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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils, insbesondere eines Verschlusses an einem Hydraulikblock eines Hydraulikaggregats einer hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung einen erfindungsgemäß hergestellten Hydraulikblock mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 3 und 9.
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Stand der Technik
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Hydraulische, schlupfgeregelte Fahrzeugbremsanlagen weisen Magnetventile und andere hydraulische Bauelemente zu einer Radbremsdruckregelung zu Schlupfregelungen wie Blockierschutz-, Antriebsschlupf- und/oder Fahrdynamikregelungen beziehungsweise elektronische Stabilitätsprogramme auf, für die die Abkürzungen ABS, ASR und/oder FDR beziehungsweise ESP üblich sind.
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Hydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlagen weisen eine Hydropumpe, oft in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit auf, deren Kolben zur Bremsdruckerzeugung mit Fremdkraft mittels eines Elektromotors über einen Gewindetrieb in dem Zylinder verschiebbar ist. Meist weisen hydraulische Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlagen auch eine Schlupfregelung auf.
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Es ist bekannt, die hydraulischen Bauelemente einer Radbremsdruckregelung und ggf. die Hydropumpe beziehungsweise die Kolben-Zylinder-Einheit des Fremdkraft-Bremsdruckerzeugers in und an einem Hydraulikblock unterzubringen. Der Hydraulikblock ist typischerweise quaderförmig und mit Bohrungen versehen, die die hydraulischen Bauelemente entsprechend einem hydraulischen Schaltplan der Fahrzeugbremsanlage verbinden. Die Bohrungen werden auch als „Verbohrung“ des Hydraulikblocks bezeichnet. Mit den an und in ihm angebrachten, hydraulischen Bauelementen wird der Hydraulikblock auch als Hydraulikaggregat der Fahrzeugbremsanlage bezeichnet.
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Einen Hydraulikblock beziehungsweise ein Hydraulikaggregat für eine eine Schlupfregelung aufweisenden, hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2016 202 113 A1 .
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Bekannt ist, Magnetventile in sogenannter „self-clinch“-Technik am Hydraulikblock zu befestigen. Dazu werden die Magnetventile in Senkungen als Aufnahmen für die Magnetventile in dem Hydraulikblock eingepresst, wobei Ventilkörper oder Ventilgehäuse so geformt sind, dass sie die Magnetventile umgebenden Werkstoff des Hydraulikblocks plastisch so umformen, dass er die Magnetventile mechanisch am beziehungsweise im Hydraulikblock hält und druckfest abdichtet. Es bilden die Ventilkörper oder Ventilgehäuse sozusagen Verstemmwerkzeuge zu einem Selbstverstemmen der Magnetventile beim Einpressen in die Aufnahmen des Hydraulikblocks. Auch andere umlaufende Verstemmungen der Magnetventile sind möglich. Ein Verstemmen ist nur bis zu einem begrenzten Durchmesser möglich, weil bei größeren Durchmessern zum einen eine Verstemmkraft zu hoch und eine Abdichtung gegen beim Bremsen auftretende Bremsdrücke nicht zuverlässig gewährleistet ist.
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Des weiteren ist es bekannt, beispielsweise einen zylinderrohrförmigen Deckel eines Pedalwegsimulators einer hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage, der ein geschlossenes Ende und einen Radialflansch an einem offenen Ende aufweist, mit einem Gewindering nach Art einer Überwurfmutter an einem Hydraulikblock der Fahrzeugbremsanlage zu befestigen. Der Gewindering übergreift den Radialflansch des Deckels und ist beziehungsweise wird in ein Innengewinde in einer Mündung einer durchmessergestuften Zylinderbohrung des Pedalwegsimulators im Hydraulikblock eingeschraubt. Der Radialflansch des Deckels liegt an einer Ringstufe in der Mündung der Zylinderbohrung an und muss dort mit einem O-Ring oder einer anderen Dichtung abgedichtet werden. Der Deckel kann allgemein auch als Verschluss eines Zylinders beziehungsweise einer Zylinderbohrung des Pedalwegsimulators im Hydraulikblock aufgefasst werden.
