DE102011080266A1

DE102011080266A1 - Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte und Verbindungselement zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte

Info

Publication number: DE102011080266A1
Application number: DE201110080266
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Werner; Bernd Gross
Original assignee: Johnson Controls GmbH
Current assignee: Adient US LLC
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte (1.1, 1.2). Erfindungsgemäß werden die elektrisch leitfähigen Rohrabschnitte (1.1, 1.2) mittels eines elektromagnetischen Pulsverfahrens berührungslos form- und/oder kraftschlüssig verbunden oder gefügt, wobei in einem inneren Rohrabschnitt (1.1) der ineinander angeordneten Rohrabschnitte (1.1, 1.2) im Bereich der Fügestelle ein hülsenförmiges Bauteil (2) angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verbindungselement (8) zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte (1.1, 1.2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verbindungselement zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur formschlüssigen Verbindung von Rohrabschnitten aus unterschiedlichen Materialien bekannt. Beispielweise werden in die Oberflächen der ineinander angeordneten Rohrabschnitte mechanisch, mittels eines Prägewerkzeugs oder mittels der so genannten elektromagnetischen Pulstechnologie, Sicken eingebracht, welche eine verdreh-, auszug- und biegesichere Verbindung ermöglichen. Bei der herkömmlichen elektromagnetischen Pulstechnologie muss ein spezieller Dorn in die Rohrabschnitte eingefahren werden und nach dem Ausformen der Sicken mit großer Kraft aus den Rohrabschnitten herausgezogen werden. Dies ist allerdings nur bei offenen Strukturen möglich, bei einem geschlossenen Rohrrahmen kann dieses Verfahren beispielsweise nicht angewendet werden, weil der Dorn nicht mehr aus den Rohrabschnitten herausgezogen werden kann.
Die DE 20 2004 020 792 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug, wobei das Deformationselement unter Verwendung einer im Wesentlichen rohrförmigen und/oder profilartigen und/oder konusförmigen Hohlkörperstruktur als Aufpralldämpfer zur definierten Energieaufnahme bei einem Aufprall mit Sollverformungsstrukturen herzustellen ist, insbesondere unter Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug, wobei das Deformationselement unter Verwendung einer im Wesentlichen rohrförmigen und/oder profilartigen und/oder konusförmigen Hohlkörperstruktur als Aufpralldämpfer zur definierten Energieaufnahme bei einem Aufprall mit Sollverformungsstrukturen hergestellt wird, wobei die Sollverformungsstrukturen in die Hohlkörperstruktur im Wesentlichen mittels eines elektromagnetischen Pulsverformungsverfahrens eingeformt werden, wobei die Vorrichtung für ein elektromagnetisches Pulsverformungsverfahren ausgebildet ist, insbesondere für eine Expansionsverformung eine in die Hohlkörperstruktur einzusetzende Spule und eine begrenzende und formende äußere Matrize aufweist oder für eine Kompressionsverformung eine um die Hohlkörperstruktur angeordnete Spule sowie zwischen der Spule und der Hohlkörperstruktur angeordnete Feldformerstrukturen zur Verformung im Sinne einer Freiumformungseinrichtung oder gegen einen zusammengesetzten, in die Hohlkörperstruktur positionierten Dorn aufweist.
Die DE 10 2004 053 172 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug, wobei das Deformationselement unter Verwendung einer im Wesentlichen rohrförmigen und/oder profilartigen und/oder konusförmigen Hohlkörperstruktur als Aufpralldämpfer zur definierten Energieaufnahme bei einem Aufprall mit Sollverformungsstrukturen hergestellt wird, so dass mit einem geringen Aufwand eine Anpassung an verschiedene Kraftfahrzeugtypen zu erreichen ist, wobei die Sollverformungsstrukturen in die Hohlkörperstruktur im Wesentlichen mittels eines elektromagnetischen Pulsverformungsverfahrens eingeformt werden.
