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Die Erfindung betrifft ein dünnwandiges Bauteil mit Anschlusseinrichtung gemäß Anspruch 1, insbesondere zur Verwendung als Kühlhülse für ein Elektromodul, z.B. einen Traktions-Elektromotor.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Bauteils mit einer Anschlusseinrichtung gemäß Anspruch 13.
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Derartige Anschlüsse, insbesondere in Form von fluidleitenden (hydraulischen) Anschlüssen an dünnen Blechbauteilen, werden nach dem Stand der Technik bevorzugt durch Ausformen von Aushalsungen, beispielsweise mittels des sog. T-Drill-Verfahrens, realisiert. Alternativ sind auch Verschraubungen eine gängige Ausgestaltung.
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Allerdings ist das Aushalsen nicht bei allen Werkstoffen möglich. Verschraubungen sind in der Herstellung und Montage aufwändig und kostenintensiv. Außerdem ist bislang kein Anschluss an (sphärisch) gekrümmte Bauteile möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dünnwandiges Bauteil mit einer Anschlusseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Bauteils mit einer Anschlusseinrichtung anzugeben, das bei einer größeren Anzahl von Werkstoffen einsetzbar ist und sich durch vereinfachte Herstellbarkeit bzw. Montage auszeichnet. Zudem soll ein Anschluss auch an (sphärisch) gekrümmte Bauteile ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den zugehörigen Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes dünnwandiges Bauteil mit Anschlusseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil einen Durchbruch aufweist und dass die Anschlusseinrichtung in Form eines Rohrstücks ausgebildet ist, das sich mit seinem einen Ende durch den Durchbruch hindurch erstreckt und eine über seinen Umfang umlaufende Welle aufweist, welche Welle von außen an dem Bauteil anliegt, während das eine Ende der Anschlusseinrichtung von innen gegen das Bauteil umgeformt ist. Ein Außendurchmesser des Rohrstücks im Bereich der Welle ist also größer als ein lichter Innendurchmesser des Durchbruchs. Durchbruch und Rohrstück/Welle können - ohne Beschränkung - vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Bauteils mit einer Anschlusseinrichtung sieht vor, dass in dem Bauteil ein Durchbruch erzeugt wird und dass die Anschlusseinrichtung in Form eines Rohrstücks mit einer über seinen Umfang umlaufenden Welle versehen wird, vorzugweise mit einer an eine Oberflächenform des Bauteils im Bereich des Durchbruchs angepassten Welle, und mit seinem einen Ende durch den Durchbruch hindurch gesteckt wird, so dass die Welle von außen an dem Bauteil anliegt, vorzugsweise umfänglich durchgängig, wonach das eine Ende der Anschlusseinrichtung von innen gegen das Bauteil umgeformt wird, vorzugsweise mittels eines an eine Oberflächenform des Bauteils im Bereich des Durchbruchs angepassten Werkzeugs.
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Auf diese Weise lässt sich die Anschlusseinrichtung einfach und kostengünstig an dem Bauteil anbringen, und über eine geeignete Formgebung des Rohrstücks im Bereich der Welle ist auch eine Anpassung an (sphärisch) gekrümmt ausgebildete Bauteile möglich.
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Das dünnwandige Bauteil kann eine dünne Wandstärke von maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm, höchst vorzugsweise maximal 0,1 mm aufweisen. Es eignet sich entsprechend für Anwendungen, die möglichst auf eine Gewichtsreduzierung abstellen, z.B. im Automobilbau.
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Das Bauteil kann zumindest im Bereich des Durchbruchs, vorzugsweise überwiegend, höchst vorzugsweise im Wesentlichen vollflächig, eine gekrümmte Oberfläche aufweist. Solche Bauteile eignen sich speziell für alle Arten von Anwendungen mit bestimmten Anforderungen an Druckfestigkeit oder Bauraumreduktion.