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Eine weitere bekannte Befestigungsmöglichkeit ist ein radial federnde Federring, der in eine umlaufende Nut in der Mündung eines Sacklochs, beispielsweise der Zylinderbohrung des Pedalwegsimulators im Hydraulikblock angeordnet wird. Der Federring steht radial nach innen aus der Nut vor und hält ein Bauteil, beispielsweise den Deckel des Pedalwegsimulators am Hydraulikblock. Auch hier ist eine Abdichtung mit einem Dichtring notwendig.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung sieht eine Befestigung allgemein eines Bauteils und insbesondere eines Verschlusses an einem Hydraulikblock eines Hydraulikaggregats einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage durch Rührreibschweißen oder Rührreibpunktschweißen vor. Die Fahrzeugbremsanlage weist insbesondere eine Schlupfregelung und/oder einen Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger auf, die an beziehungsweise in dem Hydraulikblock untergebracht sind.
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Rührreibschweißen wird vielfach auch als Reibrührschweißen bezeichnet, die englische Bezeichnung ist „friction stir welding“ (FSW). Beim Rührreibschweißen wird ein verschleißfestes, rotierend angetriebenes Werkzeug in einen Spalt zwischen zwei zu verbindenden Werkstücken oder in ein Werkstück gepresst, bis eine Werkzeugschulter auf den Werkstücken oder auf einem der beiden Werkstücke aufliegt. Durch Reibenergie werden die Werkstücke bis kurz unter einen Schmelzpunkt erwärmt, die Werkstücke werden also nicht aufgeschmolzen. Durch die Rotation wird plastifizierter Werkstoff transportiert, vermischt und bildet eine Schweißnaht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht vor, dass das Bauteil durch Rührreibschweißen oder Rührreibpunktschweißen mit dem Hydraulikblock verbunden wird. Rührreibpunktschweißen bedeutet, dass einzelne Schweißpunkte durch Rührreibschweißen erstellt werden. Die Schweißpunkte sind insbesondere um das zu befestigende Bauteil herum verteilt. Sofern das Bauteil abgedichtet werden muss, also beispielsweise bei einem Verschluss, wird erfindungsgemäß durch Rührreibschweißen eine umlaufende, das Bauteil umschließende, ununterbrochene Schweißnaht hergestellt, die das Bauteil druckdicht mit dem Hydraulikblock verbindet.
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Die abhängigen Ansprüche und der Anspruch 9 haben Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Die Sachansprüche 3 bis 8 sind auf einen Hydraulikblock einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage gerichtet, an dem ein Verschluss durch Rührreibschweißen befestigt ist.
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Der Anspruch 9 ist auf einen Hydraulikblock einer hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage gerichtet, an dem eine Getriebe und/oder ein Elektromotor durch Rührreibschweißen oder Rührreibpunktschweißen befestigt ist.
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Sämtliche in der Beschreibung und der Zeichnung offenbarten Merkmale können einzeln für sich oder in grundsätzlich beliebiger Kombination bei Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle, sondern nur ein oder mehrere Merkmale eines Anspruchs oder einer Ausführungsform der Erfindung aufweisen, sind grundsätzlich möglich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rührreibschweißverfahrens;
- 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rührreibschweißverfahrens aus 1;
- 3 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Hydraulikblocks eines Hydraulikaggregats einer hydraulischen, schlupfgeregelten Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage axial durch eine Fremdkraftzylinderbohrung; und
- 4 einen Ausbruch des Hydraulikblocks aus 3 an einem Ende einer Hauptbremszylinderbohrung.
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Die Zeichnungen sind vereinfachte und schematisierte Darstellungen zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 und 2 ist ein Rührreibschweißverfahren zu einer erfindungsgemä-ßen, druckdichten und druckfesten Befestigung eines Bauteils 1 an einem Hydraulikblock 2 eines Hydraulikaggregats einer eine Schlupfregelung aufweisenden hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage dargestellt. In 1 und 2 ist das Bauteil 1 ein kreisscheibenförmiger Deckel, der hier als Verschluss 3 bezeichnet wird. Er verschließt einen Hohlraum 4 in dem Hydraulikblock 2, der bei einer Bremsbetätigung mit einem hydraulischen Bremsdruck p beaufschlagt wird. Der Hydraulikblock 2 ist in 1 und 2 vereinfacht als Quader gezeichnet.
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Zum Rührreibschweißen wird ein im Ausführungsbeispiel stiftförmiges, verschleißfestes Werkzeug 5 verwendet, das an einem Ende mit einer Ringschulter 6 in einen koaxialen Stift 7 übergeht. Im Ausführungsbeispiel ist der Stift 7 kegelförmig beziehungsweise kegelstumpfförmig.
