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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Innenhochdruckumformteils
mit einem Anschlussbauteil sowie ein Innenhochdruckumformwerkzeug
der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Verfahren ist beispielsweise bereits aus der
DE 103 03 175 B4 als
bekannt zu entnehmen. Das dortige Innenhochdruckumformteil (IHU-Teil)
umfasst dabei ein Domteil, dessen Domkappe üblicherweise unmittelbar im
Innenhochdruckumformverfahren abgetrennt wird. An diesem offenen
Domteil ist ein weiteres, napfförmiges
bzw. geschlossenes Domteil angeschweißt worden, welches seinerseits
vom IHU-Teil nach außen
hin absteht und mit einem rohrförmigen
Anschlussbauteil zu einer Steckverbindung zusammengefügt wird.
Zur Sicherung der zusammengefügten
Steckverbindung ist dabei eine Schweißverbindung zwischen dem nach
außen
hin abstehenden Domteil und dem Anschlussbauteil vorgesehen. Hierdurch
ist insgesamt ein Verbindungsknoten zwischen Hohlprofilen einer Rahmenstruktur
insbesondere für
ein Fahrzeug geschaffen, welcher jedoch äußerst aufwändig herzustellen ist.
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Des
Weiteren sind aus dem Stand der Technik bereits Innenhochdruckumformwerkzeuge
bekannt, welche wenigstens einen in einem Gegenhalterkanal angeordneten
Gegenhalter aufweisen, mittels welchen beim Innenhochdruckumformprozess ein
von einem IHU-Teil nach außen
hin abstehendes Domteil einformbar bzw. umformbar ist. Ein derartiges
IHU-Werkzeug ist beispielsweise eingesetzt worden, um das oben beschriebene
IHU-Teil mit dem Domteil und der abgetrennten Domkappe zu schaffen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Innenhochdruckumformwerkzeug
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen das Innenhochdruckumformteil
auf fertigungstechnisch einfache Weise mit dem Anschlussbauteil
zu verbinden ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren sowie ein Innenhochdruckumformwerkzeug mit den Merkmalen
der Patentansprüche
1 bzw. 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der
Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
ein Verfahren zu schaffen, mit welchem das Innenhochdruckumformteil
auf fertigungstechnisch bedeutend einfachere Weise mit dem Anschlussbauteil
verbunden werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steckverbindung des
auf Seiten des IHU-Teils angeordneten Domteils und des Anschlussbauteils
unmittelbar im Innenhochdruckumformverfahren erzeugt bzw. umgeformt wird.
Dies hat beispielsweise gegenüber
dem Gegenstand gemäß
DE 103 03 175 B4 den
großen
Vorteil, dass nach Abschluss des Innenhochdruckumformverfahrens
bereits das fertige Bauteil – bestehend
aus dem Innenhochdruckumformteil und dem Anschlussbauteil – zur Weiterverarbeitung
vorliegt. Da zwischen dem Domteil und dem Anschlussbauteil eine
Steckverbindung vorliegt, ist dabei eine besonders steife und belastbare
Verbindung der beiden Bauteile zu schaffen. Das geschaffene Bauteil
kann beispielsweise im Kraftwagenbau von Personenkraftwagen als
T-Stück
oder als luftspaltisolierter Krümmer
(LDI-Krümmer)
eingesetzt werden. Neben der Anwendung als Karosseriebauteil ist
es demzufolge auch möglich,
das aus dem IHU-Teil und dem Anschlussbauteil geschaffene Gesamtbauteil
beispielsweise bei Komponenten wie der Abgasanlage, einem Achs-
bzw. Integralträger
oder dergleichen einzusetzen. Natürlich ist es im Rahmen der
Erfindung als mitumfasst zu betrachten, dass das geschaffene Gesamtbauteil
auch außerhalb
des Kraftwagenbaus eingesetzt werden könnte.
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Die
Steckverbindung zwischen dem Domteil des IHU-Teils und dem Anschlussbauteil
wird dabei insbesondere dadurch realisiert, dass im Innenhochdruckumformverfahren
ein Kraftschluss und/oder Formschluss erzielt wird. Ein Kraftschluss
kann dabei auf einfache Weise dadurch geschaffen werden, dass das
Domteil durch Innenhochdruckumformung entsprechend in eine Hohlkammer
bzw. einen Hohlraum des Anschlussbauteils umgeformt wird, wobei das
Domteil und das Anschlussbauteil umfangsseitig aneinander anliegen.
