DE102013215479A1

DE102013215479A1 - Anordnung, welche aus ungleichen Metallen bestehende Teile aufweist, und Verfahren zum Herstellen der Anordnung

Info

Publication number: DE102013215479A1
Application number: DE102013215479.8A
Authority: DE
Inventors: Sergey Fedorovich Golovashchenko
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN103574190A; US20140044899A1; US9500304B2; CN103574190B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Teilen mit einem elektromagnetischen Verbindungsprozess und eine gemäß dem Prozess hergestellte Anordnung. Dichtungen werden an einem ersten Teil angebracht, und ein zweites Teil wird über das erste Teil und den Dichtungen angebracht. Ein Schmiermittel wird auf das erste Teil zwischen den Dichtungen aufgebracht, um den Bereich innerhalb des Verbindungsstücks vorzubelegen oder teilweise zu füllen, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in das Verbindungsstück eindringt und Korrosion hervorruft. Ein Abschnitt des zweiten Teils wird in Vertiefungen hinein verformt, die im ersten Teil ausgebildet sind, um das erste und das zweite Teil zu verbinden.

Description

Diese Offenbarung betrifft das Verbinden von Teilen aus ungleichen Metallen miteinander mit einem gepulsten elektromagnetischen Schweißprozess.
Es sind elektromagnetische Schweißtechniken für das Verbinden von Teilen miteinander bekannt. Allerdings ist das Verbinden ungleicher Metalle, beispielsweise Stahl und Aluminium, miteinander im Allgemeinen wegen des Risikos einer galvanischen Korrosion zu vermeiden. Galvanische Korrosion kann auftreten, falls aus unterschiedlichen Metallen gebildete Teile durch einen Elektrolyten miteinander in Kontakt geraten.
Ein Weg zum Verhindern der galvanischen Korrosion besteht darin, die beiden Metalle elektrisch voneinander zu isolieren. Sofern die Teile nicht in elektrischem Kontakt stehen, wird keine galvanische Kopplung erzeugt. Ein elektrischer Kontakt kann durch die Verwendung eines Kunststoffeinsatzes oder einer schützenden Kunststoffschicht verhindert werden. Beispielsweise können Stahlwasserrohre durch einen isolierenden Einsatz von Anschlussstücken auf Kupferbasis getrennt werden. Bei einem anderen Beispiel kann eine Schmierebeschichtung angewendet werden, um Aluminiumteile von Stahlteilen zu trennen. Rohrleitungen können durch die Verwendung eines Kunststoffrohrs oder durch die Verwendung eines Rohrs, das aus Metall besteht, welches innen beschichtet oder überzogen ist, isoliert werden. Allerdings sollte das Ausüben erheblicher Belastungen auf den Kunststoffteil oder die Beschichtung vermieden werden, weil diese Materialien gewöhnlich eine geringe mechanische Stärke haben.
Ein anderer Weg zum Vermeiden der galvanischen Korrosion besteht darin, die Metalle trocken oder von ionischen Verbindungen (Salzen, Säuren, Basen), die einen Elektrolyten erzeugen, wenn sie sich in einer wässrigen Lösung befinden, abgeschirmt zu halten. Beispielsweise kann ein Metallteil mit Kunststoff oder Epoxidharz bemalt werden oder in einem Gehäuse daraus aufgenommen werden. Das Beschichten der beiden verschiedenen Metallteile mit einer Schutzfarbe oder das Anbringen eines Einsatzes zwischen den beiden Teilen kann wirksam sein, erhöht jedoch die Kosten des Herstellungsprozesses. Beschichtungen oder Epoxidschichten können während der Lebensdauer des Verbindungsstücks beschädigt werden, was das Einleiten galvanischer Korrosion ermöglicht.
Das elektrische Isolieren durch das Hinzufügen von Kunststoffschichten oder Einsätzen, das Abschirmen von ionischen Verbindungen und das Beschichten mit Schutzfarben sind alle Ansätze, welche den Herstellungsprozess verteuern und diesen um Schritte erweitern. Das Anwenden von Schmiere zwischen den Teilen kann eine Weile funktionieren, über einen längeren Zeitraum kann die Schmiere jedoch von den Teilen abgewaschen werden, und der Schutz vor galvanischer Korrosion kann verloren gehen.
Die vorstehenden Probleme und Nachteile sowie weitere werden durch das nachstehend zusammengefasste offenbarte Verfahren adressiert.
Ein elektromagnetischer Verbindungsprozess wird zum Verbinden eines extrudierten Rohrs über einem Dorn verwendet. Der gepulste elektromagnetische Verbindungsprozess beruht auf der Hochspannungsentladung von Kondensatoren durch eine induktive Spule und dem Induzieren eines elektrischen Stroms in dem Rohling, der in der Nähe der Spule angeordnet ist. Infolge der elektromagnetischen Kräfte wird der Rohling beschleunigt und zu einer Anzahl von Rillen auf dem inneren Dorn geformt. Der Verbindungsprozess stärkt die Verbindung. Der größte Teil der Last wird auf die Crimpstelle ausgeübt, wo Extrusionsmaterial in den Rillen auf dem inneren Dorn gebildet wird.
Eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit wird durch Einbringen elastischer Dichtungselemente zum Dichten des Verbindungsstücks bereitgestellt. Um den Korrosionsschutz sogar noch weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, Öl vor dem Zusammenfügen auf die Oberfläche des Dorns aufzubringen. Das Öl belegt den Bereich innerhalb des Verbindungsstücks, wo die Möglichkeit besteht, dass Feuchtigkeit in das Verbindungsstück eindringt, vor oder füllt diesen zumindest teilweise.
Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung wird ein Verbindungsverfahren offenbart, bei welchem ein erstes Teil ausgewählt wird, das eine Rille, eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme auf entgegengesetzten Seiten der Rille definiert, und ein zweites rohrförmiges Teil ausgewählt wird. Eine erste Dichtung wird an der ersten Aufnahme angebracht, und eine zweite Dichtung wird an der zweiten Aufnahme angebracht. Das zweite Teil wird über der ersten und der zweiten Dichtung und der Rille am ersten Teil angebracht. Das zweite Teil wird dann in die Rille verformt.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung kann das Verbindungsverfahren ferner das Beschichten des ersten Teils zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme mit einem Schmiermittel oder Öl aufweisen.
Die erste Aufnahme kann eine vertiefte Rille sein, die sich um das erste Teil erstreckt. Die zweite Aufnahme kann eine Endrille sein, die sich um ein Ende des ersten Teils erstreckt.
Die erste Dichtung kann eine Anschlagslippe aufweisen, die sich in radialer Richtung vom ersten Teil nach außen erstreckt. Das zweite Teil kann über dem ersten Teil installiert sein, wobei das zweite Teil in die Anschlagslippe eingreift. Die zweite Aufnahme kann eine eine Dichtung aufnehmende mit einer Vertiefung versehene Rippe aufweisen, welche in radialer Richtung innerhalb einer Außenfläche des ersten Teils vertieft ist, und wobei die zweite Dichtung über der die Dichtung aufnehmenden mit einer Vertiefung versehenen Rippe installiert ist.
Ein Raum ist zwischen dem ersten und dem zweiten Teil definiert. Der Raum ist mit der ersten und der zweiten Dichtung an dem in den zweiten Teil an axial beabstandeten Stellen am zweiten Teil eingreifenden ersten Teil gedichtet.
Das Verbindungsverfahren kann ferner das Verformen des zweiten Teils in die Rille hinein durch Pulsen einer elektromagnetischen Entladung durch eine Spule aufweisen.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Offenbarung ist eine Anordnung vorgesehen, welche ein erstes Teil aufweist, das eine Rille, eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme auf entgegengesetzten Seiten der Rille definiert. Eine erste Dichtung ist an der ersten Aufnahme angebracht, und eine zweite Dichtung ist an der zweiten Aufnahme angebracht. Ein zweites rohrförmiges Teil ist am ersten Teil über der ersten und der zweiten Dichtung und der Rille angebracht. Das zweite rohrförmige Teil weist einen verformten Abschnitt auf, der radial in die Rille im ersten Teil hinein verformt ist.
Gemäß anderen die Anordnung betreffenden Aspekten dieser Offenbarung kann die Anordnung ferner ein Schmiermittel am ersten Teil zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung, welches zumindest einen Teil des Raums zwischen dem ersten und dem zweiten Teil und zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung füllt, aufweisen.
Das erste Teil kann eine zweite Rille definieren, die axial von der ersten Rille beabstandet ist und zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme angeordnet ist.
Die erste Aufnahme kann eine eingelassene Rille sein, die sich um den ersten Teil erstreckt. Die zweite Aufnahme kann eine Endrille sein, die sich um ein Ende des ersten Teils erstreckt.
Die erste Dichtung kann eine Anschlagslippe aufweisen, die sich in radialer Richtung vom ersten Teil nach außen erstreckt, wobei der zweite Teil über dem ersten Teil angeordnet ist und das zweite Teil in die Anschlagslippe eingreift. Die zweite Aufnahme kann eine eine Dichtung aufnehmende mit einer Vertiefung versehene Rippe aufweisen, die in radialer Richtung innerhalb einer Außenfläche des ersten Teils vertieft ist, wobei die zweite Dichtung über der eine Dichtung aufnehmenden mit einer Vertiefung versehenen Rippe angeordnet ist. Die erste und die zweite Dichtung am ersten Teil sind orientiert, um an axial beabstandeten Stellen am zweiten Teil ins zweite Teil einzugreifen.
Die vorstehenden Aspekte dieser Offenbarung und andere Aspekte werden mit Bezug auf die Zeichnung in der folgenden detaillierten Beschreibung der erläuterten Ausführungsform beschrieben.
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Anordnung aus zwei Teilen, die durch eine gepulste elektromagnetische Schweißung miteinander verbunden sind,
2 ist eine Teilschnittansicht, welche ein äußeres Ende des in eine Anschlagslippe einer ersten Dichtung eingreifenden zweiten Teils zeigt,
3 ist eine Schnittansicht des äußeren Endes eines ersten Teils und einer zweiten Dichtung, und die
4a–4e sind eine Reihe von Schnittansichten, welche die Schritte des Verfahrens zum Verbinden des ersten und des zweiten Teils miteinander durch gepulstes elektromagnetisches Verbinden zeigen.
