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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stanzen von Öffnungen in einem rohrförmigen Teil in einem Innenhochdruckumformwerkzeug und zum Einbauen einer Mutter oder eines anderen Gewindebefestigungsmittels innerhalb des rohrförmigen Teils.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Rohrförmige Teile lassen sich in einem Innenhochdruckumformvorgang umformen, der in einem Innenhochdruckumformwerkzeug erfolgt. Ein innenhochdruckumgeformtes Teil kann als ein einzelnes Teil mehrere auf herkömmliche Weise gestanzte Teile ersetzen und somit die Anzahl von Einzelteilen und von Prozessschritten reduzieren, die zur Fertigung einer Anordnung notwendig sind. Zudem können innenhochdruckumgeformte Teile eine höhere Festigkeit bereitstellen und das Gewicht eines Teils reduzieren.
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Ein Nachteil bei innenhochdruckumgeformten Teilen im Stand der Technik liegt darin, dass Befestigungselemente wie beispielsweise Muttern und Schrauben nach Beendigung des Innenhochdruckumformvorgangs und nach Entfernen des rohrförmigen Teils aus dem Innenhochdruckumformwerkzeug eingebaut werden müssen. Dem Innenhochdruckumformen nachgeschaltete Vorgänge verlängern zudem die Taktzeit für das Herstellen einer innenhochdruckumgeformten Anordnung. Dem Innenhochdruckumformen nachgeschaltete Vorgänge erhöhen zudem die Investitionsgüterkosten zum Fertigen einer Anordnung. Höhere Taktzeiten und Investitionsgüterkosten erhöhen die Herstellkosten einer innenhochdruckumgeformten Anordnung.
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Zudem kann das Anbringen von Befestigungselementen an einem innenhochdruckumgeformten Teil problematisch sein, falls die Befestigungselemente unter Erfüllung enger Toleranzen montiert werden müssen. Um eine Mutter an bzw. innerhalb eines rohrförmigen Teils an- bzw. einzubauen, kann es notwendig sein, dass das innenhochdruckumgeformte Teil und die Befestigungselemente mehrfach gehandhabt werden. Der Einbau einer Mutter innerhalb eines rohrförmigen Teils gestaltet sich aufgrund der Schwierigkeit beim Positionieren, Halten und Festlegen der Mutter innerhalb des rohrförmigen Glieds problematisch.
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Die vorliegenden Offenbarung richtet sich auf die Lösung der obigen Probleme und anderer Probleme, wie im Folgenden kurz dargestellt wird.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Fertigen einer innenhochdruckumgeformten Anordnung bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: in einem ersten Schritt wird mit einer Außenstanze eine erste Öffnung in eine erste Wand eines rohrförmigen Teils gestanzt. In einem zweiten Schritt durchsetzt eine Mutter eine Innenfläche der zweiten Wand des rohrförmigen Teils, und es wird eine zweite Öffnung in eine zweite Wand des rohrförmigen Teils gestanzt, wobei auf der Mutter ein Durchsetzmerkmal um eine von der Mutter definierte Schraubenaufnahmeöffnung herum bereitgestellt wird.
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Gemäß anderen Aspekten des Verfahrens wird ein zusätzlicher Schritt des Innenhochdruckumformens des rohrförmigen Teils in einem Innenhochdruckumformwerkzeug ausgeführt, bevor die erste Öffnung in die erste Wand gestanzt wird. Das Verfahren kann ferner das Laden der Mutter in einen Mutterhalter umfassen, der innerhalb der Außenstanze angeordnet ist, bevor die erste Öffnung in die erste Wand gestanzt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung wird ein Werkzeug zum Innenhochdruckumformen eines Teils offenbart. Das Werkzeug umfasst eine Innenhochdruckumformmatrize, die in einem Innenhochdruckumformwerkzeug gehalten ist, und eine Doppelfunktionsstanze, die durch das Werkzeug betätigt wird. Die Doppelfunktionsstanze weist eine Außenstanze und einen Mutterhalter auf, der im Innern der Außenstanze angeordnet ist. An der Matrize ist auf einer Seite des Teils, die von der Doppelfunktionsstanze wegweist, eine ringförmige Ausnehmung bereitgestellt, um das Festlegen der Mutter an einer Innenfläche des Teils zu erleichtern. Die Mutter definiert eine Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungselements und weist ein Durchsetzmerkmal auf, das um die Öffnung zur Aufnahme des Befestigungselements angeordnet ist und eine Öffnung im Teil ausstanzt.