Wird dabei die Steckverbindung insgesamt derart umgeformt, dass
zwischen dem Domteil und dem Anschlussbauteil eine formschlüssige Steckverbindung
erzielt wird, so ist eine besonders belastbare Fügung zwischen den beiden Einzelbauteilen
geschaffen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Umformung
der Steckverbindung des Domteils und des Anschlussbauteils unmittelbar während des
Innenhochdruckumformverfahrens des IHU-Teils vorgenommen.
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Dies
hat den Vorteil, dass lediglich eine Innenhochdruckumformung erforderlich
ist, um sowohl den Rohling bzw. das Halbzeug des IHU-Teils in seine
Endkontur umzuformen als auch die Verbindung zwischen dem Domteil
auf Seiten des IHU-Teils und des Anschlussbauteils herzustellen.
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Als
weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Anschlussbauteil
am Außenumfang
des IHU-Teils angeordnet ist, wobei das Domteil zur Herstellung
der Steckverbindung aus dem IHU-Teil ausgeformt wird. Hierdurch
ist eine prozesstechnisch äußerst einfach
handhabbare und kontrollierbare Möglichkeit geschaffen, das Anschlussbauteil
und das Domteil kraft- und/oder
formschlüssig
miteinander zu verbinden.
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Insbesondere
um die formschlüssige
Steckverbindung zwischen dem Domteil und dem Anschlussbauteil zu
realisieren, hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
als vorteilhaft gezeigt, wenn ein Gegenhalter des Innenhochdruckumformwerkzeugs
verwendet wird, mittels welchem das Domteil und das Anschlussbauteil
vorzugsweise entlang des vollständigen
korrespondierenden Umfangs einander hintergreifend verformt werden.
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Soll
ein Gesamtbauteil geschaffen werden, welches besonders gewichtsgünstig ausgestaltet oder
zur Leitung eines Mediums wie beispielsweise eines Abgases geeignet
ist, so hat es sich in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als
vorteilhaft gezeigt, wenn mittels des Gegenhalters eine Domkappe
aus dem Domteil ausgespart wird. Neben der Gewichtseinsparung der
Domkappe ist somit ein Übertritt
des Mediums aus dem IHU-Teil in das Anschlussbauteil – oder umgekehrt – möglich.
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Eine
fertigungstechnisch besonders einfache Möglichkeit zur Verbindung des
Anschlussbauteils mit dem IHU-Teil ist dabei geschaffen, wenn das Anschlussbauteil
zur Anordnung am Außenumfang des
IHU-Teils außenumfangsseitig
des Gegenhalters in einen Gegenhalterkanal eingesetzt wird. Durch
die Anordnung zwischen dem Gegenhalter und dem Gegenhalterkanal
ist dabei eine besonders zuverlässige Positionierung
des Anschlussbauteils relativ zu dem IHU-Teil möglich. Darüber hinaus kann auf einfache Weise
die erwünschte
kraft- und/oder formschlüssige Steckverbindung
zwischen dem Anschlussbauteil und dem IHU-Teil – durch entsprechende Umformung
mittels des Druckmediums oder mittels des Gegenhalters – geschaffen
werden.
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Die
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten
Vorteile gelten ebenso für
das Innenhochdruckumformwerkzeug (IHU-Werkzeug) gemäß Patentanspruch
8.
