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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Anbringen einer Verbindungselementmutter an einem hydrogeformten Teil
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrrichtung zum Anbringen
von Verbindungselementmuttern unterschiedlicher Form an einem hydrogeformten
Teil.
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Im
Fall von bestimmten hydrogeformten Teilen besteht die Forderung,
daß ein
oder mehrere andere Bauteile lösbar
daran befestigt werden, so daß damit
eine Baugruppe gebildet wird; z.B. bestimmte hydrogeformte Kraftfahrzeugbauteile
wie ein Kraftfahrzeugrahmenelement. Dabei sollen ein oder mehrere
Rahmenbauteile fest daran angebracht werden, um eine Rahmenbaugruppe
zu bilden. Um dies zu erreichen, werden dem hydrogeformten Teil
normalerweise in einer Sekundäroperation
geeignete Befestigungsmittel hinzugefügt, um für ein solches Anbringen dieser
anderen Bauteile zu sorgen.
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Eine
wohlbekannte Praxis besteht darin, dies durch das Anbringen einer
geeigneten Verbindungselementmutter an der geforderten Stelle in
einer Sekundäroperation
zu erreichen, nachdem das hydrogeformte Teil aus den Hydroformstempeln
genommen wurden. Dabei wird in dem hydrogeformten Teil ein Loch
ausgebildet, wie mit einer Bohr-, Laser- oder Wasserstrahlschneidoperation
an jeder Befestigungsstelle, und dann wird eine Schweißmutter
am Platz verschweißt,
oder eine Niet- oder Stanzmutter wird angeordnet und mechanisch
befestigt.
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In
der
DE 195 08 632 A wird
ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten
Bauteil beschrieben, bei dem das zweite Bauteil durch Hochdruckumformen
an die Kontur des ersten Bauteils angepasst wird, um einen Formschluss
zu bilden.
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Eine
andere Art des Erhalts eines geeigneten Befestigungselements ist
als Hydrogewindeschneiden bekannt und in der US-Anmeldung Nr. 10/690,100
mit dem Titel „Hydrotapping
Unit" offenbart,
die am 21. Oktober 2003 eingereicht und an den Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung abgetreten wurde. Dabei wird das hydrogeformte
Teil durchlocht, und dann wird ein nach innen vorstehender Bund
in dem Teil ausgebildet, und der Bund wird dann gewindegeschnitten,
um ein Innengewinde mit ziemlicher Länge auszubilden. Dies wird
erreicht, während
das hydrogeformte Teil in den Hydroformstempeln bleibt, und noch
unter dem Hydroformdruck, der dann die Operationen des Durchlochens und
Ausbildens eines Bundes unterstützt.
Als ein Ergebnis wird dadurch die Zeit zum Bearbeiten des Teils
im Vergleich zu einer erforderlichen Sekundäroperation nach dem Entnehmen
des hydrogeformten Teils aus den Stempeln deutlich reduziert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den zeitlichen Aufwand, welcher
erforderlich ist, um eine Mutter mit einem hydrogeformten Teil zu
verbinden, weiter zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7
gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung geht signifikant von einer Sekundäroperation
außerhalb
der Hydroformstempel sowie auch vom Hydrogewindeschneiden des Teils
ab, während
das Teil in den Hydroformstempeln bleibt. Dabei wird eine anbringbare
Verbindungselementmutter in das hydrogeformte Teil eingeführt und
an der geforderten Anbringstelle befestigt, während das Teil in den geschlossenen
Hydroformstempeln und noch unter dem internen Hydroformdruck bleibt.
Die Verbindungselementmutter wird, davon abgesehen, daß sie für das Anbringen
eines mit einem Gewinde versehenen Verbindungselements wie einer
Stiftschraube oder einer Schraube an dem Baugruppenbauteil sorgt,
auch verwendet, um das Teil an der geforderten Anbringstelle gegen die
Kraft des Hydroformdrucks während
des Hydroformens des Teils stützen.
Ebenso dient sie später als
Stanz stempel beim Durchlochen des Teils und Ausbilden eines nach
innen vorstehenden Haltebundes in dem hydrogeformten Teil, an dem
die Mutter dann fest angebracht wird.
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Beim
Durchführen
dieser Operationen ist ein Aggregat vorgesehen, um eine anbringbare
Mutter mit einem einstückigen
Stanzstempel und Anbringmitteln anzutreiben. Dabei positioniert
und hält
das Aggregat anfänglich
das Ende des Stanzstempelabschnitts der Mutter gegen das Teil an
der geforderten Anbringstelle während
der Hydroformoperation, um zu verhindern, daß das Teil an dieser Stelle
nach außen
zerbricht. Das Aggregat zwingt dann die anbringbare Mutter, mit
dem Stanzstempelabschnitt der Mutter den Haltebund zu durchlochen
und auszubilden, während
der Hydroformdruck in dem Teil bleibt, um diese Operationen zu unterstützen. Danach,
wenn die Mutter derart in den Haltebund eingefügt ist, arbeitet das Aggregat,
um die Mutter an den Haltebund zu schweißen oder mechanisch damit zu
verriegeln, wie dies durch die Form der Anbringmutter bestimmt ist.
Dabei besteht bezüglich
der Schweißoperation auch
die Option, einen Flanschabschnitt der Mutter entweder durch Reibschweißen oder
durch Reibrührschweißen an den
Haltebund zu schweißen.
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All
diese Operationen werden als eine Fortführung des Hydroformvorgangs
in den Stempeln erreicht, die nach dem Einfügen und Befestigen der Mutter
dann geöffnet
werden, um die Entnahme des fertigen hydrogeformten Teils zu erlauben,
wobei die Mutter akkurat und fest am Platz befestigt ist. Als Ergebnis
wird ein sehr starkes und starres Anbringmittel zum nachfolgenden
Anbringen eines Bauteils an dem hydrogeformten Teil rasch und vollständig erhalten,
während
das hydrogeformte Teil in den Stempeln bleibt, und zwar mit der
Flexibilität,
daß ein
solches Anbringmittel gleichzeitig an einer oder mehreren geforderten
Anbringstellen an dem Teil eingefügt und angebracht werden kann.
Darüber
hinaus können Muttern
unterschiedlicher Größen an unterschiedlichen
Stellen verwendet werden, wo die Befestigungsanforderungen unterschiedlich
sind und von einem speziellen Bauteil abhängen, das an dem hydrogeformten
Teil angebracht werden soll, um die geforderte Endbaugruppe zu bilden.