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Gemäß anderen Aspekten dieser Offenbarung, sofern sich diese auf ein Werkzeug zum Innenhochdruckumformen eines Teils bezieht, kann die Außenstanze eine erste Öffnung in einem ersten Abschnitt einer Wand des Teils bilden und das Durchsetzmerkmal an der Mutter bildet eine zweite Öffnung in einem zweiten Abschnitt der Wand des Teils, die zur ersten Öffnung axial ausgerichtet ist. Die Mutter ist durch den Mutterhalter innerhalb der Außenstanze gehalten, während die Außenstanze die erste Öffnung im ersten Abschnitt der Wand bildet. Der Mutterhalter legt die Mutter an der Innenfläche des Teils fest, indem die Mutter die Innenfläche durchsetzt.
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Das Innenhochdruckumformwerkzeug und die Innenhochdruckumformmatrize weisen eine Öffnung auf, durch welche ein durch das Durchsetzmerkmal an der Mutter gebildeter Butzen aus der zweiten Öffnung entfernt wird. Die Innenhochdruckumformmatrize kann auch einen Aussparungsbereich um die Öffnung herum definieren, der aus dem Teil, der beim Durchsetzen der Innenfläche des Teils durch die Mutter verdrängt wird, Material aufnimmt. Material aus dem Teil wird auch um das Durchsetzmerkmal an der Mutter gebildet, um die Mutter am Teil zu halten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung wird eine Stanzanordnung zum Anbringen einer Mutter an einem Teil in einem Innenhochdruckumformwerzeug offenbart. Die Stanzanordnung umfasst eine Außenstanze zum Bilden einer ersten Öffnung im Teil, und einen Mutterhalter, der innerhalb der Außenstanze aufgenommen ist, zum Bilden einer zweiten Öffnung im Teil, während die Mutter am Teil angebracht ist. Die Mutter weist ein Durchsetzmerkmal auf, das einen kleineren Durchmesser als die Außenstanze aufweist. Die Aufnahme zum Halten der Mutter ist innerhalb der Außenstanze koaxial aufgenommen.
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Gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung, sofern sich diese auf die Stanzanordnung bezieht, kann die von der Aufnahme gehaltene Mutter das Teil um die zweite Öffnung herum durchsetzen. Die Außenstanze kann die erste Öffnung in einem ersten Abschnitt des Teils bilden, und die Mutter kann die zweite Öffnung in einem zweiten Abschnitt des Teils bilden. Die Mutter ist am zweiten Abschnitt so festgelegt, dass sie zur zweiten Öffnung ausgerichtet ist. Der Mutterhalter ist innerhalb der Außenstanze beweglich. Die Außenstanze bildet die erste Öffnung im Teil. Die vom Mutterhalter gehaltene Mutter bildet die zweite Öffnung im Teil an einer Stelle, die von der ersten Öffnung beabstandet ist, wobei die erste Stanze um die zweite Öffnung herum am Teil eingreift, während die Mutter das Teil durchsetzt.
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Die oben erläuterten Aspekte dieser Offenbarung sowie weitere Aspekte werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Querschnittsteilansicht eines Innenhochdruckumformwerkzeugs mit einer Innenhochdruckumformmatrize, die ein rohrförmiges Teil vor dem Bilden einer ersten Öffnung mit einer Außenstanze zeigt.
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2 zeigt eine Querschnittsteilansicht der Innenhochdruckumformmatrize, die das rohrförmige Teil nach dem Bilden der ersten Öffnung mit der Außenstanze zeigt.