Die erläuterten Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnung dargelegt. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele vorgesehen sind, die in verschiedenen alternativen Formen verwirklicht werden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Die spezifischen offenbarten strukturellen und funktionellen Einzelheiten sind nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern als eine repräsentative Grundlage, um Fachleuten zu lehren, wie die offenbarten Konzepte zu verwirklichen sind.
Mit Bezug auf die 1–3 wird eine Anordnung 10 erläutert, welche ein erstes Teil 12, beispielsweise ein Endstück, und ein zweites Teil 14, beispielsweise eine rohrförmige Aluminiumextrusion, aufweist. Das zweite Teil 14 definiert ein offenes Ende 16, in das das erste Teil 12 eingefügt ist.
Eine erste Dichtung 18 ist in eine erste Aufnahme 20 oder eine erste Rille aufgenommen, die in einer Außenfläche 22 des ersten Teils 12 gebildet ist. Die erste Dichtung 18 und die erste Aufnahme 20 sind an einer Zwischenstelle 24 am ersten Teil 12 angeordnet. Die erste Dichtung 18 weist eine Anschlagslippe 26 auf, die sich von der ersten Aufnahme 20 nach außen und außerhalb der Außenfläche 22 des ersten Teils 12 erstreckt.
Eine zweite Dichtung 30 ist in eine zweite Aufnahme 32 aufgenommen. Die zweite Aufnahme 32 ist in die Außenfläche 22 des ersten Teils 12 hinein eingelassen. Eine Rippe 34 kann in der zweiten Aufnahme 32 bereitgestellt sein, um die zweite Dichtung 30 besser innerhalb der zweiten Aufnahme 32 zu halten. Die zweite Aufnahme 32 ist an einem äußeren Ende 36 des ersten Teils 12 ausgebildet.
Das erste Teil 12 definiert zwei Vertiefungen 40, die dafür eingerichtet sind, einen nach innen verformten Abschnitt 42 des zweiten Teils 14 aufzunehmen. Wenngleich zwei Vertiefungen 40 und nach innen verformte Abschnitte 42 in 1 dargestellt sind, ist zu verstehen, dass eine oder mehrere Vertiefungen 40 und nach innen verformte Abschnitte 42 bereitgestellt sein können. Die Vertiefungen 40 sind als konkave Ringe dargestellt, die sich um das erste Teil 12 erstrecken. Das erste Teil 12 und das zweite Teil 14 können kreisförmig, quadratisch, rechteckig sein oder einen unregelmäßigen Querschnitt aufweisen.
Ein Schmiermittel 44 kann zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 und zwischen der ersten Dichtung 18 und der zweiten Dichtung 30 bereitgestellt sein. Das Schmiermittel wird bereitgestellt, um Zwischenräume zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 zu füllen und dadurch zu verhindern, dass Wasser oder andere Fremdsubstanzen in das Verbindungsstück zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 eintreten.
Falls kein Schmiermittel zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 sowie zwischen der ersten Dichtung 18 und der zweiten Dichtung 30 angewendet wird, kann der elektromagnetische Impuls bewirken, dass die beiden Teile in den Vertiefungen 40 zusammengeschweißt werden.
Mit Bezug auf die 4a–e wird der Prozess zum Zusammensetzen des ersten und des zweiten Teils zur Bildung einer Anordnung 10 in einer Sequenz erläutert. In 4a werden ein erstes Teil 12 und ein zweites Teil 14 ausgewählt. Das erste Teil 12 weist eine erste Aufnahme 20 und eine zweite Aufnahme 32 auf, die als Rillen in der Außenfläche 22 des ersten Teils 12 ausgebildet sind. Die zweite Aufnahme 32 ist angrenzend an das äußere Ende 36 des ersten Teils 12 ausgebildet. Zwei konkave Vertiefungen 40 sind zwischen der ersten Aufnahme 20 und der zweiten Aufnahme 32 bereitgestellt. Das zweite Teil 14 ist eine rohrförmige Aluminiumextrusion, welche ein offenes Ende 16 definiert.
In 4b ist eine erste Dichtung 18 dargestellt, welche in die durch das erste Teil 12 definierte erste Aufnahme 20 aufgenommen ist. Eine zweite Dichtung 30 ist in die zweite Aufnahme 32 aufgenommen und an der Rippe 34 angebracht.
In 4c ist das erste Teil 12 dargestellt, wobei die erste Dichtung 18 und die zweite Dichtung 30 am ersten Teil 12 installiert sind. Ein Schmiermittel 44 in der Art einer Zusammensetzung auf Ölbasis, welche korrosionsbeständige Eigenschaften hat, ist zwischen der ersten Dichtung 18 und der zweiten Dichtung 30 auf dem ersten Teil 12 aufgebracht.
In 4d ist dargestellt, dass das zweite Teil 14 über dem ersten Teil 12 angeordnet ist, wobei das zweite Teil in die Anschlagslippe 26 eingreift.
In 4e ist die Anordnung 10 in Zusammenhang mit einer Spule 46 dargestellt, die verwendet wird, um eine elektromagnetische Entladung zu pulsen. Die Spule 46 wird gepulst, um einen Abschnitt des zweiten Teils 14 in die Vertiefungen 40 einzutreiben, um einen einwärts verformten Abschnitt 42 des zweiten Teils 14 zu bilden. Der einwärts verformte Abschnitt 42 des zweiten Teils 14 verriegelt den zweiten Teil 14 am ersten Teil 12, wodurch der Prozess des Bildens der Anordnung 10 abgeschlossen wird.
Wenngleich vorstehend als Beispiel dienende Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Wörter als beschreibend und nicht als einschränkend anzusehen, und es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der beanspruchten Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden.

