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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile miteinander.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 010 911 A1 geht ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile miteinander hervor, bei welchen zwei Rohrabschnitte teilweise ineinandergesteckt werden, sodass ein Überlappungsbereich entsteht. Hiernach wird der Steckverbund in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt, und nach Schließen des Werkzeugs und Erzeugen eines Innenhochdrucks im inneren Rohrabschnitt werden beide Rohrabschnitte gegeneinander und gegen eine Gravurwandung gepresst, sodass sich ein Nullspalt einstellt. Ein solcher Pressverbund erlaubt jedoch keine Verschiebung der Rohrabschnitte relativ zueinander, was bei Heißgas führenden Bauteilen, beispielsweise eines Abgaskrümmers, zu einer bis zur Schädigung der Rohrabschnitte unerwünschten Wärmewechselbelastung führen kann. Zum anderen ist mittels des Innenhochdrucks nur ein Nullspalt einstellbar, was die Variabilität der Steckverbundmöglichkeit erheblich einschränkt. Des Weiteren ist die Verfahrenstechnik auf Grundlage eines Innenhochdruckumformverfahrens sehr aufwändig und gerade aufgrund der Dichtungsproblematik mit Blick auf die Prozesssicherheit fraglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile miteinander geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Ein Steckende eines ersten Bauteils wird in einen Aufnahmeabschnitt eines zweiten Bauteils eingesteckt. Dabei wird zwischen einer Außenfläche des Steckendes und einer Innenfläche des Aufnahmeabschnitts ein Spalt ausgebildet. Das zweite Bauteil wird in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise in Richtung des Steckendes gedrängt. Dabei ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil entlang seines gesamten Umfangs durch mindestens drei Umformelemente in Richtung des Steckendes gedrängt wird. Es kann so in relativ einfacher Weise insbesondere eine Steckverbindung der beiden Bauteile bewirkt werden, wobei problemlos ein definierter Spalt und/oder eine definierte Verschiebbarkeit insbesondere mit bestimmter Verschiebe- oder Klemmkraft, insbesondere unter vollständiger oder nahezu vollständiger Anlage der beiden Bauteile aneinander, erreicht werden kann. Dadurch, dass das zweite, äußere Bauteil gegen das erste, innere Bauteil gedrängt wird, ergibt sich ein einfacher Zugang zu den Bauteilen zum Zwecke der Krafteinleitung, wobei eine hohe Variabilität der Steckverbundmöglichkeit verwirklicht werden kann. Des Weiteren entfällt jegliche Dichtungsproblematik, da kein Innendruck in den Bauteilen aufgebaut werden muss. Das zweite Bauteil muss auch nicht bis zu einer Anlage an dem ersten Bauteil gedrängt werden, sondern es kann vielmehr ein definiertes, endliches Spaltmaß zwischen den Bauteilen bestehen bleiben. Weiterhin ist es nicht zwingend erforderlich, dass beide Bauteile rohrförmig ausgebildet sind, vielmehr ist es insbesondere denkbar, dass das erste, innere Bauteil massiv ausgebildet ist, weil dieses nicht mit einem Innendruck beaufschlagt werden muss. Auch das zweite, äußere Bauteil kann gegebenenfalls – bis auf den Aufnahmeabschnitt – massiv ausgebildet sein.
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Insbesondere wird das zweite Bauteil in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise über die mindestens drei radial von außen wirkenden Umformelemente in Richtung des ersten Bauteils gedrängt. Die Umformelemente werden dabei bevorzugt an das zweite Bauteil in dem Aufnahmeabschnitt angelegt. Es ist dabei möglich, dass die Umformelemente komplementär zu einer äußeren Form des Aufnahmeabschnitts ausgebildet sind, sodass sie vollflächig an diesem anliegen können. Es ist aber auch möglich, dass die Umformelemente eine vorbestimmte Prägeform aufweisen, die dann beim Umformen dem zweiten Bauteil im Bereich des Aufnahmeabschnitts vermittelt wird. Dabei können die Umformelemente verschiedene Prägeformen aufweisen, sodass verschiedene Endformen des zweiten Bauteils in dem Aufnahmeabschnitt verwirklicht werden können.