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Weitere
Gesichtspunkte einschließlich
der Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung deutlich. Dabei versteht sich,
daß die
detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, während sie
die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung angeben, für
Zwecke der Veranschaulichung und der Lehre der Erfindung, aber nicht
zur Einschränkung
des Umfangs der Erfindung gedacht sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist bzw. sind:
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1 eine
Teilquerschnittsansicht einer Hydroformvorrichtung, die ein Aggregat
zum Einfügen und
Anbringen einer Verbindungselementmutter an einem hydrogeformten
Teil nach der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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2 eine
Schnittansicht einer anbringbaren Verbindungselementmutter, die
zum Einfügen und
Befestigen durch das Aggregat in 1 geeignet ist;
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3 eine
Ansicht längs
der Linie 3-3 in 2 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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4 eine
Ansicht längs
der Linie 4-4 in 2 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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5 eine
vergrößerte Ansicht
längs der
Linie 5-5 in 1 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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6–12 vergrößerte Teilansichten längs der
Linie 6-6 in 1, welche die sequentiellen Operationen
beim Vorgang des Hydroformens des Teils und dann des Einfügens und
anschließend
des Reibschweißens
der Mutter in 2–4 an das hydrogeformte
Teil zeigen;
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13 eine
Schnittansicht einer weiteren Form einer anbringbaren Verbindungselementmutter, die
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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14 eine
Ansicht längs
der Linie 14-14 in 13 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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15 eine
Ansicht längs
der Linie 15-15 in 13 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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16 eine
vergrößerte Teilansicht
der Aggregatausgangswelle in 1, die zum
Betreiben der Mutter in 13 geeignet
ist;
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17 eine
Ansicht längs
der Linie 17-17 in 16 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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18–24 Ansichten ähnlich 6–12,
welche aber die Bearbeitung der Verbindungselementmutter in 13–15 zeigen;
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25 eine
Schnittansicht einer weiteren Form einer anbringbaren Verbindungselementmutter, die
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, und
bei welcher die Mutter einen Mutterkörper und einen Verriegelungsring
aufweist;
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26 eine
Seitenansicht des Mutterkörpers
in 25;
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27 eine
Schnittansicht des Mutterkörpers
in 25;
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28 eine
Ansicht längs
der Linie 28-28 in 27 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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29 eine
Ansicht längs
der Linie 29-29 in 27 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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30 eine
Ansicht längs
der Linie 30-30 in 27 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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31 eine
Schnittansicht des Verriegelungsrings in 25;
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32 eine
Ansicht längs
der Linie 32-32 in 31 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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33 eine
Ansicht längs
der Linie 33-33 in 31 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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34 eine
Ansicht längs
der Linie 34-34 in 25 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile;
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35–41 6–12 ähnlich,
zeigen aber die Bearbeitung der Mutter in 25; und
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42 eine
Ansicht längs
der Linie 42-42 in 39 aus der Sicht in Richtung
der Pfeile.
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Unter
Bezug auf 1 ist ein Abschnitt einer herkömmlichen
Hydroformvorrichtung 10 mit einem unteren Stempel 12 und
einem oberen Stempel 14 gezeigt, die, wenn sie wie gezeigt
geschlossen sind, zusammenwirkend einen Formhohlraum 16 mit
einer Oberfläche
bilden, die sich an die Gestalt des erforderlichen Teils anformt,
das in dem veranschaulichenden Beispiel ein Kraftfahrzeugrahmenbauteil
ist. Bei dem Hydroformvorgang und auf herkömmliche Weise wird ein Stück 18 runden
rohrförmigen
Metallmaterials, das in durchgezogenen Linien gezeigt ist, zwischen
den Stempeln in dem Formhohlraum gefangen, und ein Hydroformfluid,
typischerweise in Form einer flüssigen
Lösung
auf Wasserbasis, wird dann durch ein Ende des Materialstücks ins
Innere abgegeben, während
das andere Ende blockiert ist. Das derart abgegebene Hydroformfluid
wird unter Druck gesetzt und auf einem Druck gehalten, der ausreicht,
um die Wand des eingefangenen Stücks zwangsläufig nach
außen
gegen die Hohlraumoberfläche
auszudehnen und daran anzuformen, um dadurch ein hydrogeformtes
Teil 20 zu bilden, wie dies in gestrichelten Linien gezeigt
ist.
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Es
versteht sich auch, daß nach
dem Einfügen
und Befestigen eines Baugruppenbefestigungsmittels an dem hydrogeformten
Teil, was im folgenden beschrieben wird, das Hydroformfluid, welches in
dem Teil bleibt, auf herkömmliche
Weise evakuiert wird, indem das blockierte Ende geöffnet wird,
und dann werden die Stempel geöffnet,
um die Entnahme des hydrogeformten Teils
20 zu gestatten.
Weitere Einzelheiten des Typs von Hyd roformvorrichtung, wofür die vorliegende
Erfindung geeignet ist, sind beispielsweise in der
US-Patentschrift 5,321,964 beschrieben,
die an den Rechtsnachfolger dieser Erfindung abgetreten und hiermit
bezugsweise aufgenommen ist.
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Beschreiben
wir nun die in der Hydroformvorrichtung 10 verkörperte Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 1–4,
so ist ein Aggregat 22 zum Einfügen einer anbringbaren Verbindungselementmutter 24 in
das hydrogeformte Teil 20 an der erforderlichen Anbringstelle
und dann zum starren Befestigen der Mutter am Platz an dem hydrogeformten
Teil unmittelbar nach der Hydroformoperation vorgesehen. Dabei hat
die Verbindungselementmutter 24 ein zentral angeordnetes
schraubenförmiges
Gewinde 26 zur Aufnahme einer (nicht gezeigten) Stiftschraube
oder einer Schraube, und das in 1 gezeigte
Aggregat 22 hat eine Ausgangswelle 28 und ein
elektronisches Steuermodul 30, das programmiert ist, um
das Aggregat 22 derart zu betreiben, daß die Ausgangswelle aus- und eingefahren
wird, und die Ausgangswelle auch nach einem vorgeschriebenen Plan
rotiert oder gedreht wird, um das Einfügen und Befestigen der Mutter 24 an
dem hydrogeformten Teil 20 zu bewirken, wie dies im folgenden
beschrieben wird. Das Aggregat 22 und das elektronische
Steuermodul 30 sind von einem geeigneten herkömmlichen
Typ, wobei das Aggregat beispielsweise eine hydraulisch betriebene
lineare/drehbare Ausgangseinrichtung, eine elektromechanisch betriebene
lineare/drehbare Ausgangseinrichtung oder eine Kombination daraus
sein kann, und das programmierbare Steuermodul 30 ist von
einem flexiblen maschinendedizierten Typ.
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Die
erforderliche Stelle für
die Mutter 24 liegt in diesem veranschaulichenden Beispiel
an der Oberseite des hydrogeformten Teils 20, und aus diesem
Grund wird das Aggregat 22 wie gezeigt starr an der Oberseite
des oberen Stempels 14 befestigt, wobei seine Ausgangswelle 28 nach
unten gerichtet und dicht in einem zylindrischen Durchgang 32 aufnehmbar
ist, der in dem oberen Stempel 14 vorgesehen ist. Dabei
erstreckt sich der Durchgang 32 durch den oberen Stempel
zu der Formhohlraumfläche
und ist zentral mit der erforderlichen Anbringstelle an der Oberseite
des hydrogeformten Teils 20 ausgerichtet.
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Die
Mutter 24 ist dazu geeignet, während des Hydroformens des
Teils die Wand des hydrogeformten Teils 20 an der Anbringstelle
gegenüber
dem Durchgang 32 zu stützen
und dann unmittelbar nach der Hydroformoperation und durch lineare,
durch das Aggregat 22 erzwungene Bewegung einen nach innen
vorstehenden Mutterhaltebund 34 in dem Teil zu stanzen
und auszubilden; vgl. 9. Die Mutter 24 ist
auch dazu geeignet, dann mit von dem Aggregat 22 erzwungener
Drehbewegung an den Haltebund 34 reibgeschweißt zu werden,
was im folgenden beschrieben wird.
