DE102011018748B3

DE102011018748B3 - Verfahren zum Herstellen von Anschlussbuchsen und zugehöriges Bauteil

Info

Publication number: DE102011018748B3
Application number: DE201110018748
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Bahl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: WO2012146379A2; CN103501930A; CN103501930B; WO2012146379A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Anschlussbuchsen am Außenumfang dünnwandiger Bauteile aus Metallblech, insbesondere an Bauteilen von Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen, in das die Anschlussbuchsen durch lokale Umformung des Metallbleches unmittelbar eingearbeitet werden. Ein fertigungstechnisch günstiges Verfahren wird erzielt, indem Platinen (10) als Tailored Blanks mit lokalen Materialaufdickungen (10b) und/oder unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Bereich der Anschlussbuchsen (12) vorgefertigt und anschließend zu dem Bauteil (14) umgeformt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Anschlussbuchsen am Außenumfang von Bauteilen aus dünnwandigem Metallblech gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine bevorzugte Bauteil-Anwendung.
Durch die US 2003/0010017 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem in den Außenumfang aus Metallblech eines Katalysators zur Befestigung einer Lambdasonde eine Anschlussbuchse mit Innengewinde unmittelbar eingeformt wird. Dabei wird mittels eines konusförmigen Werkzeugs durch Rotation und Axialdruck die Anschlussbuchse bei entsprechender Materialverdrängung tiefgezogen und aufgeweitet. Es versteht sich, dass ein solches Verfahren eine entsprechende Materialstärke voraussetzt, um eine zuverlässige, schwingungsresistente Aufnahme der Lambdasonde sicherzustellen.
Durch die NL 810 1502 A ist es ferner bekannt, zur Herstellung von Anschlussbuchsen bei Formkörpern aus Metallblech (zum Beispiel Rohren) lokal ein Verstärkungsblech als Aufdickung aufzuschweißen und danach wie vorstehend die Anschlussbuchse einzuarbeiten.
Aus der DE 42 24 131 A1 ist weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlussstutzens an einen Rohrkörper bekannt, bei dem der Anschlussstutzen Bestandteil eines Hydraulik-Hochdruckanschlusses ist und durch Erzeugen eines Anschlussstutzens mittels eines rotierenden Fließlochformers, Anformen einer ebenen Dichtfläche an den Anschlussstutzen sowie spanloses Einarbeiten eines Anschlussgewindes hergestellt wird.
Weiter ist aus der DE 698 24 285 T2 eine Abgasvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, die ein Rohrelement aufweist, in dessen Inneren Abgase fließen, wobei das Rohrelement einen Aufnahmeraum aufweist, welcher den Einbau eines Messsensors wie eine Sauerstoffsonde erlaubt. Der Aufnahmeraum wird durch ein durch einen Zylinder oder ein verlängertes Loch gebildet, wobei der Aufnahmeraum ein Gewinde umfasst. Zudem ist der Lochrandbereich mit einem Wulst versehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der eine zuverlässige Halterung von Anschlussteilen ohne zusätzliche Verstärkungsbleche auch an dünnwandigen Bauteilen herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen des Verfahrens und eine bevorzugte Anwendung der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass Platinen (Blechzuschnitte) als Tailored Blanks mit lokalen Materialaufdickungen und/oder unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Bereich der Anschlussbuchsen vorgefertigt und anschließend zu dem Bauteil umgeformt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, bereits die den Außenumfang des späteren Bauteils bestimmende Platine durch Verwendung von Tailored Blanks (das sind Metallbleche, die durch Fügeverfahren, insbesondere Schweißen, oder durch Umformverfahren, insbesondere Walzen, unterschiedliche Materialstärken und/oder Werkstoffeigenschaften aufweisen) an die für das Einarbeiten einer Anschlussbuchse erforderlichen Kriterien anzupassen und die Weiterverarbeitung (Formgebung) danach zu vollziehen, wodurch insbesondere fertigungstechnische Vorteile erzielbar sind und das Aufbringen von Verstärkungsblechen nach der Formgebung mit der Gefahr von Materialverzügen, etc. entfallen kann. Die Anbindung der Bauteile in oder an der Anschlussbuchse kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, das heißt also insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens können nach dem Herstellen der Platinen, jedoch vor oder nach deren weiterer Umformung in die Außenumfangsgeometrie des Bauteils die Anschlussbuchsen zumindest bezüglich der spanlosen Bearbeitung eingearbeitet werden. Dies kann dann zum Beispiel unmittelbar mit dem Beschneiden der Platine oder in einem nachgeschalteten Arbeitsgang erfolgen, wobei durch diese Vorbearbeitung neben der fertigungstechnischen Vereinfachung ebenfalls unzulässige Materialverformungen oder -verzüge vermieden sind. Die Anschlussbuchsen können dabei bevorzugt durch Aufreiben und/oder Tiefziehen an den lokalen Bereichen eingearbeitet werden.