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Das
IHU-Werkzeug zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass
zwischen dem Gegenhalter und dem Gegenhalterkanal ein Zwischenraum vorgesehen
ist, in welchem das Anschlussbauteil zur Herstellung der Steckverbindung
des Domteils mit dem Anschlussbauteil anordnenbar ist. Mit anderen Worten
ist es bei dem erfindungsgemäßen IHU-Werkzeug
vorgesehen, dass zwischen dem Gegenhalter und dem Gegenhalterkanal
ein vorzugsweise umlaufend geschlossener Zwischenraum vorgesehen
ist, innerhalb welchem der Rohling des Anschlussbauteils positioniert
werden kann. Da somit sowohl das IHU-Teil wie auch das Anschlussbauteil innerhalb
ein und desselben IHU-Werkzeugs angeordnet sind, lässt sich
eine einfache und reproduzierbare Positionierung der beiden zu verbindenden Bauteile
erreichen. Demzufolge kann die erfindungsgemäß gewünschte Steckverbindung zwischen
dem Domteil auf Seiten des IHU-Teils und dem Anschlussbauteil unmittelbar
während
des Innenhochdruckumformverfahrens erzeugt werden.
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Um
auf besonders einfache Weise die formschlüssige Steckverbindung zwischen
dem Domteil und dem Anschlussbauteil zu erhalten, hat es sich darüber hinaus
als vorteilhaft gezeigt, wenn innerhalb des Gegenhalterkanals eine
Ausnehmung vorgesehen ist, durch welche der bei einer entsprechenden
Druckbeaufschlagung des Domteils bzw. des Anschlussbauteils erwünschte Hinterschnitt
erreicht wird.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Gegenhalter mit
einer Stempelschräge
versehen ist, mittels welcher das Domteil und das Anschlussbauteil
zur Herstellung der formschlüssigen Steckverbindung
in Richtung der Ausnehmung im Gegenhalterkanal zu verformen sind.
Mittels des Gegenhalters ist es somit auf einfache Weise möglich, in ein
und demselben Umform- bzw. Pressvorgang sowohl das Domteil wie auch
das Anschlussbauteil umzuformen.
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Ein
fertigungstechnisch besonders einfaches Gesamtbauteil kann dabei
geschaffen werden, wenn der Gegenhalter zusätzlich zur Aussparung einer Domkappe
aus dem Domteil dient. Mit anderen Worten kann somit durch den Umform-
bzw. Pressvorgang mittels des Gegenhalters nicht nur der erwünschte Formschluss
zwischen dem Domteil und dem Anschlussbauteil erzielt werden, sondern gleichzeitig
auch die Domkappe ausgestanzt werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch ein IHU-Werkzeug mit einem eingelegten Rohling
bzw. Halbzeug des IHU-Teils und mit einem im IHU-Werkzeug innerhalb eines Gegenhalterkanals angeordneten
Gegenhalter, wobei außenumfangsseitig
des Gegenhalters bzw. innenumfangsseitig des Gegenhalterkanals ein
an den Außenumfang
des IHU-Teils angrenzendes
Anschlussbauteil angeordnet ist;
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2 eine
schematische Schnittansicht durch das IHU-Werkzeug gemäß 1, wobei
der Gegenhalter zur Einbringung bzw. Umformung eines Domteils mittels
Innenhochdruckumformen aus dem Gegenhalterkanal herausbewegt worden
ist, wodurch das Domteil zur Herstellung einer kraftschlüssigen Steckverbindung
innenumfangsseitig des Anschlussbauteils in dieses hineinragt;
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3 eine
schematische Schnittansicht durch das IHU-Werkzeug gemäß den 2 und 3,
wobei der Gegenhalter zum Ausstanzen einer Domkappe des Domteils
in Richtung des IHU-Teils bewegt worden ist, und wobei durch das
Bewegen des Gegenhalters in Richtung des IHU-Teils das Domteil und
das Anschlussbauteil zu einer formschlüssigen Steckverbindung umgeformt
worden sind; und in
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4 eine
schematische Schnittansicht durch das IHU-Werkzeug gemäß den 1 bis 3,
wobei das Gesamtbauteil bestehend aus dem IHU-Teil und dem Anschlussbauteil
in seiner fertigen Form gezeigt ist, in welcher das Anschlussbauteil und
das Domteil zu einer kraft- und formschlüssigen Steckverbindung umgeformt
worden sind.
