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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer Rohr-in-Rohr-Verbindung.
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Rohr-in-Rohr-Verbindungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Bei einer solchen Rohr-in-Rohr-Verbindung ist zumindest ein erster innerer Teilbereich eines ersten Rohrelements in einem zweiten äußeren Teilbereich eines zweiten Rohrelements angeordnet. Die Rohrelemente sind beispielsweise von einem Fluid durchströmbar und über die Rohr-in-Rohr-Verbindung mechanisch und fluidisch miteinander verbunden, sodass das beispielsweise das erste Rohrelement durchströmende Fluid aus dem ersten Rohrelement aus- und in das zweite Rohrelement einströmen kann. Derartige Rohr-in-Rohr-Verbindungen kommen beispielsweise in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz, sodass beispielsweise die Rohrelemente als Abgasrohre ausgebildet sind. Dabei handelt es sich bei dem Fluid beispielsweise um Abgas.
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Des Weiteren offenbart die
DE 198 03 536 A1 ein Presswerkzeug zum Verpressen von Rohrenden, wobei ein Lager und ein Widerlager an dem Presswerkzeug ausgebildet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer Rohr-in-Rohr-Verbindung zu schaffen, sodass die Rohr-in-Rohr-Verbindung besonders präzise hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug zum Herstellen einer Rohr-in-Rohr-Verbindung, bei welcher zumindest ein erster innerer Teilbereich eines ersten Rohrelements in einem zweiten äußeren Teilbereich eines zweiten Rohrelements angeordnet ist, zeichnet sich durch wenigstens zwei Schieber aus, welche jeweilige Umformbereiche aufweisen und entlang jeweiliger Bewegungsrichtungen aus jeweiligen Ausgangsstellungen in jeweilige Umformstellungen, insbesondere translatorisch, aufeinander zubewegbar sind, um dadurch mittels der Umformbereiche den äußeren Teilbereich in Richtung des inneren Teilbereichs umzuformen. Dabei weist wenigstens einer der Schieber zumindest eine Aufnahme auf, in welcher zumindest ein Teil des Umformbereichs des anderen Schiebers in der Umformstellung aufgenommen ist.
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Hierdurch ist es, insbesondere in einem Arbeitsschritt, möglich, die Rohr-in-Rohr-Verbindung, insbesondere einen in Umfangsrichtung des inneren Teilbereichs um diesen umlaufenden und zwischen den Teilbereichen angeordneten Spalt der Rohr-in-Rohr-Verbindung, besonders einfach, definiert und präzise herzustellen, sodass die Rohrelemente besonders vorteilhaft sowohl mechanisch als auch fluidisch miteinander verbunden werden können. Der Erfindung liegt dabei die folgende Erkenntnis zugrunde: Liegen die auch als Backen bezeichneten Schieber, insbesondere deren Bewegungsrichtungen, in einer Ebene, können die Schieber (Backen) – wenn beispielsweise die Aufnahme und der in der Aufnahme anordenbare Teil nicht vorgesehen sind – nicht vollständig aufeinander zu bewegt, das heißt zusammengefahren werden. Damit verbleibt zwischen den Schiebern auch dann noch ein Spalt, wenn die Schieber maximal aufeinander zu bewegt, das heißt maximal zugestellt, werden.
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Dieser Spalt ist erforderlich, damit auch für Rohrelemente an der unteren Toleranzgrenze, wenn die Rohrelemente einen besonders kleinen Durchmesser aufweisen, noch hinreichend Zustellweg der Schieber möglich ist. Jedoch kann dann in den Spalt zwischen den Schiebern Material des äußeren Teilbereichs hineinfließen, wodurch es an einer solchen Stelle, an der Material von dem äußeren Teilbereich in den Spalt zwischen den Schiebern hineinfließt, zu einem unerwünscht großen Abstand zwischen den Teilbereichen und somit zwischen den Rohrelementen kommen kann. Der Abstand zwischen den Teilbereichen kann an solchen Stellen so groß werden, dass es an einer solchen Stelle zu einer Leckage kommt. Somit sind die Rohrelemente an einer solchen Stelle nicht hinreichend dicht miteinander verbunden, sodass beispielsweise an der Stelle der Leckage ein Fluid, insbesondere ein Gas, aus den Rohrelementen entweichen kann. Ferner kann die Stabilität der Verbindung der Rohrelemente beeinträchtigt sein, sodass die Rohrelemente nicht hinreichend fest miteinander verbunden sind.
