DE102017209256A1

DE102017209256A1 - Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, Dosiermodul mit Hitzeschild

Info

Publication number: DE102017209256A1
Application number: DE102017209256.4A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Sulzberger; Dimitrios Dordanas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-12-06
Also published as: WO2018219539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (1, 2), insbesondere zwischen einem Dosiermodul und einem Hitzeschild, wobei der Kraftschluss zwischen den Bauteilen (1, 2) durch plastisches Verformen zumindest eines Bauteils (1) erreicht wird, umfassend die Schritte:- Aufeinanderlegen der beiden Bauteile (1, 2), so dass eine Erhebung (3) des ersten Bauteils (1) in eine Ausnehmung (4) des zweiten Bauteils (2) eingreift,- Ansetzen eines Verstemmdorns (5) an eine Stirnfläche (6) der Erhebung (3) des ersten Bauteils (1), wobei der Verstemmdorn (5) von einer Seite des zweiten Bauteils (2) herangeführt wird, die dem ersten Bauteil (1) abgewandt ist, und- Eindrücken des Verstemmdorns (5) in die Stirnfläche (6) der Erhebung (3) des ersten Bauteils (1), wobei Material verdrängt wird, mittels dessen die Erhebung (3) innerhalb der Ausnehmung (4) radial verpresst wird.Ferner betrifft die Erfindung ein Dosiermodul mit einem Hitzeschild, das kraftschlüssig mit dem Dosiermodul verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, wobei es sich insbesondere um ein Dosiermodul und ein Hitzeschild handeln kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Dosiermodul mit einem Hitzeschild, das kraftschlüssig mit dem Dosiermodul verbunden ist.
Stand der Technik
Dosiermodule finden Einsatz in Dosiersystemen, welche dem Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs dienen, um den Stickoxid-Ausstoß des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Das Dosiermodul ist hierzu am Abgasstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet. Um das Dosiermodul vor zu großer Hitze zu schützen, kann außen am Dosiermodul ein Hitzeschild vorgesehen sein. Dieses ist in der Regel mit dem Dosiermodul, insbesondere einer Flanschplatte des Dosiermoduls, verschweißt, um das Handling des Dosiermoduls vor der Endmontage zu vereinfachen. Denn durch die Schweißverbindung wird ein Stoffschluss erreicht, durch den die Robustheit des Dosiermoduls steigt. Auf diese Weise kann ein Transportschutz erreicht werden, der auf eine Zugentlastung zurückzuführen ist. Ferner wird die Endmontage vereinfacht.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Schweißverbindung besitzt ferner den Vorteil, dass der Einsatz mechanischer Verbindungs- oder Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, zur Realisierung eines Transportschutzes entbehrlich ist. Dadurch können Zeit und Kosten eingespart werden, da die mechanischen Verbindungs- oder Befestigungsmittel vor der Endmontage nicht erst wieder entfernt werden müssen. Die Schweißverbindung besitzt jedoch den Nachteil, dass sie aufwendig herzustellen ist und die Gefahr eines Schweißverzugs in sich birgt. Ferner können Schweißspritzer entstehen, die zu einer Verunreinigung der Oberflächen der Bauteile führen. Dies ist besonders relevant, wenn die Oberflächen zugleich Funktionsflächen ausbilden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, insbesondere zwischen einem Dosiermodul und einem Hitzeschild, anzugeben. Das Verfahren soll einfach und sicher durchführbar sein, so dass in der Folge Kosten gesenkt werden. Ferner sollen die eingangs in Zusammenhang mit der Schweißverbindung genannten Vorteile erhalten bleiben.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner wird ein Dosiermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen, das mit einem Hitzeschild verbunden ist, wobei vorzugsweise die Verbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen, wobei es sich insbesondere um ein Dosiermodul und ein Hitzeschild handeln kann. Der Kraftschluss zwischen den Bauteilen wird dabei durch plastisches Verformen zumindest eines Bauteils erreicht. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Aufeinanderlegen der beiden Bauteile, so dass eine Erhebung des ersten Bauteils in eine Ausnehmung des zweiten Bauteils eingreift,
- Ansetzen eines Verstemmdorns an eine Stirnfläche der Erhebung des ersten Bauteils, wobei der Verstemmdorn von einer Seite des zweiten Bauteils herangeführt wird, die dem ersten Bauteil abgewandt ist, und
- Eindrücken des Verstemmdorns in die Stirnfläche der Erhebung des ersten Bauteils, wobei Material verdrängt wird, mittels dessen die Erhebung innerhalb der Ausnehmung radial verpresst wird.