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Zum Rührreibschweißen wird das Werkzeug 5 um seine Achse rotierend angetrieben und der Stift 7 an einem Rand des Verschlusses 3 in den Hydraulikblock 2 gedrückt, bis die Ringschulter 6 des Werkzeugs 5 am Rand auf dem Verschluss 3 aufliegt, wie es 2 links zeigt. Anschließend umrundet das Werkzeug 5 den Verschluss 3, wobei es unverändert rotierend angetrieben wird, der Stift 7 in den Hydraulikblock 2 eingetaucht bleibt und sich am Rand des Verschlusses 3 entlang bewegt und die Ringschulter 6 auf dem Verschluss 3 aufliegt und eventuell gegen den Verschluss 3 gedrückt wird. Durch Reibung zwischen dem Werkzeug 5 beziehungsweise seinem Stift 7 und dem Hydraulikblock 2 und ggf. zusätzlich durch Reibung der Ringschulter 6 des Werkzeugs 5 am Verschluss 3 wird der Hydraulikblock 2 bis kurz unter seinen Schmelzpunkt erwärmt. Durch die Reibungswärme, die Rotation des Werkzeugs 5 und die Bewegung des Werkzeugs 5 um den Verschluss 3 herum wird ein Werkstoff des Hydraulikblocks 2 plastifiziert und in Richtung des Randes des Verschlusses 3 gefördert. Es entsteht eine den Verschluss 3 umschließende Schweißnaht 8, die den Verschluss 3 stoffschlüssig mit dem Hydraulikblock 2 verbindet. Die Schweißnaht 8 bildet einen geschlossenen Ring, der den Verschluss 3 am Hydraulikblock 2 abdichtet. Die Abdichtung ist druckfest gegen den im Hohlraum 4 auftretenden Bremsdruck p und die Schweißnaht 8 ist mechanisch so fest, dass sie den Verschluss 3 gegen den Bremsdruck p im Hohlraum 4 des Hydraulikblocks 2 an dem Hydraulikblock 2 hält. Nachdem das Werkzeug 5 den Verschluss 3 umrundet hat, wird das Werkzeug 5 beziehungsweise sein Stift 7 aus dem Hydraulikblock 2 herausgezogen, die Rührreibschweißung ist beendet.
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Der in 3 dargestellte, erfindungsgemäße Hydraulikblock 2 ist für eine Schlupfregelung und eine Fremdkraftbetätigung einer im Übrigen nicht dargestellten, hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Der Hydraulikblock 2 ist ein quaderförmiger Metallblock aus Leichtmetall, nämlich aus einer Alumiumlegierung, der insbesondere stranggepresst ist.
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Der Hydraulikblock
2 weist eine in der Zeichnung nicht gezeichnete Verbohrung entsprechend eines hydraulischen Schaltplans der Fahrzeugbremsanlage auf. Einen solchen hydraulischen Schaltplan zeigt
1d der eingangs genannten Offenlegungsschrift
DE 10 2016 202 113 A1 . Der Hydraulikblock
2 wird mit hydraulischen Bauelementen für die Fremdkraftbetätigung und der Schlupfregelung wie Magnetventilen (nicht gezeichnet), einem Hauptbremszylinder mit einem oder mehreren Kolben, einem Fremdkraftzylinder mit einem Fremdkraftkolben und einem Pedalwegsimulator bestückt, die durch die Verbohrung hydraulisch entsprechend dem hydraulischen Schaltplan der Fahrzeugbremsanlage hydraulisch verbunden sind, was auch als Verschaltung der Bauelemente bezeichnet werden kann. Weil ein Hauptbremszylinder in den Hydraulikblock
2 integriert ist, müssen über Bremsleitungen nur hydraulische Radbremsen an den Hydraulikblock
2 angeschlossen werden. Solche Hydraulikblöcke
2 sind unter anderem aus der genannten Offenlegungsschrift bekannt und werden hier nicht weiter erläutert.
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Der Hydraulikblock 2 weist eine Hauptbremszylinderbohrung 9 auf, die den Hydraulikblock 2 parallel zu zwei einander gegenüberliegenden großen Seiten von einer zu einer gegenüberliegenden Schmalseite durchsetzt. Des Weiteren weist der Hydraulikblock 2 eine Fremdkraftzylinderbohrung 10 und eine Simulatorzylinderbohrung 11 auf. Die Fremdkraftzylinderbohrung 10 geht von der einen zu der gegenüberliegenden großen Seite durch den Hydraulikblock 2 durch und ist auf einer Seite mit einer hohlzylindrischen, napfförmigen, von der gegenüberliegenden großen Seite des Hydraulikblocks 2 abstehenden, koaxialen Verlängerung 12 verschlossen.