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Unter
Bezug auf 2–4 ist die
anbringbare Verbindungselementmutter 24 dazu geeignet, die
obengenannten Operationen mit dem Aggregat 22 durchzuführen, indem
es an einem Ende mit einem integralen Stanzstempel 36 ausgebildet
ist, durch welchen sich das Muttergewinde 26 erstreckt. Dabei
ist der Stanzstempel 36 durch einen kreisförmigen zylindrischen
Abschnitt 38 mit einer flachen Endfläche 40 an seinem Stanz-
oder Abschlußende gebildet,
die rechtwinklig zu der Mittellinie der Mutter einschließlich des
zylindrischen Abschnitts 38 ist. Das Muttergewinde 26 schließt an seinem
inneren Ende an der Stanzstempelfläche 40 ab, und der
ringförmige
Flächenbereich
der Stanzstempelfläche,
der sich um das zentral angeordnete Muttergewinde 26 erstreckt,
bietet Unterstützung
in dem Stempeldurchgang 32 für die Wand des Materialstücks 18 während seiner
Hydroformung an dieser Unterbrechung in der Formhohlraumflä che, was
im folgenden genauer und unter Bezug auf 7 beschrieben
wird.
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Die
Stanzstempelfläche 40 hat
eine scharfe kreisförmige
Schneidkante 42 und eine Abschrägung 44, wo sie die
zylindrische Oberfläche
des Stanzstempels schneidet, wobei die Schneidkante 42 ermöglicht,
daß der
Stanzstempel beim Durchlochen der Wand des hydrogeformten Teils
eine scharfe Schneidwirkung erzeugt. Während die Abschrägung 44 bewirkt,
daß ein
aus diesem Durchlochen resultierendes rundes Metallstück einstückig mit
dem Bund 34 bleibt (vgl. 9), wird
es von dem Stanzstempel in eine Position im Abstand von dem durch
den Bund gebildeten Loch ausgelenkt, was im folgenden im einzelnen
beschrieben wird. Außerdem
hat der Stanzstempel 36 eine Ausrundung 48 mit
ziemlichem Radius an dem anderen Ende des zylindrischen Abschnitts 38 des
Stanzstempels, wo der Stanzstempel mit dem restlichen Mutterkörper zusammenläuft, um bei
der Ausbildung des Haltebundes 34 in dem hydrogeformten
Teil zu helfen, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird.
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Zum
Antreiben der Mutter 24 mit dem Aggregat 22 und
zum Reibschweißen
der Verbindungselementmutter an den Haltebund 34, hat das
Ende der Mutter gegenüber
ihrem Stanzstempelende einen integralen ringförmigen Flanschabschnitt 50,
der sich von dem zylindrischen Abschnitt 38 des Stanzstempels 36 an
der Ausrundung 48 radial nach außen erstreckt und dazu geeignet
ist, durch den Betrieb des Aggregats 22 an den Haltebund 34 reibgeschweißt zu werden.
Dabei ist eine einrückbare
Antriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle 28 des Aggregats
und der Mutter 24 durch eine Sechskantantriebshülse 52 vorgesehen,
die in der Außenseite
des Flanschabschnitts 50 ausgebildet ist und einen Sechskantendabschnitt 54 aufnimmt,
der an dem Ende der Ausgangswelle 28 des Aggregats ausgebildet
ist und durch welchen die Welle dazu geeignet ist, die Mutter für eine Reibschweißoperation
zu drehen, was im folgenden beschrieben wird. Dabei ist der volle
Eingriff dieser Antriebsverbindung durch eine ringförmige radiale
Schulter 56 an der Ausgangswelle 28 bestimmt,
die an die Außenseite
des Baugruppenflanschabschnitts 50 stößt (vgl. 2, 3, 5 und 7).
Dabei sehen das Antriebsende 54 und die Antriebshülse eine
Antriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle 28 des Aggregats
und der Mutter 24 für
die Schweißoperation
vor, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird, außerdem sieht
die Antriebshülse
in der Mutter danach auch einen Zugang zu dem Innengewinde 26 zum
Anbringen eines Rahmenbauteils an dem hydrogeformten Rahmenteil 20 nach
dessen Entnahme aus den Stempeln mit der angeschweißten Mutter
vor.
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Nun
wird eine typische Operationssequenz beim Einfügen und Befestigen der Mutter 24 an
dem hydrogeformten Teil 20 und unter Bezug auf 1 und 6–12 beschrieben;
das Aggregat 22 wird so betrieben, daß die Ausgangswelle 28 durch
lineare Bewegung derart positioniert wird, daß die Ausgangswelle anfänglich im
Abstand von dem Durchgang 32 in dem oberen Stempel 14 ist,
nachdem sich die Stempel 12 und 14 an dem Materialstück 18 geschlossen
haben, und vor dem Zulauf von Hydroformfluid (vgl. 1).
Die Mutter 24, die, wie zu verstehen ist, aus einem Vorrat
solcher Teile genommen worden ist, wird dann in den Durchgang 32 in dem
oberen Stempel 14 in einer zentrierten Position gegen das
Materialstück 18 eingefügt, wie
dies in 6 gezeigt ist. Dabei versteht
sich ferner, daß dieses
Einfügen
und Zentrieren der Verbindungselementmutter mit jedem geeigneten
Mittel wie einem Roboter oder einer anderen geeigneten Vorrichtung zum
Handhaben der Mutter erreicht werden könnte.
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Ist
die Mutter 24 derart eingefügt und zentriert, dann fährt das
Aggregat 22 seine Ausgangswelle 28 aus, um ihren
Antriebsendabschnitt 54 in die Mutterhülse 52 einzurücken und
mit der Ausgangswellenschulter 56 fest am Platz gegen das
Materialstück 18 zu
halten, wie dies in 7 gezeigt ist. Man wird auch
verstehen, daß als
alternativer Weg zum Einführen
und Zentrieren der Mutter 24 diese in ihrer Hülse 52 an
dem Ausgangswellenendabschnitt 54 aufgenommen werden kann,
während
die Ausgangswelle voll eingefahren ist, und dann zeitweilig daran mit
einer geeigneten klebrigen Substanz gehalten werden kann, während die
Ausgangswelle ausgefahren (abgesenkt) wird, um die Mutter gegen
das Materialstück 18 zu
positionieren und zu halten.
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Ist
die Mutter 24 also fest am Platz gegen das Materialstück 18 gehalten,
dann wird das Hydrofluid unter Druck in das Innere des Materialstücks abgegeben,
um das Stück
gegen die Formhohlraumoberfläche
zu formen, woraus sich das hydrogeformte Teil 20 ergibt,
wie dies in 8 gezeigt ist. Der zum Durchführen der
Hydroformoperation notwendige Druck liegt typischerweise im Bereich
von 10000–20000
psi für
Stahlrohrkraftfahrzeugrahmenanwendungen, und die Stanzstempelfläche 40 der Mutter 24 stützt die
Wand des Teils innerhalb des Durchgangs 32 gegen die starke
hydraulische Kraft, die erzeugt wird, um zu verhindern, daß das Teil
nach außen
zerbricht, was ansonsten an der Unterbrechung in der Formhohlraumoberfläche 16 durch
den Durchgang 32 passieren könnte.