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Unter einem Steckende wird ein Abschnitt des ersten Bauteils verstanden, welches eingerichtet ist, um in den Aufnahmeabschnitt des zweiten Bauteils eingesteckt zu werden. Entsprechend wird unter einem Aufnahmeabschnitt des zweiten Bauteils ein Abschnitt desselben verstanden, der eingerichtet ist, um das Steckende des ersten Bauteils aufzunehmen. Das Steckende einerseits und der Aufnahmeabschnitt andererseits sind demnach so aufeinander abgestimmt, dass das Steckende in den Aufnahmeabschnitt einführbar ist. Dies bedeutet insbesondere, dass das zweite Bauteil im Bereich des Aufnahmeabschnitts einen Hohlraum oder eine Aussparung aufweist, welche so dimensioniert ist, dass das Steckende in dem Hohlraum oder der Aussparung anordenbar ist.
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Die Außenfläche des Steckendes ist vorzugsweise eine äußere Umfangsfläche desselben. Bevorzugt ist die Innenfläche des Aufnahmeabschnitts eine innere Umfangsfläche desselben.
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Der Spalt, welcher zwischen der Außenfläche des Steckendes und der Innenfläche des Aufnahmeabschnitts ausgebildet ist, weist insbesondere eine endliche Breite auf, die von Null verschieden ist. Es wird also ein endliches Spaltmaß bereitgestellt, wobei die Außenfläche von der Innenfläche um das Spaltmaß beabstandet ist. Bevorzugt weist der Spalt eine bestimmte, erste Breite auf. Diese kann insbesondere durch eine geometrische Vorauslegung der beiden Bauteile definiert sein, die insbesondere von den Einzelteiltoleranzen der beiden Bauteile abhängen kann, die vorzugsweise aus einem Vorprozess zur Herstellung der beiden Bauteile resultieren.
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Dass das zweite Bauteil in Richtung des Steckendes gedrängt wird, bedeutet insbesondere, dass das zweite Bauteil von außen mit einer Kraft beaufschlagt wird, welche es in Richtung des Steckendes, also nach innen drängt. Insbesondere wird dabei das zweite Bauteil zumindest bereichsweise in dem Aufnahmeabschnitt in radialer Richtung nach innen gedrängt. Dabei spricht eine radiale Richtung eine Richtung an, die senkrecht zu einer Richtung verläuft, in welcher das Steckende in den Aufnahmeabschnitt eingesteckt wird. Die Bezeichnung „radial nach innen” bezieht sich dabei auf einen abnehmenden Abstand zu einer gedachten Längsachse des Steckverbunds aus dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil in einem Überlappungsbereich, der durch das Steckende einerseits und den Aufnahmeabschnitt andererseits definiert ist. Die Formulierung „in radialer Richtung nach außen” bezieht sich in entsprechender Weise auf einen zunehmenden Abstand von der gedachten Längsachse. Die gedachte Längsachse ist insbesondere eine Längsmittelachse wenigstens eines der beiden Bauteile in dem Überlappungsbereich.
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Die wenigstens drei Umformelemente sind bevorzugt – entlang einer geschlossenen Umfangslinie des Aufnahmeabschnitts gesehen – symmetrisch verteilt, das heißt in gleichen Winkelabständen zueinander, angeordnet. Auf diese Weise kann das zweite Bauteil sehr gleichmäßig und homogen in radialer Richtung beaufschlagt werden. Insbesondere wird eine vollumfängliche oder allseitige Beaufschlagung des zweiten Bauteils verwirklicht.
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Der Spalt kann insbesondere als – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufender Spalt ausgebildet sein. Eine Umfangsrichtung erstreckt sich dabei entlang einer geschlossenen Linie, das heißt einer Umfangslinie, um die gedachte Längsachse.