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In der Hauptbremszylinderbohrung 9 sind zwei nicht dargestellte Hauptbremszylinderkolben, nämlich ein Primär- oder Stangenkolben und ein Sekundär- oder Schwimmkolben axial verschieblich aufnehmbar, wie es von Hauptbremszylindern bekannt ist.
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In der Fremdkraftzylinderbohrung 10 ist ein Fremdkraftkolben 13 axial verschieblich angeordnet, der im Ausführungsbeispiel als zylinderrohrförmiger Hohlkolben ausgeführt ist, der an einem der Verlängerung 12 zugewandten Ende einen Kolbenboden 14 aufweist.
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Die Simulatorzylinderbohrung 11 ist ein Sackloch in einer Schmalseite des Hydraulikblocks 2 senkrecht zu der Hauptbremszylinderbohrung 9 und zu der Fremdkraftzylinderbohrung 10. In ihr ist ein Simulatorkolben 15 axial verschieblich angeordnet, der von einem Tellerfederpaket als Simulatorfeder 16 in Richtung eines Grundes der Simulatorzylinderbohrung 11 beaufschlagt wird. Das Tellerfederpaket ist in einem hohlzylindrischen, napfförmigen Zylinderdeckel 17 aufgenommen, der einen Verschluss 3 bildet, der die Simulatorzylinderbohrung 11 druckdicht verschließt.
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Der den Verschluss 3 bildende Zylinderdeckel 17 ist mit einer ihn an der Schmalseite des Hydraulikblocks 2 ohne Unterbrechung umschließenden, durch Rührreibschweißen wie zu 1 und 2 beschrieben hergestellten Schweißnaht 8 am Hydraulikblock 2 befestigt. Die Schweißnaht 8 dichtet den Zylinderdeckel 17 am Hydraulikblock 2 ab und hält ihn gegen einen in der Simulatorzylinderbohrung 11 herrschenden hydraulischen Druck und/oder gegen eine Kraft, mit der sich das die Simulatorfeder 16 bildende Tellerfederpaket im Zylinderdeckel 17 abstützt, am Hydraulikblock 2. Die Simulatorzylinderbohrung 11 kann als mit dem Bremsdruck p beaufschlagbarer Hohlraum 4 im Hydraulikblock 2 aufgefasst werden.
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Das die Simulatorfeder 16 bildende Tellerfederpaket beaufschlagt den Simulatorkolben 15 über einen Stößel 18, der einen kreisscheibenförmigen Fuß 19 aufweist, der an dem Tellerfederpaket anliegt. Eine Lochscheibe 20 an einer Mündung des Zylinderdeckels 17 hält den Stößel 18 an seinem Fuß 19 und über den Fuß 19 das die Simulatorfeder 16 bildende Tellerfederpaket in dem Zylinderdeckel.
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Bei einer Betätigung des Hauptbremszylinders wird Bremsflüssigkeit aus der Hauptbremszylinderbohrung 9 auf einer dem Tellerfederpaket abgewandten Seite des Simulatorkolbens 15 in die Simulatorzylinderbohrung 11 verdrängt. Das ermöglicht eine Bewegung der nicht dargestellten Hauptbremszylinderkolben, wenn der Hauptbremszylinder durch Schließen eines nicht dargestellten Trennventils in jedem Bremskreis hydraulisch von den Bremskreisen der Fahrzeugbremsanlage getrennt wird. Die Simulatorzylinderbohrung 11, der Simulatorkolben 15, die Simulatorfeder 16, der Stößel 18 und der Zylinderdeckel 17 bilden den Pedalwegsimulator.
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Wie in 4 gezeichnet ist ein Ende der Hauptbremszylinderbohrung 9 durch einen kreisscheibenförmigen Deckel 21 druckdicht verschlossen, der allgemein auch als Verschluss 3 aufgefasst werden kann. Der Deckel 21 ist ebenfalls durch das zu 1 und 2 erläuterte Rührreibschweißverfahren an dem Hydraulikblock 2 befestigt. Eine Schweißnaht 8 umschließt den Deckel 21 ohne Unterbrechung und dichtet den Deckel 21 am Hydraulikblock 2 gegen einen in der Hauptbremszylinderbohrung 9 herrschenden Hauptbremszylinderdruck beziehungsweise Bremsdruck p ab und hält den Deckel 21 gegen den Druck am Hydraulikblock 2. Die Hauptbremszylinderbohrung 9 kann ebenfalls als Hohlraum 4 im Hydraulikblock 2 aufgefasst werden, der durch den Deckel 21 als Verschluss 3 und durch die umlaufende, durch Rührreibschweißen hergestellte Schweißnaht 8 druckdicht verschlossen ist.