Die nach dem Verfahren hergestellte Verbindung führt demnach zu einem Kraftschluss zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil. Der Kraftschluss ersetzt weitere Verbindungsmittel bzw. Maßnahmen, die der Verbindung der beiden Bauteile dienen, insbesondere kann auf einen Stoffschluss durch Verschweißen verzichtet werden.
Durch Wegfall der aufwendigen Schweißverbindung können die Kosten gesenkt werden. Ferner kann die Prozesssicherheit erhöht werden, da weder die Gefahr eines Schweißverzugs, noch die Gefahr von Schweißspritzern besteht.
Zugleich wird über die vorgeschlagene kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen eine Zugentlastung bewirkt, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen zur Realisierung eines Transportschutzes erforderlich sind. Durch die kraftschlüssige Verbindung wird zudem die Endmontage vereinfacht, da sie als Montagehilfe dient ohne zuvor gesetzte mechanische Verbindungs- bzw. Befestigungsmittel erst wieder entfernen zu müssen.
Bevorzugt wird eine Außenkontur der Erhebung des ersten Bauteils an eine Innenkontur der Ausnehmung des zweiten Bauteils angepasst, so dass die in die Ausnehmung eingreifende Erhebung des ersten Bauteils in radialer Richtung im Wesentlichen spaltfrei am zweiten Bauteil anliegt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Erhebung des ersten Bauteils über ihren Umfang gleichmäßig radial verpresst bzw. radial verstemmt wird.
Weiterhin bevorzugt wird ein Verstemmdorn verwendet, der eine kegelförmige Pressfläche oder keilförmige Pressflächen aufweist. Dadurch kann der Verstemmdorn leichter in das Material der Erhebung des ersten Bauteils eindringen, um die radiale Verpressung bzw. die radiale Verstemmung innerhalb der Ausnehmung des zweiten Bauteils zu bewirken.
Vorteilhafterweise werden die beiden Bauteile ausschließlich kraftschlüssig miteinander verbunden. Das heißt, dass bevorzugt keine weiteren Maßnahmen zur Verbindung der beiden Bauteile ergriffen werden, so dass die Kosten niedrig gehalten werden. Der Kraftschluss gewährleistet zumindest einen ausreichenden Transportschutz.
Insbesondere soll auf den Einsatz mechanischer Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben oder Nieten, zur Verbindung der beiden Bauteile verzichtet werden. Denn sofern es die mechanischen Befestigungsmittel vor einer nachfolgenden Endmontage wieder zu entfernen gilt, erhöht sich die Montagezeit. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Kosten aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch eine Kraft-Weg-überwachte Radialverpressung bzw. Radialverstemmung ein prozesssicheres Fügen der Bauteile in hohen Stückzahlen und kurzen Taktzeiten erreicht werden kann.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem Hitzeschild und einem Dosiermodul für ein Reduktionsmittel eingesetzt. Die kraftschlüssige Verbindung ersetzt eine Schweißverbindung, so dass die Fertigungskosten gesenkt werden. Zugleich steigt die Prozesssicherheit, das die Gefahr eines Schweißverzugs und/oder von Schweißspritzern eliminiert wird.
