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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Profilteile.
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Obwohl auf beliebige Profilteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf Hohlprofile im Kraftfahrzeugbereich näher erläutert.
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Profilteile werden im Stand der Technik durch viele bekannte Hilfsmittel miteinander verbunden, beispielsweise mittels Gewinde und Gewindemuffen, durch Verschweißen oder dergleichen. Beispielsweise ist es bekannt beim Auftreten von hohen Beanspruchungen besondere Verbindungsmittel einzusetzen, nämlich sogenannte Anschweißmuffen, die mit einer Kehlnaht oder einer V-Naht an die Profilteile angeschlossen werden. Diese Anschweißmuffen dienen als Halterung für Voll- oder Halbflansche, die mit geeigneten Schrauben die Verbindung herstellen.
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An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass zur Herstellung dieser Anschweißmuffen ein hoher technischer Aufwand erforderlich ist, der sehr sorgfältig überwacht werden muss, wobei trotzdem immer noch Unsicherheiten im Bereich der Schweißnaht bestehen bleiben, die häufig zu Schäden führen.
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Aus der
GB 448 919 A ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Rohre mit ihren Rohrenden miteinander verbunden werden. Die beiden Rohrenden bilden dabei jeweils einen Verbindungsflansch, wobei beide Verbindungsflansche ineinander angeordnet sind.
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Weiter ist aus der
US 3 467 414 A eine Rohrverbindung bekannt. Die Rohrverbindung weist dabei zwei rohrförmige Elemente auf, die über einen inneren Dorn miteinander verbunden sind.
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In der
US 2 816 211 A ist eine Rohrverbindung offenbart, bei welcher ein Aluminiumrohr mit einem Kupferrohr verbunden wird. Im Bereich der Rohrverbindung ist hierbei zusätzlich innen ein Stahlrohr vorgesehen.
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Aus der
DE 27 339 25 A1 ist es weiterhin bekannt, ein Vollprofilteil in einem hohlzylindrischen Element dadurch zu befestigen, dass ein Rohling des Vollprofilteils in dem zylindrischen Element pressgeformt wird, ohne das zylindrische Element zu verformen, und dass der pressgeformte Rohling anschließend durch eine Nachbehandlung, beispielsweise eine Diffusionsglühbehandlung, fest mit dem zylindrischen Element verbunden wird.
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Ein Profilteil kann in einem Hohlprofil auch in anderer Weise derart befestigt werden, dass die aneinander befestigten Bauteile insbesondere in axialer Richtung fest miteinander verbunden sind. Die aneinander zu befestigenden Profilteile können beispielsweise auch durch einen Presssitz aneinander gehalten, miteinander verschweißt, verlötet, verklebt oder durch Nieten, Schrauben, Keile oder Splinte aneinander befestigt sein.
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Wenn insbesondere das im Hohlprofil zu befestigende Profilteil eine Außenkontur aufweist, die der Innenkontur des Hohlprofils entspricht oder dieser angepasst ist, kann das zu befestigende Profilteil in das Hohlprofil eingebracht und an der gewünschten Stelle angeschweißt, angelötet oder angeklebt werden.
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Das zu befestigende Profilteil kann gleichfalls durch einen Presssitz fixiert werden. Bei einer kreisförmigen Innenkontur des Hohlprofils kann in die Innenwand des Hohlprofils auch ein Innengewinde geschnitten werden, in das das entsprechend mit einem Außengewinde versehene, zu befestigende Profilteil verschraubt wird. Schließlich ist es auch möglich, ein passend geformtes Profilteil in das Hohlprofil einzubringen und durch Öffnungen im Mantel des Hohlprofils mittels Schrauben oder Nieten zu fixieren.
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An diesen bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass ein Presssitz für viele Anwendungszwecke eine nicht ausreichende Festigkeit gegenüber einer axialen Verschiebung in Profilrichtung gewährleistet, und Befestigungen durch beispielsweise Kleben einen hohen Qualitätssicherungsaufwand erforderlich machen, da sicher gestellt werden muss, dass an einem ausreichend großen Teil der Verbindungsflächen zwischen dem Profilteilen tatsächlich eine Verbindung erzielt wurde.