Die US 7,140,530 B2 beschreibt eine Methode zur Verbindung zweier Achsgehäusebauteile.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, insbesondere schnelleres, effizienteres und kostengünstigeres Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte anzugeben.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, insbesondere leichter und schneller zu montierendes Verbindungselement zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte anzugeben, in welches eine Achse und/oder eine Lagerbuchse integriert sind.
Hinsichtlich des Verfahrens zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Hinsichtlich des Verbindungselements zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte wird die Aufgabe durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte werden die elektrisch leitfähigen Rohrabschnitte mittels eines elektromagnetischen Pulsverfahrens berührungslos form- und/oder kraftschlüssig verbunden oder gefügt, wobei in einem inneren Rohrabschnitt, der ineinander angeordneten Rohrabschnitte, im Bereich der Fügestelle ein hülsenförmiges Bauteil angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, einzelne Rohrabschnitte aus unterschiedlichen Werkstoffen zu einem geschlossenen Strukturbauteil, beispielsweise einem vollständigen Rohrrahmen, zu verbinden.
Mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens werden bevorzugt eine Vielzahl von Sicken oder Vertiefungen in Umfangsrichtung der ineinander angeordneten Rohrabschnitte erzeugt. Dadurch sind die ineinander angeordneten Rohrabschnitte miteinander form- und/oder kraftschlüssig und verdreh-, auszug- und biegesicher verbunden.
Besonders bevorzugt werden die Sicken in Umfangsrichtung der Rohrabschnitte gleichmäßig verteilt angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Außendurchmesser des hülsenförmigen Bauteils korrespondierend zu einem Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts ausgeformt, so dass das hülsenförmige Bauteil besonders einfach im inneren Rohrabschnitt anordenbar ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verbleibt das hülsenförmige Bauteil nach dem Fügevorgang im Bereich der Fügestelle. Durch diesen Verbleib des hülsenförmigen Bauteils innerhalb der Rohrabschnitte ist ein kraftaufwendiges Ausformen des herkömmlichen Dorns vermieden. Weiterhin kann das hülsenförmige Bauteil durch sein Federungs- und Dämpfungsvermögen zweckmäßigerweise ein Klappern der Verbindung zwischen den Rohrabschnitten verhindern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das hülsenförmige Bauteil während des Fügevorgangs verformt. Daraus resultiert vorteilhafterweise eine Vorspannung im hülsenförmigen Bauteil, welche ein Federungs- und Dämpfungsvermögen ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Außenumfang des hülsenförmigen Bauteils konturiert, insbesondere mit einer Vielzahl von Ausnehmungen versehen, durch welche eine Form und Position der in den Rohrabschnitten auszubildenden Sicken vorgegeben wird, wobei das hülsenförmige Bauteil während des Fügevorgangs im Wesentlichen unverformt bleibt. Durch den Einsatz eines solchen, an seinem Außenumfang vorgeformten hülsenförmigen Bauteils kann vorteilhafterweise ein herkömmliches Vorformen des inneren Rohrabschnitts entfallen. Weiterhin sind mittels der vorgeformten Ausnehmungen im hülsenförmigen Bauteil Form und Position der auszubildenden Sicken vorgebbar.
Beim Verbindungselement zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte ist an einem oberen Ende und an einem seitlichen Ende jeweils eine rohrförmige Ausformung am Verbindungselement angeordnet oder ausgeformt, wobei diese rohrförmigen Ausformungen jeweils einen zum jeweiligen Rohrabschnitt korrespondierend ausgeformten Außendurchmesser aufweisen und die rohrförmige Ausformung am oberen Ende des Verbindungselements rechtwinklig oder in einem Winkel von nahezu 90° zur rohrförmigen Ausformung am seitlichen Ende angeordnet ist, wobei die an den rohrförmigen Ausformungen angeordneten Rohrabschnitte mittels eines elektromagnetischen Pulsverfahrens berührungslos form- und/oder kraftschlüssig mit dem Verbindungselement verbindbar oder fügbar sind. Dies ermöglicht eine schnelle, einfache und kostengünstige Verbindung zweier Rohrabschnitte.