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In dem als Hohlkolben ausgeführten Fremdkraftkolben 13 ist ein Kugelumlaufgetriebe 22 untergebracht, das allgemein auch als Schraubgetriebe oder als Rotation-/Translations Wandelgetriebe aufgefasst werden kann. Das Kugelumlaufgetriebe 22 weist eine Spindel 23 auf, die koaxial in dem Fremdkraftkolben 13 angeordnet ist. Eine Zapfenverbindung 24 verbindet die Spindel 23 starr mit dem Kolbenboden 14 des Fremdkraftkolbens 13. Eine rohrförmige Mutter 25, die Bestandteil des Kugelumlaufgetriebes 22 ist, umschließt die Spindel 23 koaxial. Die Spindel 23 weist außen und die Mutter 25 innen wendelförmige Rillen 26 auf, in denen Kugeln 27 wälzen, die bei einem Drehantrieb der Mutter 25 die Spindel 23 zusammen mit dem Fremdkraftkolben 13 verschieben. Die Verschiebung des Fremdkraftkolbens 13 in der Fremdkraftzylinderbohrung 10 des Hydraulikblocks 2 erzeugt den Bremsdruck p zu einer Betätigung der nicht dargestellten Fahrzeugbremsanlage mit Fremdkraft.
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Der Drehantrieb der Mutter 25 erfolgt mittels eines als Symbol dargestellten Elektromotors M über ein ebenfalls als Symbol dargestelltes Untersetzungsgetriebe G, das im Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe ist. Der Elektromotor M und das Untersetzungsgetriebe G sind koaxial zu der Fremdkraftzylinderbohrung 10 außen an der großen Seite des Hydraulikblocks 2 befestigt, an der die Fremdkraftzylinderbohrung 10 offen ist. Die Bezugszahl 28 bezeichnet ein Motorgehäuse des Elektromotors M. Der Elektromotor M, das Untersetzungsgetriebe G, dass Kugelumlaufgetriebe 22, der Fremdkraftkolben 13 und die Fremdkraftzylinderbohrung 10 bilden einen Fremdkraft-Bremsdruckerzeuger zur Erzeugung des hydraulischen Bremsdrucks p mit Fremdkraft zu einer Betätigung der nicht dargestellten Fahrzeugbremsanlage mit Fremdkraft.
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Die Spindel 23 des Kugelumlaufgetriebes 22 ist mit einem Kugellager 29 drehbar gelagert, das koaxial zu der Fremdkraftzylinderbohrung 10 außen am offenen Ende der Fremdkraftzylinderbohrung 10 und des Fremdkraftkolbens 13 am Hydraulikblock 2 angeordnet ist. Das Kugellager 29 ist mit einem ringförmigen, nach Art einer Fassung ausgebildeten Lagerhalter 30 an der großen Seite des Hydraulikblocks befestigt. Der Lagerhalter 30 ist mit einer Rührreibschweißung, wie sie oben zu 1 und 2 beschrieben ist, an dem Hydraulikblock 2 befestigt. Die Rührreibschweißung hält den Lagerhalter 30 und über ihn das Kugellager 29 gegen eine zur Bremsdruckerzeugung erforderliche Axialkraft am Hydraulikblock 2. Weil der Lagerhalter 30 nicht abgedichtet werden muss, muss die Rührreibschweißung zu seiner Befestigung am Hydraulikblock 2 nicht durchgehend, sondern kann unterbrochen, beispielsweise eine Rührreibpunktschweißung an ausreichend vielen, gleichmäßig oder ungleichmäßig über einen Umfang verteilten Punkten des Lagerhalters 30 sein. Der Lagerhalter 30 kann allgemein auch als Bauteil 1 aufgefasst werden, das durch die Rührreibschweißung beziehungsweise die Rührreibpunktschweißung an dem Hydraulikblock 2 befestigt ist.
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Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Hauptbremszylinderbohrung 9 einen Durchmesser zwischen etwa 19 mm und 25 mm, die Fremdkraftzylinderbohrung 10 einen Durchmesser von etwa 33 mm und die Simulatorzylinderbohrung 11 einen Durchmesser von etwa 29 mm auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016202113 A1 [0005, 0022]