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Nieten, Schrauben, Keile oder Splinte führen nachteilig zu Verbindungen, die örtlich stark begrenzt wirken, so dass an den Verbindungsstellen, d. h. an den Stellen der Krafteinleitung lokale Spannungsmaxima in dem zu verbindenden Profilteilen auftreten, die zu Rissbildungen führen können. Zudem ist bei dieser Befestigungsart ein hoher Aufwand der Anbringung der Schraub-, Niet- oder Keilverbindungen von nöten. Das Einschrauben eines Profilteils erfordert darüber hinaus ein Gewinde an den entsprechenden Wänden der Polprofilteile, was zusätzliche Bearbeitungsschritte erfordert und lediglich auf kreisförmige Profilkonturen anwendbar ist.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Profilteile zu schaffen, welche auf einfache und kostengünstige Weise eine zuverlässige, gleichmäßige und dauerhafte Befestigung des einen Profilteils an dem zugeordneten anderen Profilteil gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitige durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und vorrichtungsseitig durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass das erste Profilteil mit dem zweiten, das erste Profilteil zum Bilden eines Umgreifbereiches zumindest teilweise umgreifenden Profilteil dadurch verbunden wird, dass beide Profilteile in axialer Richtung zum Bilden eines wellenförmigen Stauchbereiches in dem Umgreifbereich durch ein geeignetes Stauchwerkzeug gemeinsam gestaucht werden. Durch das Ineinandergreifen der einzelnen wellenförmigen Stauchbereiche der beiden Profilteile werden diese sozusagen ineinander und miteinander verkeilt bzw. verklemmt.
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Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass auf einfache Weise auch bei beliebigen Profilquerschnitten eine über den gesamten Umgreifbereich einheitlich bzw. gleichmäßig ausgestaltete Verbindung aufgrund der gemeinsamen Stauchung der beiden miteinander zu verbindenden Profilteile gewährleistet wird. Somit können beispielsweise auch geschlossene Profilteile, welche eine schlechte Zugänglichkeit besitzen, auf einfache und kostengünstige Weise einheitlich miteinander verbunden werden, so dass eine zuverlässige und in dem Bereich des Umgreifbereiches gleichmäßig wirkende Verbindung geschaffen wird.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens sowie der im Patentanspruch 9 angegebenen Vorrichtungen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das gemeinsame Stauchen derart ausgeführt, dass mindestens zwei Wellenberge in axialer Richtung gleichmäßig in dem gesamten umfänglichen Stauchbereich erzeugt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige und einheitliche, stabile Verbindung gewährleistet und zugleich die Möglichkeit geschaffen, dass die beiden erzeugten in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Wellenberge mittels geeigneter zusätzlicher Verbindungsmittel miteinander verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden mindestens zwei der erzeugten Wellenberge an einem vorbestimmten Umfangsabschnitt mittels einer Schweißpunktverbindung miteinander verbunden. Vorzugsweise werden mehrere Schweißpunktverbindungen zum Verbinden mindestens zweier entsprechender Wellenberge im Umgreifbereich erzeugt, wobei die mehreren Schweißpunktverbindungen vorzugsweise umfänglich voneinander beabstandet vorgesehen sind. Dadurch wird um den gesamten Umfang bzw. den gesamten Umgreifbereich eine gleichmäßige und zuverlässige Verbindung gewährleistet, wobei die Schweißpunktverbindungen vorteilhaft in regelmäßigen Abständen umfänglich vorgesehen sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Profilquerschnitte des ersten Profilteils und des zweiten Profilteils derart konform zueinander, beispielsweise mit einem runden, einem rechteckigen, einem dreieckigen oder einem andersartigen Profilquerschnitt, ausgebildet, dass das zweite Profilteil zum Bilden eines vollumfänglichen Umgreifbereiches das erste Profilteil vollumfänglich umgreift. In diesem Fall sind die Schweißpunktverbindungen vorzugsweise um den gesamten Umfang in regelmäßigen Abständen derart verteilt, dass eine gleichmäßige Gesamtverbindung entsteht. Ferner werden die beiden Profilteile durch die zueinander konform ausgebildeten Profilquerschnitte durch beispielsweise einen Presssitz in Stellung für das Stauchverfahren gehalten, so dass eine definierte Stauchung zum Bilden definierter Stauchwellenberge im gesamten Umfangsbereich gewährleistet wird. Vorzugsweise wird durch das gemeinsame Stauchen ein vollumfänglicher wellenförmiger Stauchbereich erzeugt, der mindestens zwei oder mehr Wellenberge in axialer Richtung beinhaltet.
