DE102007016991A1

DE102007016991A1 - Verfahren zum Anbringen eines metallischen Anschlußteils an einem Metallkörper und Gegenstand aus einem Metallkörper und einem Anschlußteil

Info

Publication number: DE102007016991A1
Application number: DE102007016991A
Authority: DE
Inventors: Peter Martin Dufter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-12
Also published as: DE102007016991B4

Abstract

Ein rohrförmiger Metallkörper und ein radial abzweigendes Anschlussteil werden dadurch auf einfache Weise stabil und dicht miteinander verbunden, dass zunächst im Wege der Fließformung unter Erzeugung von Reibungswärme eine radial ausgerichtete Buchse innerhalb der Metallkörperwand ausgebildet wird und in dieser Buchse ein Innengewinde ausgebildet wird. In dieses wird ein Befestigungsabschnitt des Anschlussteils eingeschraubt, worauf eine abgestufte zentrale Bohrung im Befestigungsabschnitt mit einem Drehwerkzeug unter Erzeugung von Reibungswärme bearbeitet wird. Mit dieser Reibungswärme wird eine Verschweißung von Befestigungsabschnitt und Buchse und somit von Anschlussteil und Metallkörper erzielt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines metallischen Anschlußteils an einem Metallkörper, insbesondere eines Abzweigstücks an einem Rohr.
Derartige Gegenstände aus einem Metallkörper und einem Anschlußteil werden auf vielen Gebieten der Technik benötigt. Für die Herstellung eines entsprechenden Gegenstandes sind verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise wird das Anschlußteil an den Metallkörper angeschweißt, nachdem der Metallkörper im Anschlußbereich mit einer Bohrung versehen wurde. Durch das Schweißen läßt sich zwar eine stabile Verbindung erzielen, die im Falle einer Rohrabzweigung auch dauerhafte Dichtheit gewährleistet, das Schweißen erweist sich aber als besonders aufwändig und erfordert in der Regel noch eine Nachbearbeitung der Schweißnaht.
Ferner ist es insbesondere bei vergleichsweise dicken oder dickwandigen Metallkörpern bekannt, in diesen eine Bohrung mit einem Innengewinde auszubilden, in das ein Anschlußteil eingeschraubt wird. In diesem Falle besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich die Gewindeverbindung unerwünscht und in störender Weise lockert. Im Falle einer Rohrabzweigung sind außerdem zusätzliche Dichtungsmaßnahmen unter Einsatz von Dichtungsmitteln zu teffen, die einer Alterung unterworfen sind und daher nicht dauerhaft sicher abdichten.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches sowohl manuell wie auch mit vollautomatischen Werkzeugmaschinen einfach und kostengünstig durchführbares Verfahren vorzusehen, das zu einer stabilen und dauerhaft hermetisch dichten Verbindung führt und ohne Nachbearbeitungsaufwand auskommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein drehendes Formwerkzeug unter Entwicklung von Reibungswärme durch eine Wandfläche des Metallkörpers vorbewegt wird und dabei durch Fließformung eine mit beiden Enden vorspringende Buchse in der Wandfläche erzeugt wird, ein in diese Buchse passender Befestigungsabschnitt des Anschlußteils in die Buchse eingesetzt wird und eine Schmelzverbindung von Buchse und Befestigungsabschnitt erfolgt, indem ein Drehwerkzeug unter Erzeugung von Reibungswärme durch den Befestigungsabschnitt des Anschlußteils vorgeschoben wird.
Somit ist erfindungsgemäß ein zweistufiges Verfahren mit einer Fließformung der Buchse unter drehender Reibungswärme als erstem Schritt vorgesehen. Dieses Fließformen kann als Verdrängungsbohren rund um das Bohrloch bezeichnet werden, wobei ein Materialfluß sowohl in Bohrrichtung wie entgegen der Bohrrichtung, also der Vorschubrichtung des sich drehenden Fließformwerkzeugs, stattfindet und sich eine einstückig angeformte im wesentlichen zylindrische Buchse ausbildet. Der zweite Bearbeitungsschritt ist ein Schweißvorgang, bei dem die Schweißwärme ebenfalls durch drehende Reibungswärme aufgebracht wird.
Ersichtlich ist dieses Verfahren trotz seiner Zweistufigkeit einfach und preiswert auch bei einer Massenproduktion einzusetzen, weil ausschließlich Drehbearbeitungen am Werkstück durchzuführen sind. Dabei finden beide Drehbearbeitungsschritte ohne jegliches Abtragen von Material oder Staubpartikeln statt. Auch ist der Energiebedarf des Verfahrens für die Erzeugung der Reibungswärme zur Materialerwärmung bzw. für den Schweißvorgang vergleichsweise gering.
Die Erfindung bezieht sich auch auf den fertigen Gegenstand, der aus einem Metallkörper, insbesondere einem Rohr, und einem metallischen Anschlußteil besteht.
Dieser Gegenstand ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper eine einstückig mit ihm verbundene fließgeformte Buchse aufweist, mit der das Anschlußteil reibverschweißt verbunden ist.
Wie sich bereits aus den vorangehenden Ausführungen zum Verfahren ergibt, läßt sich dieser Gegenstand einfach und umweltfreundlich sowie manuell oder vollautomatisch herstellen. Es bereitet auch keine besonderen Schwierigkeiten, von einem dünnwandigen Metallkörper bzw. Rohr auszugehen, weil durch die Fließformung die Materialstärke im Verbindungsbereich den Anforderungen angepaßt werden kann.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel und anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen rohrförmigen Metallkörper sowie ein drehendes Formwerkzeug zu dessen Bearbeitung in Seitenansicht;