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Die beiden Bauteile sind in dem Aufnahmeabschnitt einerseits und dem Steckende andererseits bevorzugt bezüglich ihrer Querschnittsform aufeinander abgestimmt und insbesondere komplementär zueinander ausgebildet, sodass – in Umfangsrichtung gesehen – bevorzugt ein konstantes Spaltmaß erreicht werden kann. Dabei können die Bauteile insbesondere eine runde Querschnittsform, aber auch andere Querschnittsformen, beispielsweise eine polygonale Querschnittsform, eine ovale oder elliptische Querschnittsform, eine polygonale Querschnittsform mit abgerundeten Ecken, oder andere, auch unregelmäßige Querschnittsformen aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Bauteile, ausgewählt aus dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, rohrförmig ausgebildet ist. Es ist insbesondere möglich, dass das zweite Bauteil zumindest in dem Aufnahmeabschnitt, vorzugsweise aber vollständig, rohrförmig ausgebildet ist. Es ist möglich, dass das erste Bauteil – insbesondere im Bereich des Steckendes – massiv ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird allerdings eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welchem sowohl ein rohrförmiges erstes Bauteil als auch ein rohrförmiges zweites Bauteil verwendet werden, wobei die Bauteile bevorzugt insgesamt rohrförmig ausgebildet sind. Somit ist es möglich, durch den Steckverbund der beiden Bauteile ein Medium, beispielsweise ein Heißgas, durchzuleiten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil durch wenigstens vier Umformelemente, vorzugsweise durch genau vier Umformelemente, mit einer radialen Kraft beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann eine besonders homogene, gleichmäßige Beaufschlagung des zweiten Bauteils bewirkt werden.
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Die Umformelemente werden bevorzugt durch einen oder mehrere elektrische Antriebe oder durch ein oder mehrere Schraubspindeln angetrieben. Dabei können insbesondere kraftgesteuerte elektrische Antriebe oder drehmomentgesteuerte Schraubspindeln zum Einsatz kommen. Auch andere Antriebssysteme sind ohne weiteres möglich.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein segmentiertes Umformwerkzeug verwendet wird. Die Umformelemente sind dann bevorzugt als zwei- oder mehrfach segmentierte Teilwerkzeuge des Umformwerkzeugs ausgebildet. Insbesondere können die Umformelemente als Segmentbacken eines Umformwerkzeugs ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Abstandselement in dem Spalt angeordnet wird, bevor oder während das zweite Bauteil in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise in Richtung des Steckendes gedrängt wird. Mithilfe eines solchen Abstandselements ist es möglich, ein definiertes Endmaß für den Spalt zwischen der Außenfläche und der Innenfläche nach dem Verbinden der Bauteile zu einem Steckverbund bereitzustellen. Dabei werden im Verlauf des Verfahrens bevorzugt sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche an das Abstandselement angelegt, sodass dieses die verbleibende Spaltbreite definiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Abstandselement nach dem Drängen des zweiten Bauteils in Richtung des Steckendes entfernt, wobei ein der Breite oder Dicke des Abstandselements entsprechender Restspalt zwischen den Bauteilen ausgebildet wird.
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Eine Abschaltung des Drängens des zweiten Bauteils erfolgt bevorzugt, bevor das erste Bauteil eine plastische Verformung erfährt, woraus eine unerwünschte geometrische Verklammerung der beiden Bauteile resultieren könnte.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Drängens des zweiten Bauteils in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise in Richtung des Steckendes wenigstens eine Kraftgröße und/oder wenigstens eine Weggröße erfasst werden. Unter einer Kraftgröße ist dabei eine verallgemeinerte physikalische Größe zu verstehen, welche einer Kraft oder einer äquivalenten physikalischen Größe entspricht. Insbesondere kann als Kraftgröße eine Kraft oder ein Drehmoment erfasst werden. Entsprechend ist unter einer Weggröße eine verallgemeinerte physikalische Weggröße zu verstehen, welche eine Strecke oder ein äquivalentes physikalisches Maß angibt. Insbesondere kann die Weggröße ein Weg, insbesondere ein zurückgelegter Weg eines Umformelements, oder ein Drehwinkel, insbesondere ein zurückgelegter Drehwinkel einer Schraubspindel, sein. Welche