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Die Profilteile werden vorteilhaft mittels eines geeigneten Stauchwerkzeuges, welches vorzugsweise an den axialen Nachbarbereichen des zu bildenden Stauchbereiches einheitlich angreift, zum Erzeugen des wellenförmigen Stauchbereiches mit einer ausreichend hohen axialen Stauchkraft beaufschlagt.
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Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels bestehen die Profilteile aus Aluminium, Stahl oder dergleichen. Beispielsweise besteht das erste Profilteil aus Stahl und das zweite Profilteil aus Aluminium. Dadurch besteht ein Vorteil darin, dass die Schweißpunktverbindungen mit einer geringeren Temperatur an den Wellenbergen des Aluminiums vorgesehen werden können als bei Stahl. Vorzugsweise sind das erste Profilteil und/oder das zweite Profilteil als Langrohr, Kurzrohr, Muffe oder dergleichen ausgebildet. Die Muffen können beispielsweise nach ihrer Verbindung miteinander wiederum an jeweils zugeordneten Rohrabschnitten angebracht werden. Dadurch wird insgesamt eine zuverlässige Verbindung der miteinander zu verbindenden Rohrprofilteile gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Stauchwerkzeug Klemmbereiche auf, welche jeweils als Klemmbackenpaar ausgebildet sind. Das Querschnittsprofil der einzelnen Klemmbacken ist vorzugsweise an das Profil der miteinander zu verbindenden Profilteile angepasst. Die Klemmbereiche klemmen vorzugsweise die axialen Nachbarbereiche des zu bildenden Stauchbereiches gleichmäßig ein und beaufschlagen die zu verbindenden Profilteile mit ausreichend hohen axialen Stauchkräften zum Erzeugen des umfänglich gleichmäßigen, wellenförmigen Stauchbereiches.
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Die Klemmbacken des Stauchwerkzeuges sind vorzugsweise aus einem Stahl oder einem anderen geeignet harten Material hergestellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
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1: eine Querschnittsansicht zweier miteinander zu verbindenden Profilteile gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2: eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Profilteile, welche in einem Stauchwerkzeug eingespannt und gemeinsam miteinander axial verstaucht werden;
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3: die beiden Profilteile aus den 1 und 2 nach dem Stauchvorgang mit gleichmäßig gebildeten, wellenförmigen Stauchbereich;
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4: eine Querschnittsansicht zweier miteinander verstauchter Profilteile gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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5: eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I aus 4.
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In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Anhand der 1 bis 5 werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand zweier miteinander zu verbindender Profilteile 1 und 2 mit jeweils einem runden Profilquerschnitt näher erläutert. Es ist für einen Fachmann allerdings offensichtlich, dass der vorliegende Erfindungsgedanke auf sämtliche Profilquerschnitte, beispielsweise einen rechteckigen, einen dreieckigen oder einen andersartig ausgestalteten Profilquerschnitt anwendbar und nicht auf einen runden Profilquerschnitt beschränkt ist.
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Beispielsweise ist das erste Profilteil 1 mit einem kleineren Durchmesser und das zweite Profilteil 2 mit einem größeren Durchmesser derart konform zueinander ausgebildet, dass die beiden Profilteile 1, 2 zum Bilden eines Passsitzes ineinandersteckbar sind, wie in 1 dargestellt ist. Es ist für einen Fachmann jedoch offensichtlich, das eine Verbindung der beiden Profilteile 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung auch dann funktioniert, wenn kein Passsitz zwischen den beiden Profilteilen 1 und 2 besteht, sondern der Außendurchmesser des Profilteils 1 etwas geringer ausgebildet ist als der Innendurchmesser des zweiten Profilteils 2.