Besonders bevorzugt sind auf den Oberflächen der rohrförmigen Ausformungen Sicken und/oder Vertiefungen eingebracht oder ausgeformt. Mittels dieser Sicken und/oder Vertiefungen sind Form und Position der mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens auszubildenden Sicken zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Verbindungselements mit den Rohrabschnitten vorgebbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in einem dem seitlichen Ende des Verbindungselements gegenüberliegenden Bereich zumindest eine Bohrung angeordnet, in welcher eine Achse oder eine Lagerbuchse anordenbar ist. Dies ermöglicht eine schnelle, einfache und kostengünstige Verbindung zweier Rohrabschnitte in einem Winkel von 90° und die Integration der Achse und/oder der Lagerbuchse in dieses Verbindungselement.
Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte formschlüssige Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte,
2 schematisch eine Schnittdarstellung durch eine solche Verbindung,
3 schematisch einen Querschnitt eines hülsenförmigen Bauteils und
4 schematisch ein Verbindungselement zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte formschlüssige Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 dargestellt.
Die beiden Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus Metall hergestellt. Der innere Rohrabschnitt 1.1 kann dabei aus einem anderen Material bestehen als der äußere Rohrabschnitt 1.2.
Der innere Rohrabschnitt 1.1 ist beispielsweise aus Stahl gefertigt, während der äußere Rohrabschnitt 1.2 aus Aluminium besteht.
Beim herkömmlichen Fügen zweier solcher Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 muss während des Fügevorgangs mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens ein nicht dargestellter Dorn in den inneren Rohrabschnitt 1.1 eingeführt und anschließend unter hohem Kraftaufwand entfernt werden.
Im vorliegenden Verfahren wird der herkömmliche, wieder verwendbare Dorn durch ein hülsenförmiges Bauteil 2 substituiert. Ein Außendurchmesser dieses hülsenförmigen Bauteils 2 ist korrespondierend zu einem Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts 1.1 ausgeformt.
An einem Ende 3 des hülsenförmigen Bauteils 2 ist dessen Außendurchmesser zu einer absatzartigen Ausformung 4 erweitert, wobei ein Außendurchmesser dieser absatzartigen Ausformung 4 mit einem Außendurchmesser des inneren Rohrabschnitts 1.1 korrespondiert.
Vor dem Fügevorgang wird das hülsenförmige Bauteil 2 derart in den inneren Rohrabschnitt 1.1 eingeschoben, dass die absatzartige Ausformung 4 an der Stirnseite 5 des inneren Rohrabschnitts 1.1 angeordnet ist. Anschließend wird der zweite Rohrabschnitt 1.2, dessen Innendurchmesser mit dem Außendurchmesser des inneren Rohrabschnitts 1.1 korrespondiert, auf den inneren Rohrabschnitt 1.1 und das hülsenförmige Bauteil 2 aufgeschoben.
Während des Fügevorgangs werden mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens in herkömmlicher Weise eine Vielzahl von Sicken 6 oder Vertiefungen in Umfangsrichtung der ineinander angeordneten Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 erzeugt. Durch diese Sicken 6 oder Vertiefungen werden die Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 formschlüssig und verdreh-, auszug- und biegesicher verbunden.
In 2 ist schematisch eine Schnittdarstellung durch eine solche Verbindung mit den Sicken 6 dargestellt.
Die Sicken 6 entstehen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt durch die Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes.
In 3 ist schematisch ein Querschnitt des hülsenförmigen Bauteils 2 dargestellt.
In einer ersten, mittels der Volllinie dargestellten Ausführungsvariante weist das hülsenförmige Bauteil 2 einen kreisförmigen Außenumfang auf, welcher während der Verformung der Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 ebenfalls verformt und mit Sicken 6 versehen wird.