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Unmittelbar
nach dem Hydroformen des Teils 20 in die erforderliche
Gestalt und während
der Hydroformdruck darin aufrechterhalten wird, fährt das
Aggregat 22 seine Ausgangswelle 28 in linearer Richtung
weiter aus und zwingt den Stanzstempelabschnitt 36 der
Mutter, mit der Schneidkante 42 ein rundes Loch in das
Teil zu stanzen, während
das resultierende Metallstück 46,
das wegen der Abschrägung 44 mit
der Wand des Teils einstückig
bleibt, von dem hinteren zylindrischen Abschnitt 38 des
Stanzstempels zu einer Position im Abstand von dem Loch gewölbt wird; vgl. 9.
Der Hydroformdruck sieht eine interne Stütze der Wand des Teils in einem
ringförmigen
Bereich unmittelbar außerhalb
des Durchgangs 32 vor, um eine solche Stanzaktion und auch die
Bildung einer internen Wand um das gestanzte Loch durch den zylindrischen
Stanzstempelabschnitt 38 mit der Ausrundung 48 und
dem Flansch 50 zu ermöglichen,
wodurch der Haltebund 34 ausgebildet wird, der ein rundes
Loch von ziemlicher Tiefe in dem Teil bildet und die gezeigte Gestalt
nach der anfänglichen
Stanzoperation hat, wenn die Mutter weiter in das Teil dringt. Dabei
verhindert die Schulter 56 der Welle 28 durch
ihren Eingriff mit dem äußeren Ende der
Mutter 24, daß Fluid
in dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation durch
das mit einem Gewinde versehene Loch in der Mutter entweicht. Während die
Mutter durch ihren Kontakt mit dem Teil verhindert, daß Fluid in
dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation um die
Mutter nach außen
entweicht, wird der Flansch 50 der Mutter am Ende der Bundformoperation
dann zwangsweise in einem ringförmigen
Bereich 58, der sich um den Bund und den Mutterflansch
erstreckt, in Dichtkontakt Fläche-an-Fläche mit
dem Haltebund 34 gehalten.
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Während das
Aggregat 22 weiter den Flansch 50 der Mutter 24 zwangsweise
in Dichteingriff gegen den Haltebund 34 in dem ringförmigen Bereich 58 hält, dreht
es dann die Ausgangswelle 28, wodurch bewirkt wird, daß sich die
Mutter und damit der Flansch 50 der Mutter bezüglich des
stationären Haltebundes 34 dreht,
wie dies in 10 gezeigt ist. Dabei passiert
diese Operation entweder, wenn das Hydroformfluid in dem Teil evakuiert
ist, oder während
der Hydroformdruck in dem Teil aufrechterhalten wird, um eine ausreichende
Stütze
des Haltebundes 34 gegen die fortfahrende Kraft der Ausgangswelle 28,
die auf den Mutterflansch 50 wirkt, wenn sie diesen gegen
den Haltebund 34 preßt.
Die Kombination von ausreichendem Kontaktdruck des Mutterflansches 50 gegen
den Hal tebund 34 in dem Bereich 58, der von der
Ausgangswelle 28 aufgebracht wird, und ausreichender Drehzahl
der Mutter bewirkt Reibung an dem Kontaktbereich 58 und
resultiert in einem Wärmeaufbau,
der ausreicht, um eine starke Reibschweißung zu bilden, welche die
Mutter permanent mit dem Haltebund in dem ringförmigen Bereich 58 verbindet.
An diesem Punkt wird der Betrieb des Aggregats sofort durch sein
Steuersystem eingestellt.
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Was
die Reibschweißparameter
angeht, und wie dies in der Reibschweißtechnik wohlbekannt ist, hängen der
Kontaktdruck und die relative Drehzahl, die zum Erreichen der Schweißung notwendig
sind, von der speziellen Anwendung ab. Dabei sind der Kontaktdruck
und die Drehzahl, die zum Erhalt einer zufriedenstellenden Reibschweißung notwendig sind,
für eine
spezielle Anwendung typischerweise durch trial and error bestimmt.
Als Beispiel und bezüglich
dieser beispielhafte Ausführungsform
in der speziellen Umgebung, wo Fluid in dem hydrogeformten Teil
vorhanden ist oder nicht, kann die Mutter mit einer Drehzahl wie
2000 Umdrehungen min–1 gedreht werden, und
der notwendige Kontaktdruck, um eine zufriedenstellende Reibschweißung herzustellen, wird
dann bestimmt, indem einfach der Kontaktdruck mit dem Aggregat erhöht wird,
bis die gewünschte Schweißung erhalten
ist.
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Nach
dem Reibschweißen
der Mutter 24 an das hydrogeformte Teil 20 und
unter Bezug auf 11 fährt das Aggregat 22 dann
die Ausgangswelle 28 mit einer linearen Bewegung ein, um
das Antriebsende 54 der Ausgangswelle aus der Mutterhülse 52 zu
lösen,
während
das Hydroformfluid aus dem Teil evakuiert wird, wenn dies nicht
schon geschehen ist. Die Stempel 12 und 14 werden
geöffnet,
um die Entnahme des hydrogeformten Teils wie mit einem Roboter zu
gestatten, und zur Vorbereitung der Bearbeitung eines anderen Materialstücks einschließlich des
Hydroformens, woraufhin auf ähnliche
Weise eine ähnliche
Mutter eingefügt
und befestigt wird. Dabei wird die Ausgangswelle 28 des
Aggregats zur Vorbereitung dafür
in ihre in 1 gezeigte Startposition zurückgebracht,
woraufhin die Stempel 12 und 14 an dem nächsten rohrförmigen Stück geschlossen werden,
das bearbeitet werden soll.
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Unter
Bezug auf die in 13–24 gezeigte
Ausführungsform
der Erfindung, die Reibrührschweißen (friction
stir welding) verwendet, um eine anbringbare Mutter nach ihrem Einfügen in das
hydrogeformte Teil starr am Platz zu befestigen, sind Teile und
Merkmale, die denjenigen in 1–12 entsprechen,
mit den gleichen Bezugsziffern identifiziert, allerdings mit dem
hinzugefügten
Suffixbuchstaben „A", und signifikant
unterschiedliche Teile und Merkmale sind mit Bezugsziffern in einer
100er-Numerierungsserie
identifiziert.
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Bei
der Ausführungsform
von 13–24 ist
die Mutter 24A, deren Einzelheiten in 13–15 gezeigt
sind, für
Reibrührschweißen geeignet;
sie wird nicht von der Ausgangswelle 28A des Aggregats
angetrieben, und stattdessen hat die Ausgangswelle des Aggregats wie
in 16 und 17 gezeigt
nun einen runden Endabschnitt 100 mit kleinerem Durchmesser
und trägt
eine ringförmige
Scheibe 102. Dabei ist die Scheibe 102 aus keramischem
oder anderem starren wärmeisolierenden
Material gebildet und von dem Wellenendabschnitt 100 aufgenommen
und an ihrer Rückseite
in einer axial zugewandten ringförmigen Ausnehmung
oder Tasche 104 in einer radialen Schulter an der Welle,
wo sie mit einem geeigneten wärmebeständigem Kleber
am Platz festgelegt ist.