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In 1 ist
in einer schematischen Schnittansicht ein IHU-Werkzeug 10 dargestellt, welches üblicherweise
aus zwei schließbaren
Formhälften
besteht, deren Trennebene in 1 jedoch
nicht erkennbar ist. Zwischen den beiden Formhälften des IHU-Werkzeugs ist
vorliegend ein Rohling bzw. Halbzeug eines IHU-Teils 12 eingelegt
worden, wonach die beiden Formhälften
des IHU-Werkzeugs 10 geschlossen worden sind. Des Weiteren
ist das IHU-Werkzeug mit einem Gegenhalterkanal 14 versehen,
welcher vorliegend quer bzw. im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung
einer Negativform 16 des IHU-Teils 12 innerhalb
des IHU-Werkzeugs 10 verläuft. Der Gegenhalterkanal 14 erstreckt
sich dabei in die Negativform 16 des IHU-Werkzeugs 10 hinein.
Koaxial zu dem Gegenhalterkanal 14 ist innerhalb von diesem
ein Gegenhalter 18 positioniert, welcher jedoch im Querschnitt – bezogen
auf den Innenumfang – derart
geringer als der Gegenhalterkanal 14 ausgebildet ist, dass
ein umlaufender Zwischenraum 20 gebildet ist. In diesem
Zwischenraum 20 außenumfangsseitig
des Gegenhalters 18 bzw. innenumfangsseitig des Gegenhalterkanals 14 ist
ein Anschlussbauteil 22 positioniert, welches vorliegend
beispielsweise als Rohrstück
mit kreisrundem bzw. ringförmigen
Querschnitt ausgebildet ist. Demzufolge ist vorliegend auch der Gegenhalter 18 sowie
der Gegenhalterkanal 14 im Wesentlichen kreisrund ausgebildet.
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Aus 1 ist
darüber
hinaus erkennbar, dass das Anschlussbauteil derart bis in den Zwischenraum 20 des
IHU-Werkzeugs 10 ragt,
dass dieses am Außenumfang
des Rohlings des IHU-Teils 12 anliegt. Dabei ist es denkbar,
dass das Anschlussbauteil 22 in seiner Position gegenüber dem
IHU-Teil 12 innerhalb des IHU-Werkzeugs 10 beispielsweise über Haltemittel
fixiert ist.
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In 2 ist
in einer schematischen Schnittansicht das IHU-Werkzeug 10 gemäß 1 dargestellt,
wobei das weitere Verfahren zum Verbinden des IHU-Teils 12 mit
dem Anschlussbauteil 22 erkennbar wird. Zum Innenhochdruckumformen
des IHU-Teils 12 sind in üblicher Weise nicht dargestellte Axialstempel
an der Stirnseite des IHU-Teils 12 angeordnet worden, und
der Hohlraum des Rohlings des IHU-Teils 12 ist mit einem
entsprechenden Druckmedium – wie
durch das Symbol P dargestellt – beaufschlagt
worden. Es ist erkennbar, dass in diesem Innenhochdruckumformverfahren
ein Domteil 24 aus dem IHU-Teil 12 ausgeformt
bzw. umgeformt worden ist, welches sich in das Anschlussbauteil 22 hinein
erstreckt. Hierzu ist der Gegenhalter 18 in entsprechender
Weise aus dem Gegenhalterkanal 14 bzw. dem Anschlussbauteil 22 in
Richtung von der Negativform 16 des IHU-Werkzeugs 10 wegbewegt
worden. Durch die Umformung bzw. Ausformung des Domteils 24 in
das IHU-Teil 12 ist eine im Wesentlichen kraftschlüssige Steckverbindung 26 zwischen
dem Domteil 24 und dem Anschlussbauteil 22 entstanden. Diese
kraftschlüssige
Steckverbindung 26 ist – je nach Verwendungszweck
des Gesamtbauteils bestehend aus dem IHU-Teil 12 und dem
Anschlussbauteil 22 – hinreichend
stabil ausgestaltet, so dass das Gesamtbauteil bereits in dieser
Variante einsetzbar ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
soll jedoch eine besonders stabile Steckverbindung 26 zwischen
dem Domteil 24 und dem Anschlussbauteil 22 geschaffen
werden.