Die Tailored Blanks bzw. Platinen können bevorzugt im Bereich der Anschlussbuchsen auf zumindest das Zweifache der übrigen Wandstärke des Bauteils aufgedickt sein, wobei von einem im Übrigen relativ dünnwandigem Metallblech von zum Beispiel 1,5 mm oder weniger ausgegangen wird.
Gegebenenfalls kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn erst nach der Umformung der Tailored Blanks in die Außengeometrie des Bauteils, in die Anschlussbuchsen ein Gewinde zum Anschluss von einschraubbaren und ein Außengewinde aufweisenden Anschlussbauteilen, insbesondere von Sensoren, geformt wird. Durch das nachträgliche Einarbeiten des Sensoren, geformt wird. Durch das nachträgliche Einarbeiten des Innengewindes können geringfügige Verzüge beim Umformen der Platine in die Außenumfangsgeometrie des Bauteils eliminiert und eine unbehinderte, spätere Montage eines Anschlussteils sichergestellt werden.
Schließlich werden als besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Bauteile für Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, vorgeschlagen, die aus Tailored Blanks mit bevorzugt geringer Materialstärke hergestellt und mit lokalen Aufdickungen und/oder unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Bereich von Anschlussbuchsen für Sensoren, wie zum Beispiel Temperatursensoren und/oder Lambdasonden, versehen sind. Die Bauteile können insbesondere Schalldämpfer und/oder Katalysatoren und/oder Dieselpartikelfilter und/oder Abgasleitungen sein.
Ein Ausführungsbeispiel ist im Folgenden anhand der beiliegenden, skizzenhaften Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine teilweise dargestellte, als Tailored Blank ausgeführte Platine mit einer gestrichelt angedeuteten, lokalen Aufdickung für eine Anschlussbuchse;
2 einen Schnitt gemäß Linie II-II der 1 durch die Aufdickung der Platine, die durch Einschweißen eines materialstärkeren Abschnitts gebildet ist;
3 die in dem aufgedickten Abschnitt durch Materialumformung hergestellte Anschlussbuchse mit einem eingearbeiteten Innengewinde; und
4 abschnittsweise einen Katalysator für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einer in dessen aus der Platine nach den 1 bis 3 umgeformten, zylindrischen Außenmantel eingesetzter Lambdasonde zur Abgasmessung.
Die 1 zeigt in stark vereinfachter prinzipieller Darstellung eine aus einem dünnwandigen Metallblech bzw. als Tailored Blank 10 und damit als „maßgeschneiderte Platine” hergestellte flächige Platine 10, die einen gestrichelt eingezeichneten Abschnitt 10b größerer Materialstärke aufweist.
Das Tailored Blank 10 (vergleiche 2) besteht bevorzugt aus einem dünnwandigen, gewalzten Metallblechbereich 10a von zum Beispiel 0,8 mm Stärke und einem in diesen Blechbereich 10a integrierten bzw. eingesetzten, lokalen Abschnitt 10b aus einem demgegenüber dickeren Metallblech von zum Beispiel 2 mm Stärke, die miteinander, zum Beispiel durch Schweißen, stoffschlüssig verbunden sind. Die umlaufende Schweißnaht ist hier mit 11 bezeichnet.
Der Abschnitt 10b kann ferner abweichend dazu aus einem Werkstoff mit anderen Werkstoffeigenschaften, zum Beispiel einer höheren Festigkeit oder einer höheren Verformbarkeit, ausgeführt sein.
Das Tailored Blank 10 kann abweichend zur 2 auch ein Rolled Tailored Blank einheitlicher Werkstoffzusammensetzung sein, bei dem der lokale Abschnitt 10b in einem Walz- oder Pressvorgang in den demgegenüber dünnwandigen Bereich 10a eingewalzt bzw. eingepresst ist.
Durch definierte fertigkeitsbeeinflussende Maßnahmen bei der Herstellung (zum Beispiel Walzen), wie zum Beispiel durch unterschiedliche Temperaturbehandlung (zum Beispiel eine gesteuerte, unterschiedliche Abkühlung definierter Bereiche), kann das Tailored Blank auch unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen, insbesondere mit einer höheren Festigkeit – gegebenenfalls sogar bei geringerer Wandstärke – im Abschnitt 10b ausgebildet sein.