In einer alternativen, gestrichelt dargestellten Ausführungsvariante ist der Außenumfang des hülsenförmigen Bauteils 2 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 7 versehen, welche beispielsweise halbrund ausgeformt sind. Durch diese Konturierung des hülsenförmigen Bauteils 2 ist eine Form der in den Rohrabschnitten 1.1 und 1.2 zu erzeugenden Sicken 6 vorgebbar.
Durch den Einsatz eines solchen, an seinem Außenumfang vorgeformten hülsenförmigen Bauteils 2 kann vorteilhafterweise ein herkömmliches Vorformen des inneren Rohrabschnitts 1.1 entfallen.
Das hülsenförmige Bauteil 2 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise thermoplastisches Polyurethan oder hartgummiartiger Kunststoff, gefertigt.
Das Material des hülsenförmigen Bauteils 2 muss derart ausgebildet sein, dass den auf die Rohrabschnitte 1.1 und 1.2, durch das elektromagnetische Pulsverfahren, einwirkenden Verformungskräften ein Widerstand entgegengesetzt wird, welcher ein Kollabieren des inneren Rohrabschnitts 1.1 verhindert. Unter einem Kollabieren des inneren Rohrabschnitts 1.1 wird eine unkontrollierte und nicht zu einer Ausformung der Sicken 6 führende Verformung des inneren Rohrabschnitts 1.1 verstanden.
In einer alternativen Ausführungsform kann das hülsenförmige Bauteil 2 aus Federstahl gefertigt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das hülsenförmige Bauteil 2 aus einem recycelten Kunststoff gefertigt.
Nach der Erzeugung der Sicken 6 verbleibt das hülsenförmige Bauteil 2 im inneren Rohrabschnitt 1.1 und kann durch sein Federungs- und Dämpfungsvermögen ein Klappern der Verbindung verhindern. Dieses Federungs- und Dämpfungsvermögen resultiert aus der Vorspannung, welche im hülsenförmigen Bauteil 2, insbesondere im Bereich der Sicken 6, durch die Verformung der Außenkontur des hülsenförmigen Bauteils 2 während des Fügevorgangs erzeugt wird.
In 4 ist schematisch ein Verbindungselement 8 zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte 1.1 und 1.2 dargestellt.
Das Verbindungselement 8 ist zumindest bereichsweise bogenförmig ausgebildet und aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, gebildet.
Das Verbindungselement 8 ist in einem Gieß- oder Schmiedeverfahren gefertigt.
In einer alternativen Ausführungsvariante ist das Verbindungselement 8 aus Kunststoff gegossen.
An einem oberen Ende 9 und an einem seitlichen Ende 10 ist jeweils eine rohrförmige Ausformung 11 am Verbindungselement 8 angeordnet. Diese rohrförmigen Ausformungen 11 weisen jeweils einen zum jeweiligen Rohrabschnitt 1.1 und 1.2 korrespondierend ausgeformten Außendurchmesser auf.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind auf den Oberflächen der rohrförmigen Ausformungen 11 herkömmliche Sicken eingebracht.
Die rohrförmige Ausformung 11 am oberen Ende 9 des Verbindungselements 8 ist vorzugsweise rechtwinklig oder in einem Winkel von nahezu 90° zur rohrförmigen Ausformung 11 am seitlichen Ende 10 angeordnet.
Die rohrförmigen Ausformungen 11 sind in das Verbindungselement 8 integriert.
Während der Montage des Verbindungselements 8 wird der Rohrabschnitt 1.1 auf die rohrförmige Ausformung 11 am oberen Ende 9 und der Rohrabschnitt 1.2 auf die rohrförmige Ausformung 11 am seitlichen Ende 10 aufgesteckt und mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens formschlüssig miteinander verbunden.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist statt des elektromagnetischen Pulsverfahrens ein herkömmliches mechanisches Crimpwerkzeug verwendbar.