2 in Stirnansicht den kreisringförmigen Metallkörper mit der fließgeformten Buchse und dem Werkzeug während seines Rückhubes;
3 den Metallkörper gemäß 2 mit einem Gewindefertiger zur weiteren Bearbeitung;
4 den Metallkkörper nach der Bearbeitung gemäß 3 mit einem separaten Anschlußteil;
5 den Metallkörper nach dem Einschrauben des Anschlußteils sowie ein Drehwerkzeug zur Reibverschweißung; und
6 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die fertig gestellte Verbindung von Metallkörper und Anschlußteil.
Gemäß 1 ist ein Metallkörper 1 vorgesehen, bei dem es sich um ein Rohr mit Kreisquerschnitt handelt, wie 2 veranschaulicht. Dieser Metallkörper 1 (Werkstück) wird mit einem drehenden Formwerkzeug 2 bearbeitet, das in Ausrichtung auf die Achse des Metallkörpers 1 durch dessen Umfangswand vorgeschoben wird und dabei unter Fließverlagerung des Werkstoffs die Umfangswand durchstößt.
Entsprechende Fließformwerkzeuge sind bekannt. Sie erzeugen Reibungswärme, die den Werkstoff weich und leicht verformbar macht. Dabei werden die Antriebskraft, die Drehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubkraft des Werkzeugs gegenseitig abgestimmt sowie an den Werkstoff und die zu durchstoßende Wandstärke angepaßt. Der verdrängte Werkstoff fließt nicht nur in Vorschubrichtung einwärts sondern auch entgegen der Vorschubrichtung auswärts. Diese Auswärtsverlagerung wird durch einen am Formwerkzeug 2 vorgesehenen Bundformer 3 begrenzt, der somit für einen außenseitig glatten und ebenen Werkstoffabschluß sorgt.
2 und 3 zeigen den Metallkörper 1 nach dieser Umformung. Diese führt gemäß 2 zu einer etwa hülsenförmigen Buchse 4, die radial im rohrförmigen Metallkörper 1 angeordnet ist und nach innen wie nach außen gegenüber der Metallkörperwand vorspringt. Dabei ist am äußeren Ende der Buchse 4 ein Außenflansch 5 vorhanden, für dessen Ausbildung der Bundformer 3 gesorgt hat.
Gemäß 3 wird die Buchse 4 mit Hilfe eines Gewindefertigers 6 spanlos mit einem Innengewinde 7 versehen, das in 4 angedeutet ist. In 4 ist ferner ein Anschlußteil 8 dargestellt, das einer Schraube vergleichbar einen schaftförmigen Befestigungsabschnitt 9 mit einem Außengewinde 10 sowie einen verbreiterten Kopf 11 aufweist. Durch das Anschlußteil 8 erstreckt sich eine gestufte zentrale Anschlußbohrung 12, wie aus 6 zu ersehen ist.
Nach dem Einschrauben des Anschlußteils 8 in den Metallkörper 1 bzw. seine Buchse 4 ergibt sich der in 5 dargestellte aus dem Metallkörper 1 und dem Anschlußteil 8 zusammengesetzte Gegenstand.
Als letzter Bearbeitungsschritt wird nunmehr gemäß 5 ein Drehwerkzeug 13 durch die Anschlußbohrung 12 eingeführt. Dieses Drehwerkzeug 13 entspricht im wesentlichen dem Formwerkzeug 2 gemäß 1. Es wird in entsprechender Weise unter Abstimmung von Antriebskraft, Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubkraft betrieben. Es ist jedoch im Durchmesser kleiner als das Formwerkzeug 2. Dabei ist das Drehwerkzeug 13 dem Befestigungsabschnitt 9 des Anschlußteils angepaßt, hat jedoch einen etwas größeren Durchmesser als die zentrale Anschlußbohrung 12 im Befestigungsabschnitt, so dass hier beim Durchschieben des Drehwerkzeugs 13 ohne wesentliche Werkstoffverlagerung ebenfalls Reibungswärme erzeugt wird. Reibungswärme entsteht jedoch insbesondere dadurch, dass sich der dem Bundformer 3 des Formwerkzeugs 2 entsprechende Reibflansch 15 des Drehwerkzeuges 13 auf die radiale Übergangsfläche 16 (6) zwischen den abgestuften Abschnitten der Bohrung 12 auflegt und hier Reibungswärme erzeugt. Diese dient dazu, dem Reibschweißen vergleichbar eine feste und hermetisch dichte Verbindung zwischen der Buchse 4 und dem Befestigungsabschnitt 9 in deren Gewindebereichen zu erzielen.
Als Werkstoff des Metallkörpers 1 kommen solche Werkstoffe in Betracht, die sich für die beschriebene Fließumformung (1 und 2) eignen, also bei der entstehenden Reibungswärme ausreichend fließfähig sind. Ebenfalls sollte der Werkstoff des Metallkörpers 1 und/oder des Anschlußteils 8 so beschaffen sein, dass er bei der Bearbeitung mit dem Drehwerkzeug (5) in für die beschriebene Reibschweißung ausreichendem Maße erweicht. Dementsprechend ist die Bezeichnung „Metallkörper" so zu verstehen, dass es sich ggf. auch um einen Körper aus einem anderen Werkstoff als (reinem) Metall und insbesondere aus neu entwickelten entsprechende Werkstoffen handeln kann.
Dieses Reibschweißen kann auch bei Werkstoffen mit ungünstigeren Erweichungseigenschaften als ein Reibtöten durchgeführt werden. Dazu wird vor dem Einsetzen des Anschlußteils 8 auf dessen Befestigungsabschnitt 9 ein Lotauftrag 14 (6) aufgebracht, der dann durch die Wärmeentwicklung beim Bearbeitungsschritt gemäß 5 schmilzt und eine feste und dichte Verbindung zwischen dem Metallkörper 1 und dem Anschlußteil 8 gewährleistet.
Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einem Rundrohr und einem durchgängigen Anschlußteil erläutert. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt. Sie kann vielmehr auch bei einem plattenförmigen Metallkörper und mit einem nicht durchgängigen Anschlußteil zur Anwendung kommen. Ebenso kann darauf verzichtet werden, den Metallkörper 1 und das Anschlußteil 8 vor der Reibschweißung durch eine Verschraubung miteinander zu verbinden, so dass das Gewindeformen nach 3 entfällt.