Der verstärkte Abschnitt 10b ist gezielt lokal an einer Position des Tailored Blank 10 vorgesehen, an der nach der Umformung des Tailored Blank 10 zu einem noch zu beschreibenden Bauteil mit zum Beispiel zylindrischen Außenmantel eine Anschlussbuchse 12 (3) für den Anschluss eines Bauteils eingearbeitet werden soll.
Zur Herstellung der Anschlussbuchse 12 an der Platine 10 wird in einer entsprechenden Bearbeitungsstation (nicht dargestellt) mittels eines rotationssymmetrischen, konusförmig spitz zulaufenden Werkzeugs 13 mit axialem Vorschub und unter Rotation eine zylindrische Öffnung in einer kombinierten Aufreib- und Tiefziehbearbeitung eingearbeitet, bei der der Werkstoff im Abschnitt 10b, wie aus 3 ersichtlich ist, büchsenförmig oder trichterförmig nach oben und unten verdrängt wird.
In die Anschlussbuchse 12 wird nach der Umformung des Tailored Blank 10 in die Bauteilform in nicht dargestellter Weise ein Innengewinde eingeschnitten. Gegebenenfalls kann aus fertigungstechnischen Gründen das Innengewinde unmittelbar anschließend an die spanlose Einformung der Anschlussbuchse 12 eingeschnitten werden.
Anschließend wird das Tailored Blank 10 zu einem definierten Bauteil umgeformt, bevorzugt zur Fertigung eines Katalysators 16 (4) oder eines Rohrabschnittes (nicht dargestellt) einer Abgasanlage für Brennkraftmaschinen zu einem zylindrischen Außenmantel 14 umgeformt, wobei die, wie vorstehend beschrieben verstärkte Anschlussbuchse 12 eine konstruktiv an dem Tailored Blank 10 bereits vorgegebene Position einnimmt und bevorzugt zur Aufnahme einer eingeschraubten Sonde, zum Beispiel einer Lambdasonde 18 (oder einem Temperatursensor) dient.
Der zylindrische Außenmantel 14 des hier nur teilweise dargestellten Katalysators 16 ist in bekannter und nicht näher dargestellter Weise mit Ein- und Ausströmtrichtern 16a und Anschlussrohren 16b verschweißt und umschließt einen katalytisch wirksamen Einsatz 16c, wobei die Lambdasonde 18 zur Ermittlung des Sauerstoffgehaltes des Abgases der Brennkraftmaschine in den Abgasstrom entsprechend einragt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Als Bauteile mit Anschlussbuchsen gemäß dem Erfindungsvorschlag können auch Schalldämpfer oder Abgasrohre von Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen oder auch andere, blechummantelte oder aus Platinen 10 geformte Bauteile entsprechend ausgeführt sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Anschlussbuchsen am Außenumfang dünnwandiger Bauteile aus Metallblech, insbesondere an Bauteilen von Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen, in das wenigstens eine Anschlussbuchse durch lokale Umformung des Metallbleches unmittelbar eingearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platine (10) als Tailored Blank mit wenigstens einer lokalen Materialaufdickung (10b) und/oder mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Bereich der wenigstens einen Anschlussbuchse (12) vorgefertigt und anschließend zu dem Bauteil (14) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Herstellen der Platine (10) und vor oder nach deren weiterer Umformung in die Außenumfangsgeometrie des Bauteils (14), die wenigstens eine Anschlussbuchse (12) eingebracht wird, insbesondere zumindest bezüglich einer spanlosen Bearbeitung der Anschlussbuchse (12) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbuchse (12) trichterförmig durch Aufreiben und/oder Tiefziehen an den lokalen Bereichen (10b) eingearbeitet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tailored Blank bzw. die Platine (10) im Bereich (10b) der Anschlussbuchse (12) auf zumindest das Zweifache der übrigen Wandstärke der Platine (10) aufgedickt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, nach der Umformung des Tailored Blanks (10) in die Außengeometrie des Bauteils (14), in die Anschlussbuchse (12) ein Innengewinde zum Anschluss Von einschraubbaren Bauteilen mit einem Außengewinde, insbesondere von Sensoren (18) einer Abgasanlage, geformt wird.
Bauteil für Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, das nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche als Tailored Blank (10) hergestellt und mit wenigstens einer lokalen Materialaufdickung (10b) und/oder mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften im Bereich wenigstens einer Anschlussbuchse (12) für wenigstens einen Sensor (18).
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Schalldämpfer und/oder ein Katalysator (16) und/oder ein Dieselpartikelfilter und/oder eine Abgasleitung von Brennkraftmaschinen ist.