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Die
Mutter 24A hat wie die Mutter 24 in 2–3 einen
integralen Stanzstempel 36A mit einem Muttergewinde 26A und
einer Ausrundung 48A, wo der Stanzstempel mit einem integralen Flansch 50A zusammenläuft; abgesehen
davon, daß der
Stanzstempel nun einen zylindrischen Sechskantabschnitt 106,
eine Endfläche 108 mit
einem Sechskantumriß und
eine Seckskantschneidkante 110 hat, die von einer Abschrägung 112 unterbrochen
ist. Mit dem Ergebnis, daß nun
von dem Stanzstempel 36A ein Sechskantbund 114 in
dem hydrogeformten Teil 20A ausgebildet wird, wodurch verhindert
wird, daß sich
die Mutter 24A bei ihrem Einfügen in das hydrogeformte Teil 20A dreht,
und nun wird aus der Stanzoperation ein Sechskantmetallstück 116 erzeugt,
das einstückig
mit dem Bund 114 bleibt (vgl. 21).
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Außerdem und
zum Zweck der Implementierung von Reibrührschweißen beim Prozeß der Befestigung
der Mutter 24A am Platz nach ihrem Einfügen in ein hydrogeformtes Teil
ist die Mutter 24A nun mit einer runden Hülse 118 in
ihrem Flansch 50A zur Aufnahme des runden Endes 100 der
Ausgangswelle 28A versehen, während der Zugang zu dem Innengewinde 26A in
dem Stanzstempelabschnitt der Mutter 24A nach deren Befestigung
an dem hydrogeformten Teil 20A offen bleibt. Es gibt also
keine Drehantriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle 28A des
Aggregats und der Mutter 24A während der Reibrührschweißoperation,
wie dies im folgenden im einzelnen beschrieben wird, und wobei die
Mutterhülse 118 dann
dazu dient, das Arbeitsende der Ausgangswelle während einer solchen Schweißoperation
zu leiten und ferner den späteren
Zugang zu dem Muttergewinde 26A vorzusehen.
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Nun
wird eine typische Operationssequenz beim Einfügen und Befestigen der Mutter 24A an dem
hydrogeformten Teil 20A und unter Bezug auf 18–24;
das Aggregat wird wie bei der vorherigen Ausführungsform so betrieben, daß die Ausgangswelle 28A derart
positioniert wird, daß sie
im Abstand von dem oberen Stempeldurchgang 32A ist, nachdem
sich die Stempel 12A und 14A an dem Materialstück 18A geschlossen
haben, und vor dem Zulauf von Hydroformfluid (vg. 18).
Die Mutter 24A wird dann wie bei der vorherigen Ausführungsform
in den oberen Stempeldurchgang 32A eingefügt und von
der Ausgangswelle 28A des Aggregats gegen das Materialstück 18A gehalten.
Dabei ist der runde Endabschnitt 100 der Ausgangswelle
in der runden Hülse 118 der
Mutter 24A, und die starre wärmeisolierende Scheibe 102 an
der Ausgangswelle 28A liegt direkt gegen den ringförmigen Flansch 50A der
Mutter 24A an, um die Mutter fest am Platz zu halten, wie dies
in 19 gezeigt ist. Wie vorher beschrieben und als
alternativer Weg zum Einführen
und Zentrieren der Mutter 24A, ist auch zu verstehen, daß die Mutter 24A an
ihrer runden Hülse 52A an
dem Ausgangswellenende 100 aufgenommen werden kann, während die
Ausgangswelle voll eingefahren ist, und zeitweilig daran mit einer
geeigneten klebrigen Substanz wie Fett gehalten werden kann, während die Ausgangswelle
ausgefahren (abgesenkt) wird, um die Mutter 24A gegen das
Materialstück 18A zu
positionieren und zu halten.
-
Ist
die Mutter 24A also fest am Platz gehalten, dann wird das
Hydroformfluid unter Druck in das Innere des Materialstücks 18A abgegeben,
um das Stück
gegen die Formhohlraumoberfläche
in die erforderliche Gestalt zu formen, woraus sich das hydrogeformte
Teil 20A ergibt, wie dies in 20 gezeigt ist.
Dabei stützt
die Sechskantstanzstempelfläche 108 wie
die vorher beschriebene runde flache Stanzstempelfläche 36 die
Wand des Teils innerhalb des oberen Stempeldurchgangs 32A gegen
die starke hydraulische Kraft, die erzeugt wird, um zu verhindern,
daß das
Teil nach außen
zerbricht, was ansonsten an dieser Unterbrechung in der Formhohlraumoberfläche passieren
könnte.
-
Unmittelbar
nach dem Hydroformen des Teils 20A in die erforderliche
Gestalt und während der
Hydroformdruck darin aufrechterhalten wird, fährt das Aggregat seine Ausgangswelle 28A weiter
aus und zwingt den Stanz stempel 36A der Mutter 24A, mit
der Schneidkante 110 ein sechseckiges Loch in das Teil
zu stanzen, wobei das resultierende sechseckige Metallstück 116 mit
der Wand des Teils einstückig
bleibt und von dem hinteren zylindrischen sechseckigen Abschnitt 106 des
Stanzstempels aus dem Weg ausgelenkt wird; vgl. 21.
Dabei verhindert in diesem Fall die Scheibe 102 an dem
Ende der Welle 28A durch ihren Eingriff mit dem äußeren Ende
der Mutter 24A, daß Fluid
in dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation durch
das mit einem Gewinde versehene Loch in der Mutter entweicht. Während die
Mutter 24A durch ihren Kontakt mit dem Teil verhindert,
daß Fluid
in dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation um die
Mutter nach außen
entweicht, wird der Flansch 50A der Mutter am Ende der
Bundformoperation dann zwangsweise in einem ringförmigen Bereich 58A,
der sich um den Bund und den Mutterflansch erstreckt, in Dichtkontakt
Fläche-an-Fläche mit
dem Haltebund 114 gehalten.
-
Wie
bei der vorherigen Ausführungsform sieht
der Hydroformdruck eine interne Stütze der Wand des Teils in einem
ringförmigen
Bereich unmittelbar außerhalb
des oberen Stempeldurchgangs 32A vor, um eine solche Stanzaktion
und auch die Bildung einer inneren Wand um das gestanzte Loch durch
den sechseckigen Stanzstempel 36A und dann die hintere
Ausrundung 48A und den Flansch 50A der Mutter 24A zu
ermöglichen.
Dadurch wird der sechseckige Haltebund 114 ausgebildet,
der eine Drehung der Mutter 24A verhindert, während der Flanschabschnitt 50A der
Mutter zwangsweise in dem ringförmigen
Bereich 58A von der starren wärmeisolierenden Scheibe 102 an
Ausgangswelle 28A in Kontakt Fläche-an-Fläche mit dem Haltebund 114 gehalten
wird.
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Während das
Aggregat 22 weiter den Flansch 50A der Mutter 24A gegen
den Haltebund 114 in dem Bereich 58A hält, dreht
es dann die Aus gangswelle 28A, wodurch bewirkt wird, daß sich die Scheibe 102 bezüglich des
dann stationären
Flansches 50A der Mutter dreht, während die Scheibe durch die
Ausgangswelle in erzwungenem Kontakt damit steht (vgl. 22).
Dies passiert wie bei der vorherigen Ausführungsform entweder, wenn das Hydroformfluid
in dem Teil dann evakuiert ist, oder während der Hydroformdruck in
dem Teil aufrechterhalten wird, um eine ausreichende Stütze des
Haltebundes 114 gegen die fortfahrende Kraft der Ausgangswelle 28A zu
gewährleisten,
die auf den Mutterflansch 50A wirkt, wenn sie diesen gegen
den Haltebund 114 preßt.