Analog wird ferner ein Dosiermodul für ein Reduktionsmittel, insbesondere für eine wässrige Harnstofflösung, vorgeschlagen, das ein Hitzeschild aufweist, das mit dem Dosiermodul, vorzugsweise mit einer Flanschplatte des Dosiermoduls, kraftschlüssig verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Transportschutz erreicht, der das Handling des Dosiermoduls bis zur Endmontage vereinfacht. Zugleich dient die kraftschlüssige Verbindung als Montagehilfe.
Bevorzugt ist der Hitzeschild ausschließlich kraftschlüssig mit dem Dosiermodul bzw. mit der Flanschplatte des Dosiermoduls verbunden. Das heißt, dass über den Kraftschluss hinaus weder ein Stoffschluss durch Verschweißung, noch ein Formschluss besteht. Dadurch können die Fertigungskosten weiter gesenkt werden.
Besonders bevorzugt ist die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Hitzeschild und dem Dosiermodul bzw. der Flanschplatte des Dosiermoduls nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden. Das heißt, dass zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung die zu verbindenden Bauteile aufeinandergelegt worden sind, so dass eine Erhebung des ersten Bauteils in eine Ausnehmung des zweiten Bauteils eingreift, ferner ein Verstemmdorn an eine Stirnfläche der Erhebung des ersten Bauteils angesetzt worden ist, wobei der Verstemmdorn von einer Seite des zweiten Bauteils herangeführt wird, die dem ersten Bauteil abgewandt ist, und der Verstemmdorn in die Stirnfläche der Erhebung des ersten Bauteils eingedrückt worden ist, wobei Material verdrängt worden ist, mittels dessen die Erhebung innerhalb der Ausnehmung radial verpresst worden ist.
Bei dem die Erhebung aufweisenden ersten Bauteil kann es sich beispielsweise um das Hitzeschild und bei dem die Ausnehmung aufweisenden zweiten Bauteil kann es sich um die Flanschplatte des Dosiermoduls handeln, bzw. umgekehrt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:

1 einen Ausschnitt eines schematischen Längsschnitts durch zwei zu verbindende Bauteile sowie einen Verstemmungsdorn,
2 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des zweiten Bauteils der 1,
3 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des ersten Bauteils der 1,
4 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung der beiden Bauteile nach deren Verbindung und
5 einen schematischen Längsschnitt durch den Verbindungsbereich der beiden Bauteile.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 sind ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil zu entnehmen, die es zu verbinden gilt. Dabei soll ein Kraftschluss zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 erreicht werden. Hierzu weist das erste Bauteil 1, wobei es sich vorliegend um ein Hitzeschild für ein Dosiermodul handelt, eine Erhebung 3 auf, die in Eingriff mit einer Ausnehmung 4 de zweiten Bauteils 2 bringbar ist. Bei dem zweiten Bauteil 2 handelt es sich vorliegend um eine Flanschplatte eines Dosiermoduls.
Zunächst werden die beiden Bauteile 1, 2 flach aufeinander gelegt, so dass die Ausnehmung 4 in Überdeckung mit der Erhebung 3 zu liegen kommt. Dann werden die beiden Bauteile 1, 2 zusammengedrückt, so dass die Erhebung 3 in die Ausnehmung 4 eingreift und ein flächiger Kontakt der beiden Bauteile 1, 2 hergestellt ist. Da die Erhebung 3 eine Außenkontur 7 aufweist, die einer Innenkontur 8 der Ausnehmung 4 angepasst ist, verbleibt zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 ein geringfügiger Radialspalt.
Anschließend wird ein Verstemmdorn 5 eines nicht näher dargestellten Verstemmwerkzeugs an eine Stirnfläche 6 der Erhebung 3 des ersten Bauteils 1 angesetzt, so dass eine spitz zulaufende Pressfläche 9 mittig in Bezug auf die Stirnfläche 6 zu liegen kommt. Der Verstemmdorn 5 wird dabei über eine Seite des zweiten Bauteils 2 herangeführt, die dem ersten Bauteil 1 abgewandt ist.