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Das Bauteil kann weiterhin eine Oberfläche aufweisen, die in wenigstens einer Raumrichtung gekrümmt ist, die vorzugsweise sphärisch gekrümmt ist und die höchst vorzugsweise im Wesentlichen, bis auf etwaige Wellen und/oder Anschlüsse, in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet ist. Solche Bauteile lassen sich gut als Kühlhülsen für Elektromodule, insbesondere Traktions-Elektromotoren für Automobile, einsetzen.
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Das Bauteil kann aus Metallblech hergestellt sein, vorzugsweise aus Stahl, höchst vorzugsweise Edelstahl, und/oder das Rohrstück kann aus Metall hergestellt sein, vorzugsweise aus Stahl, höchst vorzugsweise Edelstahl. Derartige Materialien sind gut umformbar und widerstandsfähig, insbesondere für Automobilanwendungen.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das Rohrstück fluiddicht mit dem Bauteil verbunden sein Hierdurch vergrößert sich der Einsatzbereich der Erfindung.
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Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann die Welle in axialer Richtung des Rohrstücks über ihren Umfang eine Formgebung aufweisen, die an eine Oberflächenform des Bauteils zumindest im Bereich des Durchbruchs angepasst ist. Dies ermöglicht eine verbesserte Stabilität und Fluiddichtheit.
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Bei einer wieder anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das Rohrstück kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Bauteil verbunden sein, vorzugsweise verlötet. Hierdurch lässt sich die Verbindungssicherheit erhöhen.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann entsprechend vorgesehen sein, dass anschließend - also nach dem Umformen des Rohrstück-Endes - das Rohrstück und das Bauteil stoffschlüssig verbunden werden, vorzugsweise verlötet, wobei höchst vorzugsweise ein Lotmittel, insbesondere Lotring, vor dem Umformen angebracht wird, und zwar an wenigstens einem der Fügepartner.
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Bei einer noch anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann zwischen Welle und Oberfläche eine separate Dichtung vorgesehen ist, vorzugsweise eine Metallsickendichtung oder eine O-Ring-Dichtung. Hierdurch lässt sich die Fluiddichtheit noch erhöhen.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann entsprechend vorgesehen sein, dass in der Welle eine Nut vorgesehen wird, in die eine separate Dichtung eingelegt wird, vorzugsweise eine Metallsickendichtung oder eine O-Ring-Dichtung, höchst vorzugsweise vor dem Fügen von Rohrstück und Bauteil.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das Rohrstück umfänglich zumindest über einen axialen Teilabschnitt von einem weiteren Rohrstück, vorzugsweise aus Metall, umgeben ist, welches weitere Rohrstück einerseits von außen an dem Rohrstück und andererseits von außen an dem Bauteil anliegt. Dies kann die mechanische Stabilität im Verbindungsbereich weiter erhöhen.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann entsprechend vorgesehen sein, dass das Rohrstück vor oder nach dem Durchstecken durch den Durchbruch mit einem weiteren Rohrstück umgeben wird, welches weitere Rohrstück einerseits von außen an das Rohrstück und andererseits von außen an das Bauteil angelegt wird.