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3 zeigt eine Querschnittsteilansicht der Innenhochdruckumformmatrize, die das rohrförmige Teil zeigt, wobei die Außenstanze an einer Innenfläche des rohrförmigen Teils eingreift, während ein Mutterhalter, der eine Mutter mit einem Durchsetzmerkmal trägt, eine zweite Öffnung im Teil bildet.
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4 zeigt eine Querschnittsteilansicht der Innenhochdruckumformmatrize, die das rohrförmige Teil zeigt, nachdem eine Mutter an einer Innenfläche des rohrförmigen Teils so angebracht worden ist, dass sie zur zweiten Öffnung ausgerichtet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die dargestellten Ausführungsformen werden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die Erfindung auszuüben ist.
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Bezugnehmend auf 1 wird ein Innenhochdruckumformwerkzeug 10 teilweise gezeigt, das mit einer Innenhochdruckumformmatrize 12 bereitgestellt ist. Ein rohrförmiges Teil 14 wird innerhalb der Innenhochdruckumformmatrize 12 angeordnet gezeigt. Es wird eine Doppelfunktionsstanze gezeigt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist und durch zwei separate und nicht gezeigte Hydraulikzylinder oder andere Stelltriebe betätigt wird, die Bestandteile des Innenhochdruckumformwerkzeugs 10 sind. Wie in 1 gezeigt, wird die Doppelfunktionsstanze 16 vor dem Ausführen eines Stanzvorgangs am rohrförmigen Teil 14 gegenüber der Innenhochdruckumformmatrize 12 zurückgezogen.
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Die Doppelfunktionsstanze 16 weist eine Außenstanze 18 und einen Mutterhalter 20, der innerhalb der Außenstanze 18 konzentrisch aufgenommen ist, auf. Eine Mutter 26, die ein Durchsetzmerkmal 22 aufweist, ist vom Mutterhalter 20 gehalten. Beim Durchsetzmerkmal 22 handelt es sich um einen Bestandteil der Mutter, der eine Schneidkante aufweist, die als Schneidkante zum Stanzen eines Butzen aus dem Teil fungiert, um eine zweite Öffnung zu bilden, wie dies unten noch beschrieben wird. Die Mutter 26 is innerhalb einer becherförmigen Ausnehmung 28 angeordnet, die durch die Außenstanze 18 definiert wird. Bei einer Schulter 30 handelt es sich um einen Bestandteil des Mutterhalters 20, der in die Mutter 26 eingreift. Die Schulter 30 übt auf die Mutter 26 eine Druckkraft aus, um die Mutter 26 durch Prägen oder Durchsetzen an einer Innenfläche des rohrförmigen Teils 14 festzulegen.
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Die Innenhochdruckumformmatrize 12 definiert eine ringförmige Ausnehmung bzw. einen Aussparungsbereich 34. Der Aussparungsbereich 34 nimmt Material auf, das verdrängt wird, wenn die Mutter 26 zum Halten der Mutter 26 an der Innenfläche des rohrförmigen Teils 14 auf das rohrförmige Teil gepresst wird. Die Innenhochdruckumformmatrize 12 definiert ein Butzenentfernungsloch 36.
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Bezugnehmend auf 2 wird die Doppelfunktionsstanze 16 gezeigt, nachdem ein Butzen 38 ausgestanzt worden ist, der sich bildet, wenn die erste Öffnung 40 im rohrförmigen Teil 14 gebildet wird. Der Butzen 38 der ersten Öffnung wird durch die Außenstanze 18 aus dem rohrförmigen Teil 14 gestanzt, wird jedoch durch eine Verbindungsbrücke am rohrförmigen Teil 14 gehalten. Wie durch die Pfeile in 2 gezeigt, bildet die Außenstanze 18 beim Eindringen in das rohrförmige Teil 14 die erste Öffnung 40. Der Mutterhalter 20 bewegt sich zunächst zusammen mit der Außenstanze 18, wie in 2 gezeigt wird. Der Mutterhalter 20 hält die Mutter 26 magnetisch oder mit einer mechanischen Haltevorrichtung (Finger, Arretierungen oder andere Halterelemente) innerhalb der Ausnehmung 28.