Danach wird der Verstemmdorn 5 in die Stirnfläche 6 eingedrückt (siehe Pfeil, der die Kraftrichtung und die Kraft F angibt), wobei die Erhebung 3 plastisch verformt wird. Dabei wird Material nach radial außen verdrängt, so dass eine radiale Verpressung bzw. radiale Verstemmung erzielt wird.
In der vergrößerten Darstellung der 5 ist der Bereich der radialen Verpressung bzw. radialen Verstemmung durch eine gestrichelte Linie hervorgehoben. In diesem Bereich wird ein Kraftschluss zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 erreicht, der einen stabilen Verbund gewährleistet.
Das zweite Bauteil 2, das die Ausnehmung 4 aufweist, ist in der 2 vergrößert dargestellt. Die Ausnehmung 4 weist vorliegend eine kreisrunde Innenkontur 8 auf. Die Ausnehmung 4 kann bei der Herstellung des zweiten Bauteils 2 oder nachträglich, beispielsweise durch eine Bohrung, hergestellt worden sein.
Der 3 ist das erste Bauteil 1 in einer vergrößerten Darstellung zu entnehmen. Die Erhebung 3 des ersten Bauteils 1 ist an die Ausnehmung 4 angepasst, so dass die Erhebung 3 eine kreisrunde Außenkontur 7 aufweist.
Die kraftschlüssig verbundenen Bauteile 1, 2 sind in der 4 dargestellt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen mindestens zwei Bauteilen (1, 2), insbesondere zwischen einem Dosiermodul und einem Hitzeschild, wobei der Kraftschluss zwischen den Bauteilen (1, 2) durch plastisches Verformen zumindest eines Bauteils (1) erreicht wird, umfassend die Schritte: - Aufeinanderlegen der beiden Bauteile (1, 2), so dass eine Erhebung (3) des ersten Bauteils (1) in eine Ausnehmung (4) des zweiten Bauteils (2) eingreift, - Ansetzen eines Verstemmdorns (5) an eine Stirnfläche (6) der Erhebung (3) des ersten Bauteils (1), wobei der Verstemmdorn (5) von einer Seite des zweiten Bauteils (2) herangeführt wird, die dem ersten Bauteil (1) abgewandt ist, und - Eindrücken des Verstemmdorns (5) in die Stirnfläche (6) der Erhebung (3) des ersten Bauteils (1), wobei Material verdrängt wird, mittels dessen die Erhebung (3) innerhalb der Ausnehmung (4) radial verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur (7) der Erhebung (3) des ersten Bauteils (1) an eine Innenkontur (8) der Ausnehmung (4) des zweiten Bauteils (2) angepasst wird, so dass die in die Ausnehmung (4) eingreifende Erhebung (3) des ersten Bauteils (1) in radialer Richtung im Wesentlichen spaltfrei am zweiten Bauteil (2) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstemmdorn (5) verwendet wird, der eine kegelförmige Pressfläche (9) oder keilförmige Pressflächen (9) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) ausschließlich kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Einsatz mechanischer Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben oder Nieten, zur Verbindung der beiden Bauteile (1, 2) verzichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen einem Hitzeschild und einem Dosiermodul für ein Reduktionsmittel eingesetzt wird.
Dosiermodul für ein Reduktionsmittel, insbesondere für eine wässrige Harnstofflösung, mit einem Hitzeschild, das kraftschlüssig mit dem Dosiermodul, vorzugsweise mit einer Flanschplatte des Dosiermoduls, verbunden ist.
Dosiermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild ausschließlich kraftschlüssig mit dem Dosiermodul, vorzugsweise mit der Flanschplatte des Dosiermoduls, verbunden ist.
Dosiermodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Hitzeschild und dem Dosiermodul, insbesondere mit der Flanschplatte des Dosiermoduls, nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt worden ist.