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Diese Probleme und Nachteile können nun mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs vermieden werden, sodass sich eine besonders vorteilhafte, fluidische und mechanische Verbindung der Rohrelemente realisieren lässt. Insbesondere ist es möglich, einen Spalt zwischen den Teilbereichen und somit zwischen den Rohrelementen besonders gezielt und präzise einzustellen, das heißt zu kalibrieren und in der Folge besonders homogen auszugestalten, sodass beispielsweise der Spalt als Steckspalt eines Schiebesitzes zwischen den Rohrelementen ausgestaltet werden kann. Dadurch kann beispielsweise eine Breite des Spalts gering gehalten werden bei gleichzeitiger Realisierung einer sehr guten Verschiebbarkeit der Rohrelemente relativ zueinander.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen einer Rohr-in-Rohr-Verbindung mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische und perspektivische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Herstellen einer Rohr-in-Rohr-Verbindung, wobei sich Schieber des Werkzeugs in einer jeweiligen Ausgangsstellung befinden;
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2 eine schematische und perspektivische Draufsicht des Werkzeugs, wobei sich die Schieber in ihrer jeweiligen Umformstellung befinden;
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3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Draufsicht des Werkzeugs, wobei sich die Schieber in der Umformstellung befinden;
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs, wobei sich die Schieber in der Umformstellung befinden;
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5 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des Werkzeugs, wobei sich die Schieber in der Umformstellung befinden;
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6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Rohr-in-Rohr-Verbindung; und
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7 eine weitere schematische Draufsicht des Werkzeugs, wobei sich die Schieber in der jeweiligen Umformstellung befinden.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht ein auch besonders gut aus 7 erkennbares und im Ganzen mit 10 bezeichnetes Werkzeug zum Herstellen einer besonders gut in Zusammenschau mit 4 erkennbaren Rohr-in-Rohr-Verbindung 12, bei welcher zumindest ein erster innerer Teilbereich 14 eines ersten Rohrelements 16 in einem zweiten äußeren Teilbereich 18 eines zweiten Rohrelements 20 angeordnet ist. Wie besonders gut aus 6 erkennbar ist, weisen die Rohrelemente 16 und 20 jeweilige, von einem Fluid durchströmbare Kanäle 22 und 24 auf, welche bei der Rohr-in-Rohr-Verbindung 12 fluidisch miteinander verbunden sind. Ferner sind die Rohrelemente 16 und 20 bei der Rohr-in-Rohr-Verbindung 12 mechanisch miteinander verbunden und somit aneinander gehalten. Das Fluid ist beispielsweise ein Gas, das den Kanal 22 durchströmen und aus dem Kanal 22 aus- und in den Kanal 24 einströmen kann beziehungsweise umgekehrt. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Abgas, welches von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, bereitgestellt wird. Somit sind die Rohrelemente 16 und 20 beispielsweise als Abgasrohre ausgebildet.
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Dabei kann wenigstens eines der Rohrelemente 16 und 20 ein Abgaskrümmer sein beziehungsweise die Rohrelemente 16 und 20 können Bestandteile eines solchen Abgasrohres sein. Das Werkzeug 10 umfasst eine Mehrzahl von Schiebern 26a–d, wobei das Werkzeug 10 bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel genau vier Schieber umfasst. Dabei ist es denkbar, dass das Werkzeug 10 eine gegenüber vier größere Anzahl an Schiebern umfasst. Die Schieber 26a–d werden auch als Backen bezeichnet, sodass das Werkzeug 10 als Schieber- beziehungsweise Backenwerkzeug, insbesondere als Mehrschieber- beziehungsweise Mehrbackenwerkzeug ausgebildet ist. Die Schieber 26a–d weisen jeweilige Umformbereiche 28a–d auf und sind entlang jeweiliger Bewegungsrichtungen aus jeweiligen, in 1 gezeigten Ausgangsstellungen in jeweilige, in 2 bis 5 und 7 gezeigte Umformstellungen translatorisch aufeinander zubewegbar, um dadurch mittels der jeweiligen Umformbereiche 28a–d den äußeren Teilbereich 18 in Richtung des inneren Teilbereichs 14 umzuformen. Dadurch werden die Rohrelemente 16 und 20 mechanisch und fluidisch miteinander verbunden.