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Hierzu
zeigt 3 in einer schematischen Schnittansicht das IHU-Werkzeug 10 gemäß den 1 und 2,
wobei der Gegenhalter 18 in Richtung des Domteils 24 bzw.
in Richtung der Negativform 16 des IHU-Werkzeugs 10 bewegt
worden ist. Der Gegenhalter 18 wirkt dabei zunächst als
Stempel, mit welchem eine Domkappe 28 vom Domteil 24 ausgespart
bzw. ausgestanzt wird. Des Weiteren ist erkennbar, dass der Gegenhalter 18 an
seinem vorderen, dem Domteil 24 zugewandten Ende mit einer Stempelschräge 30 versehen
ist, mittels welcher das Domteil 24 und das Anschlussbauteil 22 umfangsseitig
in Richtung einer Ausnehmung 32 innerhalb des Gegenhalterkanals 14 verformt
werden. Es ist erkennbar, dass die Ausnehmung 32 einen
Kragen 34 umfasst, welcher sich innerhalb des Anschlussbauteils 22 abbildet.
Ausgehend von diesem Kragen 34 ist die Ausnehmung 32 – im Querschnitt
betrachtet – im
Wesentlichen V-förmig,
wobei sich das Domteil 24 nach dem Abstanzen der Domkappe 28 außenumfangsseitig
an den Innenumfang des Anschlussbauteils 22 anschmiegt.
Hierdurch ergibt sich demzufolge eine im Wesentlichen kraft- und
formschlüssige Steckverbindung 26 zwischen
dem Domteil 24 und dem Anschlussbauteil 22, welche
erheblich belastbar ist. Der Gegenhalter 18 wird dabei
vorliegend im Wesentlichen gegen den Druck P des Mediums zum Innenhochdruckumformen
des IHU-Teils 12 bewegt.
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Schließlich zeigt 4 in
einer schematischen Schnittansicht das IHU-Werkzeug 10 mit
dem im Wesentlichen fertigen Gesamtbauteil – bestehend aus dem IHU-Teil 12 und
dem Anschlussbauteil 22. Dabei ist erkennbar, dass der
Gegenhalter 18 um eine Strecke aus dem Anschlussbauteil 22 bzw.
dem Gegenhalterkanal 14 herausgezogen worden ist. Insgesamt
ist somit erkennbar, dass vorliegend ein Verfahren zum Verbinden
des IHU-Teils 12 mit dem Anschlussbauteil 22 geschaffen
worden ist, bei welcher das Umformen der Steckverbindung 26,
des Domteils 24 und des Anschlussbauteils 22 während des Innenhochdruckumformverfahrens
des IHU-Teils 12 vorgenommen wird. Mit anderen Worten wird
vorliegend in einem einzigen Innenhochdruckumformverfahren sowohl
die Umformung des Rohlings bzw. Halbzeugs des IHU-Teils 12 wie
auch des Verbindens dieses IHU-Teils 12 mit dem Anschlussbauteil 22 erreicht.
Des Weiteren ist aus den Figuren insgesamt ersichtlich, dass eine
einfache Steckverbindung 26 bereits dadurch geschaffen
werden kann, dass das Domteil 24 im Wesentlichen kraftschlüssig in
das Anschlussbauteil 22 hinein umgeformt bzw. ausgeformt wird.
Um eine besonders zuverlässige
Steckverbindung 26 zu erhalten, können das Domteil 24 und
das Anschlussbauteil 22 mittels des Gegenhalters 18 entsprechend
zu einer insbesondere formschlüssigen, aber
auch kraftschlüssigen
Steckverbindung 26 umgeformt werden.
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Als
im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass die
Domkappe 28 – insbesondere
bei der Ausführung
der Steckverbindung gemäß 2 – auch am
Domteil 24 verbleiben kann. Das Ausstanzen der Domkappe 28 ermöglicht jedoch eine
zusätzliche
Gewichtseinsparung des Gesamtbauteils und ist darüber hinaus
erforderlich, wenn zwischen dem Anschlussbauteil 22 und
dem IHU-Teil 12 ein Medium strömen bzw. fließen soll.
Als innerhalb des Rahmens der Erfindung liegend ist es des Weiteren
zu betrachten, dass das Anschlussbauteil 22 nicht unbedingt
einen umlaufend geschlossenen Querschnitt aufweisen muss. Insbesondere
wäre hier auch
ein offener Querschnitt denkbar.