zu sein, sondern sie kann eine winkelför mige Gestalt (kegelstumpfförmige Gestalt) haben, wobei eine Gabelschulter 154 und ein Hohlraum 156 gebildet werden. Am Ende des Hohlraums 156 sind eine oder mehrere Taschen 160 vorgesehen, welche als Sammelstellen oder Ablagerstellung für kontaminierende Stoffe dienen, welche während des Schweißverfahrens auftreten. Das Vorhandensein einer Tasche 160 in der stirnseitigen Gabel ermöglicht, daß ein be trächtlicher Teil der kontaminierenden Stoffe festgehalten wird, ohne daß er zur Atmosphäre hin entweichen kann, wo durch sich die Effizienz des Systems steigern läßt. Wenn die Schweißfläche 149 kegelstumpfförmig ausgestaltet ist, bewirkt das Schweißverfahren, daß das Antriebswellenrohr 12 die Schweißflächen 149 zuerst an einem Anfangskontaktab schnitt 161 der Schweißfläche berührt und dann allmählich fortschreitend in Berührung längs eines Zwischenabschnitts 162 der Schweißfläche erfolgt und abschließend bis zu einem Endabschnitt 163 der Schweißfläche geht. Die Tasche ist in der Nähe des Endabschnitts 163 der Schweißfläche angeord net, um kontaminierende Stoffe und Druckluft zu sammeln. Die Tasche 160 kann von einem ringförmigen Schlitz oder einer Ausnehmung gebildet werden, wie die in Fig. 19 gezeigt ist. Sie kann an der Schulter 154 oder auf der Schweißfläche 149 oder sowohl an der Schulter als auch an der Schweißfläche angeordnet sein, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist. Die Tasche 160 kann irgendeine geeignete Ge stalt zum Sammeln der kontaminierenden Stoffe und von Druckluft haben.

Ein weiterer Aspekt des Schweißverfahrens nach der Erfin dung ist in einer Kontaminierungsabschirmung zu sehen, wie einer ringförmigen Kunststoffabschirmung 164. Selbst wenn das Ende 14 des Antriebswellenrohrs im allgemeinen axial zu der Schulter 154 ausgerichtet ist, können übermäßige kon taminierende Stoffe aus dem Hohlraum 156 während des Schweißvorgangs austreten. Die Abschirmung 164 hilft in einer unterstützenden Weise, daß verhindert wird, daß über große kontaminierende Stoffe und Druckluft aus dem Hohlraum 156 entweichen können. Wie vorstehend angegeben ist, werden die kontaminierenden Stoffe und die Druckluft unter starken Kräften stoßartig aus dem Hohlraum 156 abgegeben, wodurch die zentrale Isolierung 58 beschädigt werden kann. Ein geeignetes Material für die Abschirmung 164 ist eine Poly ethylenfolie mit einer Dicke von etwa 0,3 bis etwa 0,5 mm. Vorzugsweise ist die Abschirmung 164 ein Einweg-Schutzman tel, welcher an der Stelle angeordnet ist, an der das Ende 14 der Antriebswelle 112 auf die Schulter 154 des Halsab schnitts 38A des stirnseitigen Anschlußstückes trifft, um ein Entweichung von kontaminierenden Gasen, Dämpfen und Stoffen während des Schweißverfahrens zu verhindern.

In Fig. 20 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Schweißfläche 149B des stirnseitigen Anschlußstückes eher zylindrisch als kegelstumpfförmig ausgebildet ist, und das Ende 14 der Antriebswelle 12 ist in der Nähe des Mittel punkts der Induktorspule 48 angeordnet. Diese Auslegung ist ähnlich zu der Auslegung nach Fig. 11. Der Anfangsschweiß bereich 152B ist in der Nähe des Endes 14 der Antriebswelle 12 gesehen. Ein spezieller Vorteil dieser bevorzugten Aus führungsform nach Fig. 20 ist darin zu sehen, daß aufgrund der Tatsache, daß das Ende 14 die Schweißfläche zuerst berührt, die Welle oder der Strom von kontaminierenden Stoffen und Druckgasen, welche dort enthalten sind, nicht entweichen können.

Bei der Auslegungsform nach Fig. 21 ist die Schweißfläche eine konvexe Schweißfläche 149C, welche zwei Anfangs schweißbereiche 152C hat. Ähnlich wie in Fig. 22 ist die Schweißfläche 149D konkav und es sind zwei Anfangsschweiß bereiche 152D vorgesehen. Der Vorteil mit zwei Flächen mit Haftverbindung zwischen den zu verschweißenden Teilen ist darin zu sehen, daß beide Haftverbindungen die Drehmoment kräfte aufnehmen können, welche zwischen der Antriebswelle 12 und dem stirnseitigen Anschlußstück 38C, 38D übertragen werden.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung ist in dem Einsatz eines Schlitzes 168C in dem stirnseitigen Anschlußstück zu sehen, um die Flexibilität des stirnseitigen Anschlußstückes während des Arbeitens der angeschweißten Gabel und die Antriebswelle bei einem Kreuzgelenk nach Fig. 21 zu erhö hen. Der Schlitz 168C ist insbesondere zweckmäßig, wenn zwei Anfangsschweißbereiche vorhanden sind, wie dies in den Fig. 21 und 22 gezeigt ist, da der Schlitz der Gabel das Vermögen verleiht, daß es sich geringfügig verformen kann, wenn dies erforderlich sein sollte. Hierdurch erhält man eine verbesserte Zweckmäßigkeit als eine Komponente einer Antriebswellenanordnung. In typischer Weise haben die An triebswellenrohre eine Dicke in der Größenordnung von 2 mm bis 3 mm, während die Gabel typischerweise eine wesentlich größere Dicke und beispielsweise bis zu 8 mm bis 10 mm oder mehr hat. Wenn daher die beiden Anfangsschweißbereiche vorhanden sind, ermöglicht die durch den Einsatz des Schlitzes erhaltene Flexibilität, daß beide Schweißverbin dungen belastet werden können, so daß die Kräfte verteilt werden und man eine widerstandsfähigere Gesamtschweißver bindung erhält.

