DE102011086682A1

DE102011086682A1 - Verfahren zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung an einem Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102011086682A1
Application number: DE102011086682A
Authority: DE
Inventors: Ugur Kisa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-23
Also published as: WO2013075864A1; KR20140093240A; BR112014011881A2; CN103946086A; EP2782803A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere an einem Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage, zwischen einem ersten Bauteil (12) und einem zweiten Bauteil (14) werden folgende Schritte ausgeführt: Bereitstellen des ersten Bauteils (12) an dem zweiten Bauteil (14), wobei im Bereich der herzustellenden Verbindung am zweiten Bauteil (14) ein Überstand (24) vorgesehen ist, Erzeugen eines gepulsten elektromagnetischen Feldes und Verformen des Überstands (24) mittels des gepulsten elektromagnetischen Feldes derart, dass der Überstand (24) zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung über das benachbarte erste Bauteil (14) verformt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, insbesondere eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage. Ferner betrifft die Erfindung ein Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil.
Hydraulikaggregate werden bei Fahrzeugbremsanlagen zum Steuern der Bremsdrücke an zugeordneten Radbremszylindern verwendet. Die Hydraulikaggregate weisen in der Regel ein blockförmiges Gehäuse mit Hydraulikkanälen auf, an dem eine Vielzahl hydraulischer Funktionskomponenten, wie Ventile und Speicher verbaut sind. Die hydraulischen Funktionskomponenten sind an dem Hydraulikblock fluiddicht anzuordnen. Die Anordnungen müssen hohe Dichtheitsund Haltekraftanforderungen erfüllen, was derzeit nur mit Hilfe von kraft- und formschlüssigen Verbindungen in Form von Verstemmungen erreicht werden kann. Bei dem derartigen Verstemmen wird mit einem Verstemmstempel ein Teil des Materials des Gehäuses über einen Teil der jeweiligen Funktionskomponente geformt.
Es ist ferner bekannt Funktionskomponenten am Gehäuse eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage mittels Torsional-Ultraschallschweissen anzubringen. Dabei wird insbesondere ein Speicherdeckel eines Druckspeichers am Gehäuse druckfest angebracht, indem der Speicherdeckel mittels einer Sonotrode torsional im Ultraschallfrequenzbereich bewegt und auf diese Weise stoffschlüssig mit dem Gehäusematerial verbunden wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere an einem Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage, zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil mit folgenden Schritten geschaffen: Bereitstellen des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil, wobei im Bereich der herzustellenden Verbindung am zweiten Bauteil ein Überstand vorgesehen ist, Erzeugen eines gepulsten elektromagnetischen Feldes und Verformen des Überstands mittels des gepulsten elektromagnetischen Feldes derart, dass der Überstand zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung über das benachbarte erste Bauteil verformt wird.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass beim herkömmlichen Verstemmen zum Herstellen von formschlüssigen Verbindungen mit einem Verstemmstempel an den beteiligten Bauteilen bzw. Komponenten hohe Umformkräfte benötigt werden, durch die es in Abhängigkeit der Materialfestigkeit der Bauteile zu unerwünschten Deformationen benachbarter Bereiche kommen kann. Es ist aber ein wesentliches Ziel der derzeitigen Entwicklung insbesondere von Hydraulikaggregaten, deren Bauraum zu verkleinern und Gewicht möglichst einzusparen. Dies führt zu einem Zielkonflikt zwischen benötigter Steifigkeit um die zu verstemmenden Bauteile herum und einem möglichst geringen Bauraum und Gewicht der Bauteile.
Bei stoffschlüssigen Torsional-Ultraschallschweißverbindungen ist die Energieübertragung der beteiligten Bauteile und damit deren Ankopplungsverhalten von entscheidender Bedeutung für die Qualität der erzielten Verbindung. Die dabei erforderliche Formgestaltung der Sonotrode kann vergleichsweise aufwendig sein. Da die Sonotrode darüber hinaus ein Verschleißteil darstellt, können hohe Fertigungskosten entstehen. Darüber hinaus können während der Fertigung aufgrund der Torsionsbewegung Späne entstehen.
Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung von Bauteilen, insbesondere an einem Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage, eine elektromagnetische Pulstechnologie (EMPT) verwendet wird. Bei dieser Technologie wird eine Spule über die Verbindungsstelle geführt. Durch die Spule wird kurzzeitig ein Strom sehr hoher Stromstärke geleitet, der von einem Pulsgenerator bereitgestellt wird. Dadurch wird in metallischen Werkstücken kurzzeitig ein Wirbelstrom induziert, der zu sehr hohen elektromagnetischen Kräften führt. Die Kräfte beschleunigen Teile bzw. Abschnitte von beteiligten Bauteilen derart stark, dass sich diese Teile bzw. Abschnitte verformen. Die Teile bzw. Abschnitte können derart stark beschleunigt werden, dass sie bereits nach kurzer Distanz eine Geschwindigkeiten von über 200 m/s (Meter pro Sekunde) erreichen.