Die Kombination von ausreichendem Kontaktdruck der Scheibe 102 gegen
den stationären
Mutterflanschabschnitt 50A und ausreichender Drehzahl der
Scheibe 102 bewirkt einen Wärmeaufbau in dem Kontaktbereich 58A,
der eine Reibrührschweißung zu
bilden, welche die Mutter 24A permanent mit dem Haltebund 114 in
diesem Bereich ihres Kontakts verbindet. An diesem Punkt wird der Betrieb
des Aggregats sofort durch sein Steuersystem eingestellt.
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In
der Schweißtechnik
ist wohlbekannt, daß Reibrührschweißen tatsächlich nicht
ein richtiges Schweißverfahren,
sondern ein Festkörperfügeverfahren
ist, das eine Kombination aus Strangpressen und Schmieden ist und
unter dem Schmelzpunkt des Werkstückmaterials vorkommt. Reibrührschweißen hat
jedoch bestimmte wohlbekannte Vorteile gegenüber Reibschweißen, und
man fand heraus, daß es wie
das bei der vorherigen Ausführungsform
beschriebene Reibschweißen
auch zur Verwendung beim effizienten Befestigen einer adaptiven
anbringbaren Mutter an dem hydrogeformten Teil geeignet ist, während das
Teil in den Stempeln bleibt, wobei das Hydroformfluid noch darin
enthalten ist. Dabei werden die Schweißparameter für das Reibrührschweißen wie
diejenigen für
echtes Reibschweißen beispielsweise
durch trial and error und möglicherweise auf
der Basis früherer
Erfahrungen mit einer ähnlichen
Anwendung bestimmt.
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Nach
dem Reibrührschweißen der
Mutter 24A an das hydrogeformte Teil 20A und unter
Bezug auf 23 fährt das Aggregat dann die Ausgangswelle 28A mit
einer linearen Bewegung ein, um das Antriebsende 100 der
Ausgangswelle aus der Mutterhülse 118 zu
lösen,
während
das Hydroformfluid aus dem Teil evakuiert wird, wenn dies nicht
schon geschehen ist. Ist das Fluid aus dem hydrogeformten Teil evakuiert,
dann werden die Stempel 12A und 14A geöffnet, wie
dies in 24 gezeigt ist, um die Entnahme
des hydrogeformten Teils wie mit einem Roboter zu gestatten, und
zur Vorbereitung des Einfügens
eines weiteren Materialteils in die Stempel und des Beginns eines
weiteren Muttereinfüge-
und Befestigungsprozesses bezüglich
dieses frischen Teils. Dabei wird die Ausgangswelle 28A des
Aggregats in ihre in 18 gezeigte Startposition zurückgebracht,
woraufhin die Stempel 12A und 14A an dem nächsten rohrförmigen Stück geschlossen
werden, das hydrogeformt werden und eine Mutter wie 24A haben
soll, die dann durch den oberen Stempeldurchgang 32A eingefügt und während des
Hydroformens gegen das Materialteil gehalten und dann, unmittelbar
nach dem Hydroformen, in dieses Teil eingefügt und durch Reibrührschweißen daran
befestigt wird.
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Unter
Bezug auf die in 25–42 gezeigte
Ausführungsform
der Erfindung, die mechanische Verriegelung verwendet, um eine mechanisch verriegelbare
Verbindungselementmutter nach dem Einfügen der Mutter in das hydrogeformte
Teil an dem hydrogeformten Teil zu befestigen, sind Teile und Merkmale,
die denjenigen in 1–24 entsprechen,
mit den gleichen Bezugsziffern identifiziert, allerdings mit dem
hinzugefügten
Suffixbuchstaben „B", und signifikant
unterschiedliche Teile und Merkmale sind mit Bezugsziffern in einer
200er-Numerierungsserie identifiziert ist.
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Bei
der Ausführungsform
von 25–42 und
wie geeignet zum Einführen
und Befestigen einer mechanisch verriegelbaren Verbindungselementmutter 24B hat
die Ausgangswelle 28A des Aggregats einen quadratischen
Endabschnitt 54B, der das funktionelle Äquivalent des sechseckigen
Endabschnitts 54 bei der Ausführungsform von 1–12 ist,
wenn eine Antriebsverbindung mit der Mutter 24B vorgesehen
wird. Die Verbindungselementmutter 24B ist bei diesem Beispiel
aus zwei Teilen gebildet, nämlich
(1) einem Mutterkörper 200,
der dazu geeignet ist, von der Ausgangswelle 28B des Aggregats
beim Stanzen und Bilden eines sechseckigen Haltebundes 114B in
dem hydrogeformten Teil wie bei der Ausführungsform von 13–25 betrieben
zu werden und (2) einem Verriegelungsring 202, der in einem
ausgesparten ringförmigen
Abschnitt 204 des Mutterkörpers aufgenommen ist. Dabei
ist der Verriegelungsring 202 dazu geeignet, die Verriegelung
des Mutterkörpers 200 und
dadurch der Mutter 24B einschließlich des Verriegelungsrings
an dem hydrogeformten Teil 20B beim teilweisen Drehen des
Mutterkörpers
relativ zu dem Verriegelungsring vorzusehen, was im folgenden im
einzelnen beschrieben wird.
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Beschreiben
wir den Mutterkörper 200 noch detaillierter
und unter Bezug auf 25–30, 38 und 42,
dann hat der Mutterkörper 200 einen
integralen Stanzstempel 36B an einem Ende und eine quadratische
Antriebshülse 52B an
dem anderen Ende zum Aufnehmen des quadratischen Antriebsendes 54B der
Ausgangswellle 28B. Dabei ist der Stanzstempel 36B durch
einen sechseckigen Abschnitt 106B, eine Endfläche 108B und
die Schneidkante 110B mit einer Abschrägung 112B gebildet
und ist wie der vorher beschriebene Stanzstempel 36A, wobei
aber der Stanzstempel 36B eine deutlich geringere axiale
Länge als
der Stanzstempel 36A hat. Die axiale Länge des Stanzstempels 36B ist
derart bestimmt, daß der
Stanzstempel nach dem Stanzen und Bilden eines sechseckigen Haltebundes
in dem hydrogeformten Teil und beim weiteren Eintritt in das hydrogeformte
Teil frei von dem Haltebund positioniert ist, um zu ermöglichen,
daß der
Mutterkörper dann
gedreht werden kann, um die Verriegelung der Mutter 24B durchzuführen (vgl. 38).
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Um
eine solche Verriegelungsaktion mit dem Verriegelungsring 202 vorzusehen,
ist der ausgesparte Abschnitt 204 des Mutterkörpers durch
eine ringförmige
Nut 206 und eine angrenzende Schulter 208 gebildet,
wobei die Schulter angrenzend an den Stanzstempelabschnitt 36B des
Mutterkörpers
und die ringförmige
Nut angrenzend an das andere Ende des Mutterkörpers angeordnet ist. Die Schulter 208 hat
eine zwölfeckige
Form (12-seitige
polygone Form) mit sechs flachen Rampenflächen 210 gleicher
Größe und sechs
flachen Kopfflächen 212 gleicher
Größe, die
jeweils zwischen den Rampenflächen
angeordnet sind und sie schneiden. Die Kopfflächen 212 sind bündig mit
den Seiten 72B des Stanzstempels 36B und haben
eine Umfangs- oder Längenabmessung,
die deutlich geringer als diejenige der Rampen ist (aus der Sicht
in 30), und eine Breitenabmessung, die axial gemessen
die gleiche wie der Rampen ist (aus der Sicht in 26).