Der Schlitz 168C kann irgendeine geeignete Gestalt haben und kann beispielsweise ringförmige ausgelegt sein, wie dies in Fig. 21 verdeutlicht ist. Vorzugsweise hat der Schlitz eine Ausrichtung im allgemeinen senkrecht zu der Schweißfläche, obgleich auch andere Ausrichtungen möglich sind. Der Schlitz 168D in Fig. 22 verbessert die Flexibi lität des stirnseitigen Abschlußstückes auf dieselbe Weise, wie dies im Zusammenhang mit dem Schlitz 168C in Fig. 21 beschrieben worden ist. Zusätzlich kann ein zweiter Schlitz 170D auf der Innenfläche des stirnseitigen Anschlußstückes 38D vorgesehen sein. Ein bevorzugter Schlitz hat eine Brei te im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 5 mm und eine Tiefe in einem Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 10 mm. Die tatsäch lichen Abmessungen des Schlitzes müssen durch die erforder liche Flexibilität der Gabel bestimmt werden.

Ein zusätzliches Merkmal nach der Erfindung ist in den Fig. 23 und 24 gezeigt, in denen das Übergangsmaterial 130 in Verbindung mit einem geneigten oder kegelstumpfför migen Schweißfläche 149E auf dem Halsabschnitt 38E ähnlich wie bei den zuvor in Verbindung mit den Fig. 14 bis 16 beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt wird. Das Über gangsmaterial 172 wird an der Schweißfläche 149E einge schweißt und dann zur Bildung einer dünnen Schicht 172A als Übergangsmaterial verdreht, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist. Die Antriebswelle 12 wird dann mit der Übergangs schicht 172A verschweißt. Die Abschirmung 164 kann für beide Schweißverbindungen des Übergangsmaterials in die Antriebswelle eingesetzt werden.

Wie in Fig. 25 verdeutlicht ist, kann die Schweißfläche 149F zylindrisch ausgebildet sein, und das Übergangsmateri al 174 ist zwischen der Antriebswelle 12 und der Schweiß fläche 149F des Halsabschnitts 38F angeordnet. Das MPW- Schweißverfahren nach der Erfindung verschweißt das Über gangsmaterial 174 an der Schweißfläche 149F, und zugleich wird eine Schweißverbindung zwischen der Antriebswelle 12 und dem Übergangsmaterial 174 erstellt. Hierdurch kann man ein zweistufiges Schweißverfahren in einer Stufe ausführen.

Obgleich voranstehend die wesentlichen Einzelheiten nach der Erfindung einer bevorzugten Ausführungsform erläutert worden sind, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zum Befestigen von Komponenten einer Fahrzeugantriebswellenanordnung, welches folgendes aufweist:
Vorsehen eines Antriebswellenrohrs mit einem offenen Ende;
Vorsehen eines stirnseitigen Anschlußstückes mit einem Halsabschnitt;
Anordnen des Halsabschnitts des stirnseitigen Anschlußstückes in dem offenen Ende des Antriebs wellenrohrs, so daß ein Ringspalt zwischen dem Halsabschnitt und dem Antriebswellenrohr gebildet wird;
Vorsehen eines Induktors um das Antriebswellen rohr in der Nähe des Endes, welches den Halsabschnitt aufnimmt; und
Erregen des Induktors, um ein Magnetfeld zu erzeugen, durch welches das Antriebswellenrohr in dem Halsabschnitt mit einer so ausreichenden Ge schwindigkeit zusammengelegt wird, daß das Antriebs wellenrohr und das stirnseitige Anschlußstück mittels Magnetimpulsschweißen verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ringspalt im wesentlichen gleichförmig ist und einen radialen Abstand in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm überspannt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Antriebswellenrohr und das stirn seitige Anschlußstück aus ein und demselben Material ausgebildet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Aluminiumlegierung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hochspannungskondensatoren mit einer Energiequelle unter Einsatz einer Ladeschaltung aufgeladen werden, und daß die Kondensatoren unter Einsatz einer Endladeschaltung zum Erregen des Induktors entladen werden, und während der Aufladung der Kondensatoren die Ladeschaltung geschlossen und die Entladeschaltung offen ist, und während der Entladung der Kondensatoren die Ladeschaltung offen und die Entladeschaltung geschlossen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor mit einem Strom von größer als 750,000 Ampere erregt wird.