Kraftgröße und welche Weggröße tatsächlich erfasst werden, bestimmt sich bevorzugt durch die Art des Antriebs, der für die Umformelemente oder das Umformwerkzeug verwendet wird. Bei einem kraftgesteuerten elektrischen Antrieb werden vorzugsweise die Kraft und der Weg als Kraft- und Weggröße erfasst. Bei einem Antrieb, der wenigstens eine drehmomentgesteuerte Schraubspindel umfasst, wird dagegen bevorzugt ein Drehmoment als Kraftgröße und ein Drehwinkel als Weggröße erfasst. Insbesondere werden bevorzugt Kraft und Weg der Umformelemente oder Drehmoment und Drehwinkel wenigstens einer Schraubspindel erfasst. Insbesondere ist bevorzugt eine Messvorrichtung vorgesehen, welche eine Kraftgröße und eine Weggröße für die Umformelemente misst.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Gradient der Kraftgröße in Abhängigkeit von der Weggröße ermittelt wird. Besonders bevorzugt wird der Gradient in Echtzeit ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine zweite Ableitung der Kraftgröße nach der Weggröße – insbesondere in Echtzeit – ermittelt. Die Kraftgröße, insbesondere in Zusammenhang mit der Weggröße, der Gradient und/oder die zweite Ableitung kann/können zur Steuerung, insbesondere zur Regelung, und ganz besonders zur Definition von Abbruchkriterien für das Verfahren herangezogen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Drängen des zweiten Bauteils in Richtung des Steckendes gestoppt wird, wenn dieses an dem Steckende anliegt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Drängen des zweiten Bauteils in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise in Richtung des Steckendes beendet wird, wenn wenigstens ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht wird. Durch die Wahl des Abbruchkriteriums kann insbesondere bestimmt werden, ob ein definierter, umlaufender Spalt zwischen den beiden Bauteilen verbleiben soll, der eine endliche Breite aufweist, oder ob eine Fügestelle mit Nullspalt und bevorzugt definierter Verschiebe- und/oder Klemmkraft der Bauteile zueinander erzeugt werden soll. Zur Umsetzung des Abbruchkriteriums kommt bevorzugt ein Regelalgorithmus zum Einsatz, welcher von der Kraftgröße, der Weggröße und/oder dem Gradienten der Kraftgröße in Abhängigkeit von der Weggröße Gebrauch macht. Dieser stoppt vorzugsweise die Umformung, sobald sich das zweite Bauteil mit seinem Aufnahmeabschnitt, insbesondere mit der Innenfläche, an das Steckende, insbesondere an die Außenfläche, angeschmiegt hat. In analoger Weise wird die Umformung des zweiten Bauteils bevorzugt gestoppt, wenn sich die Innenfläche an ein Abstandselement anschmiegt, wobei sich dieses bevorzugt wiederum an die Außenfläche des Steckendes anschmiegt, wenn ein Abstandselement zur Definition eines bestimmten Restspalts zwischen den Bauteilen nach Beenden der Umformung verwendet wird.
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Das wenigstens eine Abbruchkriterium ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer vorbestimmten Breite des Spalts, einem Erreichen eines vorbestimmten Werts der Kraftgröße und/oder der Weggröße, einem Erreichen eines vorbestimmten Wert des Gradienten der Kraftgröße in Abhängigkeit von der Weggröße, einem vorbestimmten Abfalls des Gradienten der Kraftgröße nach Durchlaufen eines Maximums desselben, und einem vorbestimmten Wert einer Ableitung des Gradienten der Kraftgröße nach der Weggröße.
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Die hier genannten Abbruchkriterien können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Es ist möglich, dass zusätzlich oder alternativ weitere Abbruchkriterien verwendet werden.
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Es ist insbesondere möglich, dass als Abbruchkriterium eine vorbestimmte Breite des Spalts verwendet wird, wobei das Drängen des zweiten Bauteils beendet wird, wenn die vorbestimmte Breite des Spalts erreicht ist. Dabei handelt es sich insbesondere um eine zweite Breite des Spalts, die kleiner ist als die erste Breite, sodass der Spalt durch das Drängen des zweiten Bauteils bezüglich seiner Breite verringert wird. Das Drängen des zweiten Bauteils wird insbesondere gestoppt, wenn der Spalt von seiner ersten Breite auf die zweite Breite verringert ist. Ist die erste Breite bekannt, kann dabei in besonders einfacher Weise als Maß die erfasste Weggröße herangezogen werden, wobei sich die zweite Breite dann rein additiv aus der ersten Breite und der zurückgelegten Weggröße ergibt.