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Beschreiben
wir den Verriegelungsring 202 noch detaillierter und unter
Bezug auf 25 und 31–34,
dann hat der Verriegelungsring einen ringförmigen Körper 214 mit einem
Schlitz 216, womit der Verriegelungsring zur Aufnahme an
dem Mutterkörper
radial ausgedehnt werden und dann an Platz in dem ausgesparten Abschnitt 204 schnappen kann.
Der Ringkörper 214 hat
mehrere integrale Finger 218, die in axialer Richtung von
dem Ringkörper abhängen und
im Winkel gleich voneinander beabstandet sind und sich parallel
zueinander erstrecken. Dabei entspricht die Anzahl der Finger 218 der
Anzahl von flachen Seiten 72B des Stanzstempelabschnitts 36B des
Mutterkörpers 200 und
der entsprechenden gleichen An zahl von Rampenflächen 210 des Mutterkörpers, und
damit liegen bei diesem veranschaulichenden Beispiel insgesamt sechs
solche Finger vor.
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Der
Verriegelungsring 202 ist in dem ausgesparten Abschnitt 204 des
Mutterkörpers 200 aufgenommen,
wobei der Ringkörper 214 gegen
den Boden der ringförmigen
Nut 206 aufgenommen ist und die Finger 218 anfänglich gegen
die jeweiligen Rampenflächen 210 der
angrenzenden Schulter 208 aufgenommen sind, wo sie zwischen
den flachen Kopfflächen 212 der
Schulter positioniert sind, welche die hohen Seiten bilden. Die
Finger 218 haben einen allgemein dreieckigen Querschnitt
(vgl. 34), und die dodekagonförmige Schulter 208,
die ein Teil des Mutterkörpers
ist, ist im Winkel relativ zu dem sechseckigen Stanzstempelabschnitt 36B über einen
Winkel von 30 Grad weitergeschaltet (360 Grad geteilt durch zweimal
die Anzahl von Fingern), und als Ergebnis sind die Außenseiten
der Finger 21 anfänglich an
den Rampenflächen 210 in
Positionen auf gleicher Höhe
mit den Seiten 72B des Stanzstempels 36B positioniert
und bilden tatsächlich
ausgerichtete Ansätze
davon, wie dies in 25 und 34 zu
sehen ist. Dabei sind die Finger 218 anfänglich positioniert, um
in den sechseckigen Haltebund 114B vorzugehen, der von
dem Stanzstempel 36B gebildet ist, und dann, nachdem der
Stanzstempel weiter nach innen und an dem Haltebund vorbei ausgefahren
worden ist, verhindern die Finger 218 durch ihren Eingriff
mit dem Haltebund, daß sich
der Verriegelungsring 202 dreht. Während sich der Mutterkörper 200 dann
frei drehen kann und nur beim teilweisen Drehen relativ zu dem Verriegelungsring 202 die
Verriegelung der Mutter 24B an dem Bund 114B durch
die Schulter 208 bewirkt, was im folgenden im einzelnen
beschrieben wird.
-
Nun
wird eine typische Operationssequenz beim Einfügen und Befestigen der Mutter 24B und unter
Bezug auf 35–42 beschrieben;
das Aggregat wird wie bei den vorherigen Ausführungsformen so betrieben,
daß die Ausgangswelle 28B derart
positioniert wird, daß sie
im Abstand von dem oberen Stempeldurchgang 32B ist, nachdem
sich die Stempel 12B und 14B an dem Materialstück 18B geschlossen
haben, und vor dem Zulauf von Hydroformfluid (vgl. 35).
Die Mutter 24B wird dann in den oberen Stempeldurchgang 32B in
einer zentrierten Position gegen das Materialstück 18B eingeführt, wie
dies ebenfalls in 35 gezeigt ist. Ist die Mutter 24B derart
eingeführt
und zentriert, dann fährt
das Aggregat seine Ausgangswelle 28B aus, um mit ihrem
Antriebsende 54B in die Mutterkörperantriebshülse 52B einzugreifen
und mit ihrer ringförmigen Schulter 56B die
Mutter 24B fest am Platz zu halten, wie dies in 36 gezeigt
ist. Wie vorher beschrieben und als alternativer Weg zum Einführen und
Zentrieren der Mutter 24B, ist auch zu verstehen, daß die Mutter 24B an
ihrem Mutterkörper 52B an
dem Ausgangswellenantriebsende 54B des Aggregats aufgenommen
werden kann, während
die Ausgangswelle voll eingefahren ist, und dann zeitweilig daran
mit einer geeigneten klebrigen Substanz wie Fett gehalten werden
kann, während
die Ausgangswelle ausgefahren (abgesenkt) wird, um die Mutter 24B gegen
das Materialstück 18B zu
positionieren.
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Ist
die Mutter 24B also von der Ausgangswelle 28B fest
am Platz gehalten, dann wird das Hydroformfluid unter Druck in das
Innere des Materialstücks 18B abgegeben,
um das Stück
gegen die Formhohlraumoberfläche
in die erforderliche Gestalt zu formen, woraus sich das hydrogeformte
Teil 20B ergibt, wie dies in 37 gezeigt
ist. Dabei stützt
die flache Sechskantstanzstempelfläche 108B des Mutterkörpers 200 die
Wand des Teils innerhalb des oberen Stempeldurchgangs 32B gegen
die hydraulische Kraft, die erzeugt wird, um zu verhindern, daß das Teil
nach außen
zerbricht, was ansonsten an dieser Unterbrechung in der Formhohlraumoberfläche passieren
könnte.
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Unmittelbar
nach dem Hydroformen des Teils 20B in die erforderliche
Gestalt und während der
Hydroformdruck darin aufrechterhalten wird, fährt das Aggregat seine Ausgangswelle 28B weiter
aus und zwingt den Stanzstempel 36B der Mutter, mit der Schneidkante 110B ein
sechseckiges Loch in das Teil zu stanzen, wobei das sechseckige
Metallstück 116B,
das aus dieser Stanzoperation resultiert, und mit dem Vorsehen der
Abschrägung 112,
mit der Wand des Teils einstückig
bleibt und von der Mutter nach innen und in Abstand von dem gestanzten
Loch gewölbt
wird, während
der Stanz- und Bundformabschnitt der Mutter in das Teil vorgeht
(vgl. 38).
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Wie
bei den vorherigen Ausführungsformen sieht
der Hydroformdruck eine interne Stütze der Wand des Teils in einem
ringförmigen
Bereich unmittelbar außerhalb
des oberen Stempeldurchgangs 32B vor, um eine solche Stanzaktion
und auch die Bildung einer inneren Wand um das gestanzte Loch durch
den sechseckigen Stanzstempel 36B und dann den hinteren
Verriegelungsring 202 zu ermöglichen, der von dem Mutterkörper 200 mitgetragen wird.
Dabei wird durch das Zusammenwirken des Stanzstempels 36B und
des hinteren Körpers 214 des
Verriegelungsrings 202 der nach innen vorstehende Haltebund 114B in
dem hydrogeformten Teil ausgebildet, der sich um die Mutter 24B erstreckt.