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Die Schieber 26a und 26c liegen einander gegenüber, sodass ihre in einer gemeinsamen Ebene angeordneten und in 1 durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulichten Bewegungsrichtungen zusammenfallen. Entsprechend dazu liegen auch die Schieber 26b und 26d einander gegenüber, sodass auch ihre, in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Bewegungsrichtungen, die in 1 durch einen Doppelpfeil 32 veranschaulicht sind, zusammenfallen. Dabei sind die genannten Ebenen deckungsgleich beziehungsweise die genannten Ebenen fallen zusammen, sodass die Bewegungsrichtungen der Schieber 26a–d in einer gemeinsamen Ebene liegen. Ferner schließen die Bewegungsrichtungen der Schieber 26a und 26c mit den Bewegungsrichtungen der Schieber 26b und 26d einen Winkel von 90 Grad ein beziehungsweise verlaufen senkrecht zueinander.
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Der jeweilige Umformbereich 28a beziehungsweise 28c des Schiebers 26a beziehungsweise 26c weist eine jeweilige Aufnahme oder Ausnehmung auf, in welcher der äußere Teilbereich 18 in der Umformstellung zumindest teilweise aufgenommen ist. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel umgibt die jeweilige Ausnehmung den äußeren Teilbereich 18 in der Umformstellung und in Umfangsrichtung des äußeren Teilbereichs 18 über 180 Grad. Somit sind die Schieber 26a und 26c als Konturbacken ausgebildet, wobei jeder der Konturbacken in der Umformstellung den äußeren Teilbereich 18 in dessen Umfangsrichtung über 180 Grad umgibt beziehungsweise umschließt. Hierdurch können insbesondere bei solchen Rohr-in-Rohr-Verbindungen, bei denen die Rohrelemente 16 und 20 zumindest in den Teilbereichen 14 und 18 einen eckigen beziehungsweise nicht-runden Querschnitt aufweisen, besonders vorteilhaft miteinander verbunden werden. Die anderen Schieber 26b und 26d sind als Seitenbacken ausgebildet, welche seitlich nur in einem geraden Bereich eines jeweiligen Querschnitts des jeweiligen Teilbereichs 14 beziehungsweise 18 wirken. Somit ist beispielsweise der jeweilige Umformbereich 28b beziehungsweise 28d nicht etwa wie der jeweilige Umformbereich 28a beziehungsweise 28c bogenförmig, insbesondere konvex, sondern zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet. Durch Bewegen der Schieber 26a–d aus den Ausgangsstellungen in die Umformstellungen können die Umformbereiche 28a–d in Stützanlage mit dem äußeren Teilbereich 18 kommen, wodurch dieser nach innen, das heißt in Richtung des inneren Teilbereichs 14, umgeformt wird.