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Es ist auch möglich, dass als Abbruchkriterium ein Erreichen eines vorbestimmten Werts der Kraftgröße verwendet wird. Insbesondere bei einem Anliegen der Außenfläche an der Innenfläche oder an einem Abstandselement erfolgt ein Anstieg der Kraftgröße, wobei das Drängen gestoppt werden kann, wenn ein bestimmter Wert der Kraftgröße erreicht oder überschritten ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann als Abbruchkriterium das Erreichen eines vorbestimmten Werts der Weggröße verwendet werden. Hierbei wird insbesondere ein vorbestimmter Drängweg für das zweite Bauteil vorgegeben. Dies kann insbesondere auf das Erreichen einer vorbestimmten Spaltbreite hinauslaufen.
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Es ist auch möglich, dass als Abbruchkriterium ein Erreichen eines vorbestimmten Werts des Gradienten der Kraftgröße verwendet wird. Auch der Gradientenverlauf der Kraftgröße ist charakteristisch für das Verformungsverhalten des zweiten Bauteils und insbesondere dessen Anschlag an dem ersten Bauteil oder einem Abstandselement, sodass der Gradientenverlauf als Maß für den Verfahrensfortschritt und die erreichte Relativverlagerung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil herangezogen werden kann.
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Es ist auch möglich, dass als Abbruchkriterium ein vorbestimmter Abfall des Gradienten der Kraftgröße nach Durchlaufen eines Maximums desselben herangezogen wird. Typischerweise steigt der Gradient der Kraftgröße zu Beginn des Drängens des zweiten Bauteils in Richtung des Steckendes zunächst an, durchläuft dann ein Maximum, und fällt anschließend wieder ab. Dabei kann ein bestimmtes Maß dieses Abfallens als Abbruchkriterium verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das Drängen gestoppt wird, wenn der Gradient – ausgehend von dem Maximum – um 50% gefallen ist.
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Es ist schließlich auch möglich, dass als Abbruchkriterium ein vorbestimmter Wert einer Ableitung des Gradienten der Kraftgröße nach der Weggröße verwendet wird. Dies entspricht einer zweiten Ableitung der Kraftgröße nach der Weggröße, insbesondere also einem Krümmungsmaß des Kraftgrößen-Weggrößen-Verlaufs. Dabei kann insbesondere ein Knickpunkt-Kriterium zur Anwendung kommen, wobei bevorzugt ein plötzlicher Ausschlag der zweiten Ableitung des Kraftgrößen-Weggrößen-Verlaufs als Kriterium für den Abbruch verwendet werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil nach dem Erreichen des vorbestimmten Abbruchkriteriums in dem Aufnahmeabschnitt zumindest bereichsweise in vorbestimmter Weise weiter in Richtung des Steckendes gedrängt wird. Es erfolgt also quasi eine zusätzlich Verformung oder Verlagerung. Dies kann insbesondere vorgesehen sein, wenn das Verfahren zur Erzeugung eines Nullspaltes zwischen den Bauteilen eingesetzt wird, wobei nach dem Prozess eine bestimmte Verschiebekraft bei Relativbewegung der Bauteile zueinander an der Steckverbundstelle eingehalten werden soll. Das Ende des Drängens erfolgt dann insbesondere, nachdem eine gewisse plastische Verformung auch am inneren Bauteil erreicht wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass das Drängen nach Erreichen des vorbestimmten Abbruchkriteriums in definierter Weise und insbesondere für eine vorbestimmte Weggröße und/oder bis zum Erreichen einer zusätzlichen, vorbestimmten Differenzkraft, fortgesetzt wird. Das Fortsetzen kann auch bis zu einem Erreichen eines vorbestimmten, zusätzlichen Differenzgradientenwerts erfolgen.
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Insgesamt gewährleistet der Regelalgorithmus bevorzugt eine Einstellung eines geometrischen Spalts und/oder einer bestimmten Verschiebekraft zwischen den Bauteilen.