Diese Technik wird bei herkömmlichen Verfahren der elektromagnetischen Pulstechnologie dazu verwendet, um die Teile bzw. Abschnitte nach sehr kurzer Distanz gegen ein benachbartes, stationäres Bauteil prallen zu lassen. Bei diesem Aufprall des beschleunigten Teils bzw. Abschnitts auf ein benachbart angeordnetes, stationäres Bauteil werden gemäß herkömmlicher Technologie im Aufschlagbereich die dort ansonsten bestehenden Oxidschichten gelöst und durch die sich zwischen den Bauteilen befindende Luft ausgeblasen. Die so erzeugten reinen Oberflächen sind hoch reaktiv und stehen unter extremem Kontaktdruck. Dies bewirkt herkömmlich die dortige Bildung einer heliumdichten metallischen stoffschlüssigen Bindung durch Elektronenaustausch.
Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird die elektromagnetische Pulstechnologie dazu verwendet, um Teile bzw. Abschnitt von Bauteilen derart zu verformen, dass sie benachbarte Bauteile klemmen und formschlüssig zurückhalten. Dazu wird mittels einer Spule ebenfalls auf eines der beteiligten Bauteile eine sehr hohe elektromagnetische Kraft ausgeübt. Die Kraft ist gemäß der Erfindung derart dosiert, dass sich der Teil bzw. Abschnitt des Bauteils in Richtung zum benachbarten Bauteil verformt und sich über dieses bewegt. Als verformbarer Teil bzw. Abschnitt ist dazu an einem der Bauteile ein Überstand vorgesehen, der mit der EMPT verformt werden kann.
Die derartige Verbindungstechnologie bringt keine Wärme in die Bauteile ein. Daher können insbesondere bei herzustellenden Hydraulikaggregaten auch metallische Werkstoffe mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten verbunden werden. Zudem tritt keine Gefügebeeinflussung durch Wärme auf. So können insbesondere formschlüssige Verbindungen zwischen Aluminiumlegierungen und höchstfesten Stählen ohne negative Einflüsse auf deren Werkstofffestigkeit hergestellt werden. Derartige formschlüssige Verbindung haben im Vergleich zu stoffschlüssigen ferner den Vorteil, dass sie über die Lebensdauer hinweg durch Mikrobewegungen an der Verbindungsstelle einen Abbau von Spannungen zwischen den Baueilen ermöglichen.
Der erfindungsgemäß verwendete Prozess erfolgt berührungslos, d.h. zwischen der Spule und dem zu verformenden Teil bzw. Abschnitt des Bauteils findet kein Kontakt statt. Der Vorteil liegt darin, dass es insbesondere zu keiner Späneentwicklung kommen kann.
Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Bereitstellen des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil das erste Bauteil an dem zweiten Bauteil anliegend bereitgestellt. Die derartige Bereitstellung führt zu einer vordefinierten Lage der beiden Bauteile relativ zueinander und entsprechend einer lagegenauen Ausführung der erfindungsgemäßen Verbindungsstelle.
Das erfindungsgemäß verwendete erste Bauteil ist vorzugsweise ein Speicherdeckel eines Druckspeichers, insbesondere eines Pufferspeichers des Hydraulikaggregats. Der Speicherdeckel kann mit der erfindungsgemäßen Verbindungstechnologie druckfest am zugehörigen Gehäuse angebracht werden. Der Speicherdeckel ist vorzugsweise rund, insbesondere kreisrund gestaltet und wird an seinem gesamten Umfang gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren an dem zugehörigen Gehäuse ortsfest und formschlüssig angebracht. An der derartigen ringförmigen Verbindungsstelle ist besonders bevorzugt in dem Gehäuse ein Absatz an einer Speicheröffnung ausgebildet, in den der Speicherdeckel vor dem eigentlichen Verbinden zunächst eingelegt wird. Mit dem Absatz ist ferner bevorzugt zugleich der erfindungsgemäß vorgesehene Überstand des Gehäuses als zweites Bauteil über den Speicherdeckel als erstes Bauteil gestaltet.
Vorzugsweise wird, wie bereits erwähnt, ferner das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, das Gehäuse eines Hydraulikaggregats mit einem weiteren Bauteil bzw. einer Funktionskomponente formschlüssig zu verbinden. Das Gehäuse wird während der Ausbildung der derartigen Verbindung vorzugsweise stationär angeordnet. Das Gehäuse bildet dann das Auflager zum Anbringen der jeweiligen Funktionskomponente und kann insbesondere sehr vorteilhaft mittels eines Werkstückträgers in die erfindungsgemäß eingesetzte elektromagnetische Pulsanlage eingefahren und auch wieder samt dem daran angebrachten zweiten Bauteil ausgefahren werden.