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Bezugnehmend auf 3 wird die Doppelfunktionsstanze 16 gezeigt, wobei die Außenstanze 18 an einer Innenfläche des rohrförmigen Teils 14 eingreift. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Mutterhalter 20 gegenüber der Außenstanze 18 in der Richtung, die durch den oberen Pfeil in 3 angegeben wird. Die Schulter 30 wird im Eingriff mit der Mutter 26 gezeigt, um die Mutter in die Innenfläche des rohrförmigen Teils 14 zu treiben. Der Mutterhalter 20 wird gezeigt, nachdem die Mutter 26 den Butzen 42 von der zweiten Öffnung 44 weggeschnitten hat. Der Butzen 42 wird gezeigt, nachdem er durch das Butzenentfernungsloch 36, das durch die Innenhochdruckumformmatrize 12 definiert wird, aus der Innenhochdruckumformmatrize 12 entfernt worden ist.
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Bezugnehmend auf 4 wird die Doppelfunktionsstanze 16 gezeigt, nachdem die Mutter 26 angebracht und die Doppelfunktionsstanze aus dem rohrförmigen Teil 14 zurückgezogen worden ist. Um diese zurückzuziehen, wird die Doppelfunktionsstanze 16 in die vom Pfeil in 4 angedeutete Richtung bewegt. Die Mutter 26 durchsetzt die Innenwand des rohrförmigen Teils 14, wobei ein Abschnitt des rohrförmigen Teils 14 in den Aussparungsbereich 34 hinein verdrängt wird, der durch die Innenhochdruckumformmatrize 12 definiert wird. Der Butzen 38 der ersten Öffnung wird vom rohrförmigen Teil 14 gehalten. Die erste Öffnung 40 stellt einen Zugang für eine Schraube oder ein anderes in der Mutter 26 aufzunehmendes Befestigungselement bereit. Der Mutterhalter 20 zusammen mit der Schulter 30 wird zunächst innerhalb der Außenstanze 18 zurückgezogen, während die Doppelfunktionsstanze 16 vom Teil zurückgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die erste Öffnung 40 und die zweite Öffnung 44 im rohrförmigen Teil 14 gebildet worden, und die Mutter 26 befindet sich durch Durchsetzen oder Prägen im Eingriff mit der Innenfläche des rohrförmigen Teils 14.
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Die Mutter 26, die erste Öffnung 40 und die zweite Öffnung 44 sind zueinander koaxial ausgerichtet. Zu diesem Zeitpunkt im Prozess kann das rohrförmige Teil 14 als innenhochdruckumgeformte Anordnung 48 aus der Innenhochdruckumformmatrize 12 entfernt werden. Nach Beendigung kann der Prozess wiederholt werden, indem ein weiteres rohrförmiges Teil 14 in die Innenhochdruckumformmatrize 12 und eine neue Mutter 26 in die Doppelfunktionsstanze 16 geladen werden.
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Zum Montieren der Mutter am rohrförmigen Teil 14 sind keine dem Innenhochdruckumformen nachgeschaltete Vorgänge notwendig. Da beide Öffnungen 40 und 44 und die Mutter 26 in einem einzigen Takt der Doppelfunktionsstanze 16 gestanzt bzw. montiert werden, können in Bezug auf die relative Positionierung der Löcher und der Mutter enge Toleranzen eingehalten werden.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um konkrete Beispiele, die nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben können. Die Merkmale der dargestellten Ausführungsformen können zur Bildung weiterer Ausführungsformen der offenbarten Konzepte kombiniert werden. Der in der Beschreibung verwendete Wortlaut dient der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Der Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche ist weiter gefasst als die konkret offenbarten Ausführungsformen und weist auch Abänderungen der dargestellten Ausführungsformen auf.