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Bei einer äußerst bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das Rohrstück oder das weitere Rohrstück zumindest an seinem von dem Bauteil abgewendeten Ende nach Art eines VDA-Stutzens ausgebildet sein und/oder beabstandet von dem Bauteil wenigstens eine weitere umlaufende Welle oder Sicke aufweisen. Dies ergibt vielfältige Verbindungsmöglichkeiten mit Formschluss und Auszugssicherung.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils kann das Rohrstück und das Bauteil im Bereich des Durchbruchs jeweils eine komplementäre Verdrehsicherung aufweisen. Dies erleichtert die Herstellung insbesondere bei Bauteilen mit gekrümmter Oberfläche, weil hier eine bevorzugte relative Anordnung von Bauteil und Rohrstück bzw. Welle existiert.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung;
- 2 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung;
- 3 zeigt das Bauteil aus 2 im Schnitt;
- 4 zeigt ein wieder anderes erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung;
- 5 zeigt das Bauteil aus 4 im Schnitt;
- 6 zeigt noch ein anderes erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung;
- 7 zeigt das Bauteil aus 6 im Schnitt; und
- 8 zeigt ein alternatives erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil mit Anschlusseinrichtung. Das Bauteil ist als dünnwandiges Metallblech-Bauteil ausgebildet und mit Bezugszeichen 1 versehen. Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Rohrstück, das als Anschlusseinrichtung zum Anschließen einer Schlauchleitung oder dgl. fungiert. Das eine Ende 3 des Rohrstücks ist durch einen Durchbruch 4 in dem Bauteil 1 in dieses eingesteckt und dort zum Erzielen eines Formschlusses nach außen umgebogen. Außen liegt das Rohrstück 2 mit einer umlaufenden Welle 5 außen an der Oberfläche 6 des Bauteils 1 an. Das Rohrstück 2 ist nach Art eines VDA-Stutzens ausgebildet und weist in seiner Wandung 7 wenigstens einen umlaufenden Vorsprung 8 auf. An dem anderen Ende 9 des Rohrstücks 2, welches andere Ende 9 dem einen Ende 3 gegenüberliegt, ist eine Öffnung 10 angeordnet. Über diese Öffnung 10 steht ein Innenraum 11 des Bauteils 1 mit der Umgebung 12 in fluidischer Wirkverbindung. Bezugszeichen 13 bezeichnet eine bei VDA-Stutzen regelmäßig vorhandene Verdrehsicherung.
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Zur Herstellung des Bauteils mit Anschlusseinrichtung wird zuerst an dem Rohrstück 2 die umlaufende Welle 5 ausgebildet. Dann wird das Rohrstück 2 mit dem einen Ende 3 in den zuvor erzeugten Durchbruch 4 eingesteckt, bis die Welle 5 mit ihrer Flanke an der Oberfläche 6 anliegt. Anschließend wird das Ende 3 in der dargestellten Weise umgeformt. Die Verbindung von Rohrstück 2 und Bauteil 1 kann zusätzlich stoffschlüssig verstärkt werden, beispielsweise durch Löten. Vorzugsweise wird dazu ein Lotmittel (z.B. ein Lotring) vor dem Einstecken des Rohrstücks 2 und/oder vor dem Umformen im Kontaktbereich von Rohrstück 2 und Bauteil 1 eingebracht.
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Das Bauteil 1 kann - hier und bei allen anderen Ausführungsformen - mehr als eine Anschlusseinrichtung aufweisen. Vorzugsweise existieren wenigstens zwei, nämlich eine Zu- und eine Ableitung, insbesondere für ein Temperier- bzw. Kühlmedium, zu bzw. aus dem Innenraum 11.
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2 zeigt eine Weiterbildung des Bauteils 1 aus 1, bei dem die Oberfläche 6 des Bauteils 1 gekrümmt ausgebildet ist, vorzugsweise und ohne Beschränkung sphärisch gekrümmt um eine in 2 nicht erkennbare Längsachse, sodass das Bauteil 1 die Form einer Kreiszylinderhülse annimmt. Vorzugsweise ist dabei die Welle 5 mit einem an die Krümmung des Bauteils 1 angepassten, gekrümmten Verlauf ausgebildet. Der Wellenscheitel 5a ändert folglich in Abhängigkeit von einer Position entlang eines Umfangs des Rohrstücks 2 seine axiale Lage. Zum Umformen des Endes 3 werden bevorzugt Werkzeuge eingesetzt, die ebenfalls an die Krümmung des Bauteils 1 angepasst sind. Vorzugsweise besitzen Rohrstück 2 und Bauteil 1 (nicht gezeigte) Verdrehsicherungen, um vor dem Umformen eine passende rotatorische Ausrichtung der beiden Elemente relativ zueinander zu gewährleisten, damit die Verbindung optimal ausgebildet werden kann.