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In
diesem Fall verhindert wie bei der Ausführungsform in 1 – 12 die
Schulter 56 der Welle 28B durch ihren Eingriff
mit dem äußeren Ende
der Mutter 24B, daß Fluid
in dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation durch
das mit einem Gewinde versehene Loch in der Mutter entweicht. Während die
Mutter 24B durch den Kontakt ihres Stanzstempelabschnitts 106B und ihres
Verriegelungsrings 202 mit dem Teil verhindert, daß Fluid
in dem Teil während
der Stanzoperation und der nachfolgenden Bundformoperation um die Mutter
nach außen
entweicht, wird der Verriegelungsring 202 am Ende der Bundformoperation
dann zwangsweise in Dichtkontakt Fläche-an-Fläche mit dem Haltebund 114B gehalten.
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Bei
den oben beschriebenen Stanz- und Haltebundformoperationen mit der
Mutter 24B wird die Mutter von dem Aggregat um eine ausreichende Strecke
in das hydrogeformte Teil eingefügt,
so daß der
sechseckige Stanzstempel 36B, der ein Teil des Haltebundes
ist, nachdem der Haltebund 114B gestanzt und gebildet worden
ist, dann im Abstand von dem Haltebund ist. Die Finger 218 des
Verriegelungsrings 202, der von dem Mutterkörper 200 getragen
wird, sind dann eng von dem Haltebund 114B aufgenommen
und darin positioniert, und dadurch wird verhindert, daß sich der
Verriegelungsring dreht; die Enden der Finger erstrecken sich bei
einer solchen Positionierung des Verriegelungsrings um eine wesentliche
Strecke nach innen an dem distalen Ende des Haltebundes vorbei,
wie dies in 38 gezeigt ist.
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Während das
Aggregat weiter die Mutter 24B am Platz hält, dreht
es dann die Ausgangswelle 28B und dadurch den Mutterkörper 200 der
Mutter 24B weniger als eine volle Umdrehung und bei diesem veranschaulichenden
Beispiel nur 30 Winkelgrade, wie dies in 39 und 42 gezeigt
ist. Dabei wird bewirkt, daß sich
mit einem solchen teilweisen Drehen des Mutterkörpers 200 relativ
zu dem stationären Verriegelungsring 202 die
Verriegelungsringfinger 218 und dadurch direkt zugeordnete
distale Endabschnitte des Haltebundes 114B radial nach
außen
und in verriegelten Eingriff biegen, und zwar durch die Wirkung
der Rampenflächen 210 der Schulter 208 an
dem Mutterkörper 200,
wodurch die Finger 218 des Verriegelungsrings zwangsweise
aus ihren ausgesparten Stellen an dem Mutterkörper und auf die relativ hochliegenden
flachen Kopfflächen 212 der
Schulter 208 gewölbt
werden. Da dies entweder passiert, während das Hydroformfluid in
dem Teil unter Druck bleibt, wie dies in 39 gezeigt
ist, oder wenn das Hydroformfluid in dem Teil dann evakuiert ist,
ist nach den Stanz- und Haltebundformoperationen lediglich die Kraft
erforderlich, die notwendig ist, um den Mutterkörper 200 zum Durchführen der
Verriegelungsoperation zu drehen.
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Nach
dem Verriegeln der Baugruppenmutter 24B an dem hydrogeformten
Teil 20B und unter Bezug auf 40 fährt das
Aggregat dann die Ausgangswelle 28B ein, um das Antriebsende 54B der Ausgangswelle
aus der Mutterkörperhülse 52B zu entnehmen,
während
das Hydroformfluid aus dem Teil evakuiert wird, wenn dies nicht
schon geschehen ist. Ist das Fluid aus dem hydrogeformten Teil 20B evakuiert,
dann werden die Stempel 12B und 14B geöffnet, wie
dies in 41 gezeigt ist, um die Entnahme
des hydrogeformten Teils zur Vorbereitung des Einfügens eines
weiteren Materialteils in die Stempel und des Beginns eines weiteren
Muttereinfüge-
und Befestigungsprozesses bezüglich
dieses neuen Teils zu gestatten. Dabei wird die Ausgangswelle 28B des
Aggregats in ihre in 35 gezeigte Startposition zurückgebracht,
woraufhin die Stempel 12B und 14B an dem nächsten rohrförmigen Stück geschlossen
werden, das hydrogeformt werden und eine ähnliche Mutter haben soll,
die dann eingefügt und
dann, unmittelbar nach dem Hydroformen des Materialstücks auf ähnliche
Weise, mechanisch daran verriegelt wird.
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Bei
jeder der obigen beispielhaften Ausführungsformen ist ein Einfügen und
Befestigen einer anbringbaren Verbindungselementmutter gezeigt und
beschrieben, und es versteht sich, daß dann, wenn das hydrogeformte
Teil mehr als ein solcher Befestigungsmittel an unterschiedlichen
Stellen haben soll, dies gleichzeitig auf ähnliche Weise an jeder erforderlichen
Anbringstelle durch Anwendung einer entsprechenden Anzahl von Aggregatanlagen
in der Hydroformvorrichtung an den jeweiligen Anbringstellen erreicht
werden kann, um eine anbringbare Mutter an jeder dieser Stellen
zu befestigen. Darüber
hinaus versteht sich, daß die
Verbindungselementmutter zwar bei jeder veranschaulichenden Ausführungsform
gegen das Materialstück
vor der Hydroformoperation positioniert und gehalten ist, aber damit wird
angenommen, daß die
Wand des Materialstücks dann
an dieser Stelle gegen den Formhohlraum anliegt. Wenn andererseits
die Wand des Materialstücks
nicht in dem Formhohlraum an der erforderlichen Befestigungsstelle,
sondern im Abstand davon angeordnet ist, dann versteht sich, daß die einzufügende und
anzubringende Verbindungselementmutter dann zeitweilig an dem Ende
der Ausgangswelle gehalten wird, wie dies oben beschrieben wurde.
So kann die Ausgangswelle dann das Stanzstempelende der Mutter während der
nachfolgenden Hydroformung mit der umgebenden Formhohlraumfläche bündig halten,
wobei die Wand des Teils dann nach außen in Kontakt mit dem derart
positionierten Stanzstempelende der Verbindungselementmutter geformt wird.
Es versteht sich auch, daß die
Last- oder Befestigungskapazität
der Mutter derart ausgewählt
ist, daß die
Anforderungen einer speziellen Anwendungen erfüllt werden und dann, wenn das
hydrogeformte Teil mehrere Befestigungsmittel mit unterschiedlichen
Lastkapazitäten
erfordert, die Größe oder
Befestigungskapazität
jeder Mutter bestmöglich
an jeder erforderlichen Anbringstelle ausgewählt ist.
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Zusammengefasst
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, bei welchen
ein hydrogeformtes Teil in einem Hydroformhohlraum unter Hydroformdruck
bleibt, während
eine anbringbare Verbindungselementmutter derart betrieben wird, daß durch
erzwungenes Einfügen
der Mutter in das Teil dieses gestanzt und ein Bund darin gebildet
wird, wobei die Mutter je nach der Form der Verbindungselementmutter
an dem Bund durch Reibschweißen, Reibrührschweißen oder
mechanische Verriegelung befestigt wird.