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Aus 6 ist erkennbar, dass beispielsweise im Rahmen der Herstellung der Rohr-in-Rohr-Verbindung 12 ein zwischen den Rohrelementen 16 und 20 angeordneter Spalt 34 hergestellt wird, welcher beispielsweise als Schiebe- beziehungsweise Steckspalt ausgebildet ist, sodass in den Teilbereichen 14 und 18 ein Schiebesitz zwischen den Rohrelementen 16 und 20 hergestellt wird. Der Schiebesitz ist beispielsweise eine Steckverbindung zwischen den Rohrelementen 16 und 20, wobei die Rohr-in-Rohr-Verbindung 12, insbesondere die Steckverbindung beziehungsweise der Schiebesitz, mittels des Werkzeugs 10 besonders präzise hergestellt werden kann. Hierzu weist der jeweilige Umformbereich 28b beziehungsweise 28d jeweils eine besonders gut aus 5 am Beispiel des Schiebers 26d erkennbare Aufnahme 36 zumindest für einen jeweiligen Teil 38 des Umformbereichs 28c und eine Aufnahme 40 zumindest für einen jeweiligen Teil 41 des Umformbereichs 28a auf. Dies bedeutet, dass in der Umformstellung die jeweiligen Teile 38 des Umformbereichs 28c des Schiebers 26c in den jeweiligen Aufnahmen 36 der Umformbereiche 28b und 28c aufgenommen sind, wobei in der Umformstellung die jeweiligen Teile 41 des Umformbereichs 28a des Schiebers 26a in den jeweiligen Aufnahmen 40 der Schieber 26b und 26d aufgenommen sind. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Schieber 26d, insbesondere im Hinblick auf den Umformbereich 28d und die Aufnahmen 36 und 40, können ohne weiteres auch auf den Schieber 26b, dessen Umformbereich 28b und dessen Aufnahmen 36 übertragen werden und umgekehrt.
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Aus 5 ist am Beispiel des Schiebers 26d, insbesondere des Umformbereichs 28d, erkennbar, dass die jeweilige Aufnahme 36 beziehungsweise 40 durch voneinander beabstandete Lamellen 42 des Schiebers 26d jeweils teilweise begrenzt ist. Dabei sind die Lamellen 42 durch jeweilige Wandungsbereiche des Schiebers 26d gebildet. Ferner sind die Aufnahmen 40 und 36 durch eine durch einen entsprechenden Wandungsbereich des Schiebers 26d gebildete Zwischenwandung 44 teilweise begrenzt und dabei voneinander getrennt, wobei die Aufnahmen 36 und 40 entlang der Bewegungsrichtungen der Schieber 26a und 26c mittels der Zwischenwandung 44 begrenzt und dabei voneinander getrennt sind. Die die Lamellen 42 bildenden Wandungsbereiche und/oder der die Zwischenwandung 44 begrenzende Wandungsbereich sind dabei beispielsweise Wandungen beziehungsweise Wandungsbereiche des Umformbereichs 28d.
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Der jeweilige Teil 38 beziehungsweise 41 ist in der Umformstellung entlang einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Schiebers 26a beziehungsweise 26c verlaufenden ersten Richtung auf einer ersten Seite 46 und auf einer der ersten Seite 46 gegenüberliegenden zweiten Seite 48 durch die jeweiligen Lamellen 42 überdeckt. Ferner ist der jeweilige Teil 38 beziehungsweise 41 in der Umformstellung entlang der jeweiligen Bewegungsrichtung des jeweiligen Schiebers 26a beziehungsweise 26c zum jeweils anderen, gegenüberliegenden Schieber 26c beziehungsweise 26a hin durch die jeweilige Zwischenwandung 44 überdeckt. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass der jeweilige Teil 38 beziehungsweise 41 in der Umformstellung entlang einer senkrecht zu der ersten Richtung und senkrecht zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Schiebers 26a beziehungsweise 26c verlaufenden zweiten Richtung auf einer den Teilbereichen 14 und 18 abgewandten Seite durch einen die jeweilige Aufnahme 36 beziehungsweise 40 begrenzenden Wandungsbereich des jeweiligen Schiebers 26d beziehungsweise 26b überdeckt ist.