Claims

Verfahren zum Anbringen eines metallischen Anschlußteils (8) an einem Metallkörper (1), insbesondere eines Abzweigstückes an einem Rohr, bei dem ein drehendes Formwerkzeug (2) unter Entwicklung von Reibungswärme durch eine Wandfläche des Metallkörpers (1) vorbewegt und dabei durch Fließformung eine mit beiden Enden vorspringende Buchse (4) in der Wandfläche erzeugt wird, ein in diese Buchse (4) passender Befestigungsabschnitt (9) des Anschlußteils (8) in die Buchse (4) eingesetzt wird und eine Schmelzverbindung von Buchse (4) und Befestigungsabschnitt (9) erfolgt, indem ein Drehwerkzeug (13) unter Erzeugung von Reibungswärme durch den Befestigungsabschnitt (9) des Anschlußteils (8) vorgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (9) des Anschlußteils (8) vor seinem Einsetzen in die Buchse (4) mit einem Lotauftrag (14) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die fließgeformte Buchse (4) ein Innengewinde (7) eingeformt wird und das Anschlußteil (8) mit seinem ein Außengewinde (10) aufweisenden Befestigungsabschnitt (9) in die Buchse (4) eingeschraubt wird.
Gegenstand aus einem Metallkörper (1), insbesondere einem Rohr, und einem metallischen Anschlußteil (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (1) eine einstückig mit ihm verbundene fließgeformte Buchse (4) aufweist, die einen Befestigungsabschnitt (9) des Anschlußteils (8) aufnimmt, der mit der Buchse (4) reibverschweißt verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlußteil (8) unter Zwischenfügung eines Lotauftrages (14) mit der Buchse (4) verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Gewindeverbindung (7/10) zwischen der Buchse (4) und dem Befestigungsabschnitt (9) des Anschlußteils (8) vorgesehen ist.