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In 3 ist die Ausgestaltung gemäß 2 in einem Schnitt entlang der Längsachse des Rohrstücks 2 gezeigt. Hier lässt sich nochmals gut erkennen, wie zum Erzeugen der Formschlussverbindung die Welle 5 mit einem (nicht gezeigten) Werkzeug axial gegen den Fügepartner (das Bauteil 1) gepresst und der nach innen überstehende Rohrbord (das Ende 3) mit einem (ebenfalls nicht gezeigten) Gegenwerkzeug umgelegt und verpresst/umgeformt wird bzw. wurde. Die Werkzeuge sind - wie bereits erwähnt - vorzugsweise an die (sphärische) Wölbung des dünnwandigen Bauteils 1 angepasst und geeignet rotatorisch orientiert.
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4 zeigt eine andere Ausgestaltung, bei der das Rohrstück 2 nach Art eines einfachen Glattrohres (mit endständiger Aufweitung) ausgebildet und außen von einem weiteren Rohrstück 14 umgeben ist, welches weitere Rohrstück 14 die in 1 mit den Bezugszeichen 7 bis 10 bezeichneten Elemente ausbildet. Der Vorsprung 8 wird nach unten, d.h. in einer Richtung hin zum Bauteil 1 von einer über einen Teilumfang des weiteren Rohrstücks 14 umlaufenden Ausnehmung 8a begrenzt. An seinem dem Bauteil zugewendeten Ende 15 ist das weitere Rohrstück 14 radial nach außen abgewinkelt und liegt in diesem Bereich außen flächig an der Oberfläche 6 des Bauteils 1 an. Im Bereich der genannten Aufweitung existiert eine innige kraftschlüssige Verbindung von Rohrstück 2 und weiterem Rohrstück 14. Auf diese Weise stabilisiert das weitere Rohrstück 14 die Verbindung von Rohrstück 2 und Bauteil 1.
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5 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse des Rohrstücks 2 und des weiteren Rohrstücks 14 gemäß der Ausgestaltung in 4.
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6 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltung gemäß 4 mit einem Bauteil 1 mit gekrümmter Oberfläche 6, vorzugsweise sphärisch gekrümmt (siehe oben). Die Ausnehmung 8a ist in Form eines Langlochs ausgebildet und weist mittig bei Bezugszeichen 8a' eine zentrale Verbreiterung auf. Die Ausnehmung 8a bildet eine lokale Ausnehmung, in die beim Fügen der Steckverbindung (nach Art eines an sich bekannten VDA-Anschlusses) eine Sicherungsklammer eines (nicht gezeigten) Gegenstücks eingreift, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung zu verhindern. Bei aus einem gießfähigen, aushärtbaren Material gegossenen Varianten des Rohrstücks 14 kann anstelle einer lokalen Ausnehmung 8 eine umlaufende Einrastsicke/Kerbe oder ein Einstich verwendet werden. Bei dem gezeigten Blechumformstutzen (Rohrstück 14) wird der Hinterschnitt für die Sicherungsklammer dagegen als lokale Ausnehmung 8 ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine Verdrehsicherung möglich.
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7 zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse des Rohrstücks 2 und des weiteren Rohrstücks 14 gemäß der Ausgestaltung in 6.
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8 zeigt eine Alternative zu den Ausgestaltungen gemäß der 2, bei der das Rohrstück 2 als einfaches Glattrohr mit endständiger, umlaufender Sicke 2a ausgebildet ist. Die Welle 5 kann als Anschlag, die Sicke 2a als Abzugssicherung für ein auf das Rohrstück 2 aufgestecktes Schlauchleitungselement (nicht gezeigt) oder dgl. dienen.
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Wie der Fachmann sieht, lassen sich die Merkmale der Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 8 problemlos kombinieren. Insbesondere können die Merkmale aus den 4 bis 8 wahlweise mit glatten oder gekrümmten Bauteilen eingesetzt werden.