Besonders bevorzugt ist das Gehäuse aus Aluminium hergestellt, da dieses Material sich hervorragend spanend verarbeiten lässt und ferner als elektrisch leitfähiges Material auch mit der erfindungsgemäßen Verbindungstechnologie sehr gut verarbeitet werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen teilweisen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hydraulikaggregats vor dem Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 den Schnitt gemäß 1 nach dem Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Fig. ist teilweise ein Hydraulikaggregat 10 einer weiter nicht veranschaulichten Fahrzeugbremsanlage dargestellt, das als erstes Bauteil aus einem Speicherdeckel 12 aus Stahl oder Aluminium und als zweites Bauteil aus einem Gehäuse 14 in Form eines Hydraulikblocks aus Aluminium gestaltet ist. Der Speicherdeckel 12 dient zum fluiddichten und druckfesten Verschließen einer im Gehäuse 14 ausgebildeten kreiszylindrischen Speicheröffnung 16.
An der Speicheröffnung 16 ist dabei an dem nach außen gewandten Rand ein ringförmiger Absatz 18 ausgeformt. In diesem Absatz 18 ist der kreisrunde und im Querschnitt leicht hutförmige Speicherdeckel 12 mit seinem radial äußeren Abschnitt 20 auf einer Auflagefläche 22 eingelegt.
Die Auflagefläche 22 ist dabei im Wesentlichen eben und der Abschnitt 20 liegt an ihr im Wesentlichen vollflächig auf.
Radial außen ist neben dem am Gehäuse 14 eingeformten Absatz 18 ein nach oben abstehender, im dargestellten Querschnitt dreieckiger Überstand 24 ausgebildet, der sich vorliegend ebenfalls ringförmig um die gesamte Speicheröffnung 16 erstreckt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann sich der Überstand 24 auch nur über Teile des Umfangs der Speicheröffnung 16 erstrecken. Insbesondere kann der Überstand 24 auch in Form von einzelnen regelmäßig oder unregelmäßig am Rand der Speicheröffnung 16 angeformten Zähnen gestaltet sein.
Der derart ausgebildete Überstand 24 wird mittels elektromagnetischer Pulstechnologie (EMPT) über den Abschnitt 20 des Speicherdeckels 12 verformt. Dadurch wird eine formschlüssige, den Speicherdeckel 12 am Gehäuse 14 druckfest zurückhaltende Verbindung geschaffen.
Dazu wird eine Spule 26 über den Überstand 24 geführt und durch diese ca. 10 µs bis 40 µs, vorzugsweise 25 µs, ein Strom sehr hoher Stromstärke geleitet. Die Spule 26 weist dabei eine zum Überstand 24 gewandte, geknickte bzw. abschnittsweise in einem Winkel von ca. 10° bis 40°, vorzugsweise 25° abgewinkelte Unterseite 28 auf. Der mit der derartigen Spule 26 bereitgestellte Strom induziert in dem metallischen Überstand 24 kurzzeitig einen Wirbelstrom, der zu derart hohen elektromagnetischen Kräften führt, dass sich der Überstand 24 in Richtung zum Abschnitt 20 über den Speicherdeckel 12 verformt. Die dadurch erzielte Verformung des Abschnitts 20 wirkt als ein Haken, der den Speicherdeckel 12 sowohl druckfest als auch fluiddicht am Gehäuse 14 zurückhält.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere an einem Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage, zwischen einem ersten Bauteil (12) und einem zweiten Bauteil (14) mit den Schritten: – Bereitstellen des ersten Bauteils (12) an dem zweiten Bauteil (14), wobei im Bereich der herzustellenden Verbindung am zweiten Bauteil (14) ein Überstand (24) vorgesehen ist, – Erzeugen eines gepulsten elektromagnetischen Feldes und Verformen des Überstands (24) mittels des gepulsten elektromagnetischen Feldes derart, dass der Überstand (24) zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung über das benachbarte erste Bauteil (14) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Bereitstellen des ersten Bauteils (12) an dem zweiten Bauteil (14) das erste Bauteil (12) an dem zweiten Bauteil (14) anliegend bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als erstes Bauteil ein Speicherdeckel (12) eines Hydraulikaggregats (10) einer Fahrzeugbremsanlage bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als zweites Bauteil ein Gehäuse (14) eines Hydraulikaggregats (10) einer Fahrzeugbremsanlage bereitgestellt wird.
Hydraulikaggregat (10) einer Fahrzeugbremsanlage mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem ersten Bauteil (12) und einem zweiten Bauteil (14), bei dem die Verbindung mittels elektromagnetischer Pulstechnologie hergestellt ist.
Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 5, bei dem das erste Bauteil ein Speicherdeckel (12) ist.
Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das zweite Bauteil ein Gehäuse (14) des Hydraulikaggregats (10) ist.
Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 7, bei dem das Gehäuse (14) aus Aluminium hergestellt ist.