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Beispielsweise ist das erste Profilteil 1 aus Stahl und das zweite Profilteil 2 vorteilhaft aus Aluminium ausgebildet. Somit wird bei einem Schweißpunktverfahren an der Aluminiumoberfläche eine niedrigere und somit günstigere Temperatur benötigt als bei Stahl. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass andere als die oben angegebenen Materialien möglich oder dass beide Profilteile aus dem gleichen Material herstellbar sind. Ferner ist auch vorstellbar, dass das erste Profilteil aus Aluminium und das zweite Profilteil aus Stahl gebildet sind.
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Das zweite Profilteil 2 umgreift das erste Profilteil 1 und bildet somit einen Umgreifbereich 3, welcher bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vollumfänglich ausgebildet ist. Der Umgreifbereich kann jedoch auch lediglich in einem vorbestimmten umfänglichen Bereich der miteinander zu verbindenden Profilteile vorgesehen sein, in Abhängigkeit der jeweiligen Profilquerschnitte der Profilteile.
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Als nächstes werden die beiden miteinander zu verbindenden Profilteile 1 und 2 nach dem Ineinanderstecken zum Bilden des Umgreifbereiches 3 in ein geeignetes Stauchwerkzeug 4 eingespannt. Wie in 2 ersichtlich ist, weist das Stauchwerkzeug 4 Klemmbereiche 5, 5' auf, wobei jeder Klemmbereich 5, 5' vorzugsweise durch ein Klemmbackenpaar gebildet ist. Der Klemmbereich 5 wird beispielsweise durch die Klemmbacken 6 und 7 gebildet und dient einem vollumfänglichen Festklemmen eines linken Abschnitts des Umgreifbereiches 3, wohingegen der Klemmbereich 5' durch die Klemmbacken 8 und 9 zum vollumfänglichen Festklemmen eines rechten Abschnitts des Umgreifbereiches 3 ausgestaltet wird.
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Wie ferner in 2 dargestellt ist, sind die Klemmbacken 6, 7 bzw. 8, 9 vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsprofile der jeweiligen Klemmbacken an die Querschnittsprofile der miteinander zu verbindenden Profilteile 1 und 2 angepasst sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Klemmbacken 6, 7 bzw. 8, 9 jeweils ebenfalls einen ringförmigen Profilquerschnitt auf, wobei die Klemmbacke 6 einen größeren Durchmesser als die Klemmbacke 7 und die Klemmbacke 8 einen größeren Durchmesser als die Klemmbacke 9 aufweist. Somit können die miteinander zu verbindenden Profilteile 1 und 2 derart in die Klemmbereich 5, 5' eingeklemmt werden, dass die jeweils außen angreifenden Klemmbacken 6 bzw. 8 an dem äußeren seitlichen Umgreifbereich des zweiten Profilteils 2 und die jeweils innen angreifenden Klemmbacken 7 bzw. 9 an dem inneren seitlichen Umgreifbereich des ersten Profilteils 1 angreifen.
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Das Stauchwerkzeug 4 ist derart ausgebildet, dass die einzelnen Klemmbacken 6, 7 bzw. 8, 9 geeignete Klemmkräfte zum Festklemmen der beiden Profilteile 1, 2 im Bereich seitlich des zu bildenden Stauchbereiches aufbringen.
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Die Klemmbacken 6, 7 bzw. 8, 9 bestehen vorzugsweise aus einem harten Stahl oder dergleichen, um die erforderlichen Anpress-, sowie Stauchkräfte beaufschlagen zu können.
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Wie ferner in 2 illustriert ist, ist das Stauchwerkzeug 4 derart ausgebildet, dass die beiden Klemmbereiche 5, 5' in Pfeilrichtung und somit in axialer Richtung der beiden Profilteile 1, 2 aufeinander zu bewegbar sind. Dadurch werden die freiliegenden Abschnitte des Umgreifbereiches 3 aufgrund des vollumfänglichen Angreifens der Klemmbacken an den jeweiligen Abschnitten der Profilteile 1 und 2 mit geeignet hohen axialen Stauchkräften beaufschlagt.