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Wenn die Bauteile bereits vor dem Drängen des zweiten Bauteils eng aneinander liegen und der Spalt nahezu Null ist, wird bevorzugt das Erreichen eines definierten Werts des Gradienten der Kraftgröße als Abbruchkriterium verwendet. In diesem Fall ergibt sich nämlich insbesondere bei der Umformung kein Gradientenabfall.
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Es ist stets möglich, als zusätzliches Abbruchkriterium eine maximal zu erreichende Kraftgröße zu definieren.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Bauteile Rohrteile aus der Anlagentechnik, Rohrteile aus der Rohrleitungstechnik, und/oder Rohrteile aus der Abgastechnik, insbesondere für Brennkraftmaschinen, ganz besonders bevorzugt für die Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeugen, verwendet werden. Dabei werden bevorzugt Bauteile verwendet, die eine Relativbewegung zueinander mit definiertem Restspalt, definierter Leckrate und/oder definierter Verschiebekraft aufweisen müssen. Dies kann beispielsweise der Fall sein bei Bauteilen, die in einem Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Auch bei Bauteilverbindungen, welche keine Relativbewegung der Bauteile zueinander erfordern, kann das hier beschriebene Verfahren sinnvoll eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Verbindung zweier Bauteile;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens, und
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3 eine schematische, diagrammatische Darstellung verschiedener im Rahmen des Verfahrens bevorzugt verwendeter Abbruchkriterien.
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1 zeigt eine Darstellung einer Steckverbindung zweier Bauteile, wobei ein erstes Bauteil 1 mit einem Steckende 3 in einen Aufnahmeabschnitt 5 eines zweiten Bauteils 7 eingesteckt ist. Die beiden Bauteile 1, 7 sind dabei in 1a) in einer dreidimensionalen, ungeschnittenen Ansicht, und in 1b) in einer Längsschnittdarstellung dargestellt.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird das erste Bauteil 1 mit seinem Steckende 3 derart in den Aufnahmeabschnitt 5 des zweiten Bauteils 7 eingesteckt, dass zwischen einer Außenfläche 9 des Steckendes 3 und einer Innenfläche 11 des Aufnahmeabschnitts 5 ein Spalt 13 mit endlicher Breite, insbesondere mit einer ersten Breite, ausgebildet wird.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Bauteile 1, 7 rohrförmig ausgebildet. Insbesondere kann es sich hierbei um rohrförmige Elemente einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, insbesondere um rohrförmige Elemente eines Abgaskrümmers der Brennkraftmaschine handeln.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verbinden der beiden Bauteile 1, 7 miteinander. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist insbesondere dargestellt, dass das zweite Bauteil 7 in dem Aufnahmeabschnitt 5 in Richtung des Steckendes 3 gedrängt wird. Insbesondere erfolgt dabei ein Umformen des zweiten Bauteils 7 in dem Aufnahmeabschnitt in radialer Richtung auf das Steckende 3 hin.
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Dabei wird der Aufnahmeabschnitt 5 mittels wenigstens dreier Umformelemente, hier mit vier Umformelementen 15, mit einer radialen Kraft beaufschlagt. Dies ist durch Pfeile P angedeutet. Die Umformelemente 15 können insbesondere als Segmentbacken eines segmentierten Umformwerkzeugs bereitgestellt werden.
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Es wird deutlich, dass hier – im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren – kein Umformen von innen her durchgeführt wird, sondern dass vielmehr das Äußere der beiden Bauteilen, nämlich das zweite Bauteil 7, von außen radial nach innen in Richtung des ersten, inneren Bauteils 1 gedrängt wird.
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Es ist möglich, dass wenigstens ein Abstandselement in dem Spalt 13 angeordnet wird, bevor oder während das zweite Bauteil 7 in Richtung auf das Steckende 3 des ersten Bauteils 1 gedrängt wird. Dabei kann dieses Abstandselement dazu dienen, einen definierten Restspalt mit vorbestimmter Breite, insbesondere mit einer zweiten Breite, einzustellen. Das Abstandselement kann nach dem Umformen des zweiten Bauteils 7 entfernt werden.