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Durch die Aufnahmen 36 und 40 beziehungsweise die Lamellen 42 sind somit Überlappungen der Schieber 26a–d gebildet, sodass die Schieber 26a–d in der jeweiligen Umformstellung ineinandergreifen. Dadurch kann ein übermäßiges Fließen von Material des äußeren Teilbereichs 18 in Spalte beziehungsweise Lücken zwischen den Backen vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Dabei liegen die Lamellen 42 in hintereinander angeordneten Querschnitten, sodass ein jeweiliger Verfahrweg, den der jeweilige Backen bewegt werden kann, nicht durch Anstoßen gegen einen anderen Backen begrenzt wird. Durch einen entsprechenden Druck der jeweiligen Überlappung in einer Ebene vor oder hinter dem jeweiligen zu verformenden Querschnitt kann Material nicht so leicht in etwaige Lücken zwischen den Backen hineinfließen.
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Außerdem kann bei eckigen beziehungsweise nicht-runden Querschnitten mit weit umschlingenden Konturbacken durch die Seitenbacken mit Überlappungen seitlich noch Druck auf den Teilbereich 18 ausgeübt werden, und zwar in einem Bereich, auf den die jeweilige umschlingende Konturbacke nur wenig Druck ausüben kann. Dieser Druck entsteht ebenfalls in einer Ebene vor oder hinter dem umzuformenden Querschnitt, wirkt sich aber auch auf den interessierenden Querschnitt aus. Außerdem entsteht zwischen den Abdrücken der als Lamellenbacken ausgebildeten Seitenbacken ein Labyrinth, das das Entwichen von Luft durch den Spalt 34 zwischen den Teilbereichen 14 und 18 gering hält.
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Der jeweilige Backen kann mit einer einzigen Lamelle oder mit mehreren hintereinanderliegenden Lamellen ausgerüstet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Konturschieber entsprechend genau eine oder mehrere Lamellen enthalten. Somit sind beispielsweise auch die Teile 38 und 41 als Lamellen ausgebildet, welche mit den Lamellen 42 die genannten Überlappungen in der Umformstellung bilden. Dieses Prinzip der Lamellen kann bei beliebig geformten Rohrquerschnitten wie rund oder eckig angewendet werden. Anwendungsbereich des Werkzeugs 10 beziehungsweise der Rohr-in-Rohr-Verbindung 12 ist beispielsweise eine Fügestelle in der Anlagentechnik, Rohrleitungstechnik oder Abgastechnik, bei der Bauteile in Relativbewegung zueinander mit definiertem Restspalt beziehungsweise definierter Leckrate oder definierter Verschiebekraft erzeugt werden sollen. Auch bei Verbindungen, die keine Relativbewegung zueinander erfordern, können das Werkzeug 10 und ein mittels des Werkzeugs 10 realisierbares Verfahren zum Herstellen der Rohr-in-Rohr-Verbindung 12 eingesetzt werden.
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Durch das Werkzeug 10 ist es auf die beschriebene Weise möglich, den Spalt 34 zwischen den Rohrelementen 16 und 20 definiert einzustellen beziehungsweise zu kalibrieren, sodass der Spalt 34 besonders genau und homogen ausgebildet werden kann. Insbesondere kann eine Breite des Spalts besonders gering gehalten werden bei gleichzeitig guter Verschiebbarkeit der Rohrelemente 16 und 20 relativ zueinander.
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In 4 sind Bereiche, in denen Material des Teilbereichs 18 fließen kann, mit B bezeichnet. Ferner sind in 5 Bereiche, in denen kein Material des Teilbereichs 18 fließen kann, da ein solches Fließen mittels der Lamellen verhindert ist, mit C bezeichnet. Durch den Einsatz der Lamellen können übermäßige Spalte zwischen den Backen und somit übermäßige Spalte zwischen den Rohrelementen 16 und 20 vermieden werden, sodass die Rohrelemente 16 und 20 besonders vorteilhaft mechanisch und fluidisch, insbesondere dicht, miteinander verbunden werden können. Aus 6 ist besonders gut erkennbar, dass die Rohrelemente 16 und 20 mittels des Werkzeugs 10 insbesondere im Bereich des etwaig herzustellenden Schiebesitzes präzise kalibriert werden können, um dadurch übermäßige Leckagen zu vermeiden und dabei gleichzeitig eine hinreichende Verschiebbarkeit der Rohrelemente 16 und 20 relativ zueinander gewährleisten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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