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Die notwendigen Stauchkräfte zum Bilden der in 2 dargestellten Wellenberge 10, 11 des gebildeten Stauchbereiches 12 hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise dem Profil der miteinander zu verbindenden Profilteile 1, 2, der Wandstärke der Profilteile 1, 2, dem Material der Profilteile 1, 2 oder dergleichen. Die durch das Stauchwerkzeug 4 erzeugte Stauchkraft wird in Abhängigkeit der oben genannten Parameter derart geeignet eingestellt, dass eine vorbestimmte Anzahl an Wellenbergen 10, 11 in dem Stauchbereich 12 erzeugt werden. Für den Fall, dass das erste Profilteil 1 aus Stahl besteht und eine Wandstärke von 0,7 mm aufweist, und dass das zweite Profilteil aus Aluminium besteht und eine Wandstärke von in etwa 2 mm aufweist, beträgt die Stauchkraft in etwa 200 bis 300 kN. Diese Angaben sind lediglich exemplarisch zu verstehen, da lediglich entscheidend ist, dass die durch das Stauchwerkzeug 4 erzeugten Stauchkräfte zum Bilden von Wellenbergen 10, 11 ausreichen.
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3 illustriert eine perspektivische Ansicht zweier miteinander verstauchter Profilteile 1 und 2, wobei im Stauchbereich 12 rein exemplarisch 4 Wellenberge erzeugt wurden, welche vorzugsweise vollumfänglich, d. h. über den gesamten Umfang, gleichmäßig vorgesehen sind und von denen die ersten beiden mit den Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnet sind. Aufgrund der gemeinsamen Stauchung der beiden Profilteile 1 und 2 werden diese für eine Verbindung miteinander verklemmt bzw. ineinander verkeilt. Dadurch wird eine im ganzen Umfang der Rohrverbindung gleichmäßig wirkenden Verbindung gewährleistet, welche eine gegenüber axialen Kräften wirksame Verbindung der beiden Profilteile 1 und 2 darstellt.
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4 illustriert eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der miteinander gestauchten Profilteile 1 und 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei zwei Wellenberge exemplarisch dargestellt wurden.
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Wie in 4 ersichtlich ist, können für eine zusätzliche Verstärkung der Verbindung zwei der erzeugten Wellenberge, im vorliegenden Beispiel die beiden Wellenberge 10 und 11, an vorbestimmten umfänglichen Verbindungspunkten mittels jeweils einer geeigneten Punktverbindung miteinander verbunden werden. Beispielsweise werden die beiden Wellenberge 10, 11 an vorbestimmten Umfangspunkten mittels Schweißpunktverbindungen 13 miteinander verschweißt. Die einzelnen Schweißpunktverbindungen 13 sind am Profilumfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt und voneinander beabstandet, wobei die Anzahl der Schweißpunktverbindungen 13 je nach Anwendungsfall variabel ausgestaltet werden kann. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass anstatt von Schweißpunktverbindungen auch andere Verbindungsarten, wie beispielsweise Lötverbindungen oder dergleichen, möglich sind. Im Falle von Schweißpunktverbindungen ist es besonders vorteilhaft, dass das zweite Profilteil 2 aus Aluminium hergestellt ist, da die notwendige Temperatur zum Gewährleisten der Schweißpunktverbindungen niedriger ist als bei Stahl, wie oben bereits erläutert.
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5 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie I-I aus 4. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind beispielsweise acht Schweißpunktverbindungen 13 in regelmäßigen Abständen am äußeren Umfangsbereich des Stauchbereiches 12 vorgesehen, wobei jeweils zwei oder mehrere in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Wellenberge durch vorzugsweise Schweißpunktverbindungen 13 miteinander verbunden sind.
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Bei den ersten und zweiten Profilteilen 1 und 2 kann es sich beispielsweise jeweils um zu verbindende Rohre mit einer längeren oder kürzeren Längserstreckung, einer Muffe oder dergleichen handeln. Im Falle der Ausgestaltung der Profilteile jeweils als Muffe werden diese nach dem oben beschriebenen Verfahren miteinander verbunden und anschließend mit den jeweiligen Rohrabschnitten für eine Verbindung der Rohre miteinander gekoppelt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