Claims

Verbindungsverfahren, welches folgende Schritte aufweist: Auswählen eines ersten Teils, das eine Rille, eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme auf entgegengesetzten Seiten der Rille definiert, Auswählen eines zweiten rohrförmigen Teils, Anbringen einer ersten Dichtung an der ersten Aufnahme und einer zweiten Dichtung an der zweiten Aufnahme, Anbringen des zweiten Teils am ersten Teil über der ersten und der zweiten Dichtung und der Rille und Verformen eines Abschnitts des zweiten Teils in die Rille hinein.
Verbindungsverfahren nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: Beschichten des ersten Teils zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme mit einem Schmiermittel.
Verbindungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Aufnahme eine vertiefte Rille ist, welche sich um das erste Teil erstreckt.
Verbindungsverfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Aufnahme eine Endrille ist, die sich um ein Ende des ersten Teils erstreckt.
Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Aufnahme eine Endrille ist, die sich um ein Ende des ersten Teils erstreckt.
Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Dichtung eine Anschlagslippe aufweist, die sich in radialer Richtung vom ersten Teil nach außen erstreckt, und wobei das Verfahren ferner aufweist: Installieren des zweiten Teils über dem ersten Teil, wobei das zweite Teil in die Anschlagslippe eingreift.
Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Aufnahme eine eine Dichtung aufnehmende mit einer Vertiefung versehene Rippe aufweist, wobei die Rippe in radialer Richtung innerhalb einer Außenfläche des ersten Teils vertieft ist, und wobei das Verfahren ferner aufweist: Installieren der zweiten Dichtung über der die Dichtung aufnehmenden Rippe.
Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ferner aufweist: Dichten eines Raums, der zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil definiert ist, wobei die erste und die zweite Dichtung am ersten Teil an axial voneinander beabstandeten Stellen am zweiten Teil in das zweite Teil eingreifen.
Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt des Verformens des zweiten Teils in die Rille hinein ferner aufweist: Pulsen einer elektromagnetischen Entladung einer Spule.
Anordnung, insbesondere hergestellt mit einem Verbindungsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, welche aufweist: ein erstes Teil, das eine Vertiefung, eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme auf entgegengesetzten Seiten der Vertiefung definiert, eine erste Dichtung, die an der ersten Aufnahme angebracht ist, eine zweite Dichtung, die an der zweiten Aufnahme angebracht ist, und ein zweites rohrförmiges Teil, das am ersten Teil über der ersten und der zweiten Dichtung und der Vertiefung angebracht ist, wobei das zweite rohrförmige Teil einen verformten Abschnitt aufweist, der radial nach innen in die Vertiefung im ersten Teil verformt ist.