In einem vorzugsweise dem seitlichen Ende 10 gegenüberliegenden Bereich 12 ist eine Bohrung 13 im Verbindungselement 8 angeordnet.
In dieser Bohrung 13 ist eine Achse 14 anordenbar.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform ist in dieser Bohrung 13 eine herkömmliche Lagerbuchse anordenbar.
Bezugszeichenliste

1.1: innerer Rohrabschnitt
1.2: äußerer Rohrabschnitt
2: hülsenförmiges Bauteil
3: Ende
4: absatzartige Ausformung
5: Stirnseite
6: Sicken
7: Ausnehmung
8: Verbindungselement
9: oberes Ende
10: seitliches Ende
11: rohrförmige Ausformung
12: Bereich
13: Bohrung
14: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202004020792 U1 [0003]
DE 102004053172 A1 [0004]
US 7140530 B2 [0005]

Claims

Verfahren zur formschlüssigen Verbindung zweier zumindest teilweise ineinander angeordneter Rohrabschnitte (1.1, 1.2), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Rohrabschnitte (1.1, 1.2) mittels eines elektromagnetischen Pulsverfahrens berührungslos form- und/oder kraftschlüssig verbunden oder gefügt werden, wobei in einem inneren Rohrabschnitt (1.1) der ineinander angeordneten Rohrabschnitte (1.1, 1.2) im Bereich der Fügestelle ein hülsenförmiges Bauteil (2) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des elektromagnetischen Pulsverfahrens eine Vielzahl von Sicken (6) oder Vertiefungen in Umfangsrichtung der ineinander angeordneten Rohrabschnitte (1.1, 1.2) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (6) in Umfangsrichtung der Rohrabschnitte (1.1, 1.2) gleichmäßig verteilt angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des hülsenförmigen Bauteils (2) korrespondierend zu einem Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts (1.1) ausgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmigen Bauteil (2) nach dem Fügevorgang im Bereich der Fügestelle verbleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) während des Fügevorgangs verformt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang des hülsenförmigen Bauteils (2) konturiert, insbesondere mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (7) versehen, ist, durch welche eine Form und Position der in den Rohrabschnitten (1.1, 1.2) auszubildenden Sicken (6) vorgegeben wird, wobei das hülsenförmige Bauteil (2) während des Fügevorgangs unverformt bleibt.
Verbindungselement (8) zur winkligen Verbindung zweier Rohrabschnitte (1.1, 1.2), dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Ende (9) und an einem seitlichen Ende (10) jeweils eine rohrförmige Ausformung (11) am Verbindungselement (8) angeordnet oder ausgeformt ist, wobei diese rohrförmigen Ausformungen (11) jeweils einen zum jeweiligen Rohrabschnitt (1.1, 1.2) korrespondierend ausgeformten Außendurchmesser aufweisen und die rohrförmige Ausformung (11) am oberen Ende (9) des Verbindungselements (8) rechtwinklig oder in einem Winkel von nahezu 90° zur rohrförmigen Ausformung (11) am seitlichen Ende (10) angeordnet ist, wobei die an den rohrförmigen Ausformungen (11) angeordneten Rohrabschnitte (1.1, 1.2) mittels eines elektromagnetischen Pulsverfahrens berührungslos form- und/oder kraftschlüssig mit dem Verbindungselement (8) verbindbar oder fügbar sind.
Verbindungselement (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Oberflächen der rohrförmigen Ausformungen (11) Sicken und/oder Vertiefungen eingebracht oder ausgeformt sind.
Verbindungselement (8) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dem seitlichen Ende (10) gegenüberliegenden Bereich (12) zumindest eine Bohrung (13) angeordnet ist, in welcher eine Achse (14) oder eine Lagerbuchse anordenbar ist.