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Bevorzugt werden während des Drängens des zweiten Bauteils 7 in Richtung des Steckendes 3 wenigstens eine Kraftgröße, insbesondere eine Kraft oder ein Drehmoment, und wenigstens eine Weggröße, insbesondere ein Weg oder ein Drehwinkel, erfasst. Bevorzugt wird/werden ein Gradient der Kraftgröße in Abhängigkeit von der Weggröße und/oder eine zweite Ableitung der Kraftgröße, vorzugsweise in Echtzeit, ermittelt.
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Das Drängen des zweiten Bauteils 7 wird bevorzugt beendet, wenn wenigstens ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht wird.
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3 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung verschiedener Abbruchkriterien, die im Rahmen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens Anwendung finden können. Dabei ist hier als eine erste, durchgezogene Kurve ein Drehmoment M in Abhängigkeit von einem Drehwinkel φ dargestellt, wobei als zweite, strichpunktierte Kurve ein Gradient dM / dφ des Drehmoments M in Abhängigkeit von dem Drehwinkel φ dargestellt ist. Sowohl der Gradient und das Drehmoment als auch der Drehwinkel sind in beliebigen Einheiten angegeben. Das Drehmoment stellt hier eine Kraftgröße dar, der Drehwinkel eine Weggröße. Entsprechend stellt der Gradient die Ableitung der Kraftgröße nach der Weggröße in Abhängigkeit von der Weggröße dar.
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Das Diagramm von 3 zeigt einen typischen Verlauf des Drehmoments M für das hier vorgeschlagene Verfahren. Dabei erfolgt zunächst in einem mit A bezeichneten Bereich ein vergleichsweise steiler Anstieg des Drehmoments M mit dem Drehwinkel φ, wobei insbesondere in diesem Bereich als Abbruchkriterium das Erreichen eines vorbestimmten Werts für das Drehmoment M verwendet werden kann. An diesen ersten Bereich A schließt sich ein zweiter Bereich B an, in welchem das Drehmoment M mit geringerer Rate in Abhängigkeit von dem Drehwinkel φ zunimmt, wobei insbesondere der Gradient dM / dφ ein Maximum durchläuft. In diesem zweiten Bereich B kann ebenfalls insbesondere ein Erreichen eines vorbestimmten Werts des Drehmoments M als Abbruchkriterium verwendet werden. An den zweiten Bereich B schließt sich ein dritter Bereich C an, in welchem der Gradient dM / dφ des Drehmoments M ausgehend von dem Maximum wieder abfällt. In diesem Bereich kann insbesondere das Erreichen eines vorbestimmten Abfalls des Gradienten dM / dφ nach Durchlaufen des Maximums als Abbruchkriterium verwendet werden.
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In einem vierten, sich an den dritten Bereich C anschließenden Bereich D wird schließlich insbesondere eine Anlage der Innenfläche 11 an der Außenfläche 9 oder an einem Abstandselement erreicht, wobei hier der Drehmomentverlauf M wieder steiler wird und entsprechend auch der Gradient dM / dφ wieder zunimmt. In diesem vierten Bereich D kann als Abbruchkriterium insbesondere das Erreichen eines vorbestimmten Werts des Gradienten dM / dφ verwendet werden. Es ist möglich, dass nach Erreichen eines ersten Abbruchkriteriums eine weitere Verlagerung, insbesondere eine weitere Umformung des zweiten Bauteils 7 erfolgt, wobei hier insbesondere in einem fünften Bereich E, der sich an den vierten Bereich D anschließt, eine zusätzliche Verlagerung um einen zusätzlichen, weiteren Drehwinkel φ bewirkt werden kann.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit dem Verfahren in relativ einfacher Weise ein Steckverbund insbesondere von rohrförmigen Bauteilen geschaffen werden kann, insbesondere eine „Rohr in Rohr-Überlappstelle” mit definiertem, umlaufenden Spalt, wobei dies in einem Arbeitsschritt erfolgen kann. Die aufwendige, separate Erzeugung von genauen Fügebereichen an den Einzelteilen kann so umgangen werden. Ein Vorprozess zur Erstellung der einzelnen Bauteile 1, 7 kann – auch zur Erzeugung eines später sehr kleinen, umlaufenden Spaltes in der Überlappstelle – in grober Bauteiltoleranz mit einfachen, herkömmlichen Fertigungsverfahren durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014010911 A1 [0002]
