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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Elementen an Rohren oder rohrförmigen Werkstücken, eine Bauteilanordnung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In der Praxis ist es oftmals notwendig, an Rohren oder rohrförmigen Werkstücken Elemente, wie beispielsweise Flansche, umfänglich zu befestigen. Bei metallischen Bauteilen können Schweißverfahren eingesetzt werden. Sollen diese vermieden werden, beispielsweise um Kosten zu sparen oder weil die Werkstoffkombination dazu nicht geeignet ist, können die Rohre entsprechend umgeformt werden, sodass das Zusatzelement, wie beispielsweise der Flansch oder das Flanschelement form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist. In der
CN 110538931 A ist beispielweise ein Rohr gezeigt, welches beidseitig gestaucht wird. Dadurch entstehen Haltewulste, welche derart an einem Zusatzelement anliegen, dass dieses umfänglich an dem Rohr gehalten ist. Bei dem dort skizzierten Verfahren greifen die zum Stauchen des Rohres verwendeten Werkzeuge stirnseitig an, was die Flexibilität eines derartigen Verfahrens deutlich reduziert. So muss das Rohr bestimmte Eigenschaften aufweisen, damit ein derartiges Verfahren überhaupt durchführbar ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Befestigen von Elementen an Rohren oder rohrförmigen Werkstücken, eine Bauteilanordnung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wobei sich das Verfahren insbesondere durch seine große Flexibilität auszeichnet. Über die Vorrichtung soll das Verfahren kostengünstig und schnell realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Bauteilanordnung gemäß Anspruch 9 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Befestigen von Elementen an Rohren oder rohrförmigen Werkstücken die Schritte:
- - Bereitstellen eines rohrförmigen Werkstücks, umfassend zumindest einen Anordnungsbereich zur umfänglichen Anordnung eines (Zusatz-)Elements;
- - Anordnen eines Zusatzelements an dem zumindest einen Anordnungsbereich und umfängliches Aufbringen einer Axialkraft in einen Krafteinleitungsbereich des rohrförmigen Werkstücks in Richtung des Zusatzelements derart, dass durch ein bereichsweises Stauchen des rohrförmigen Werkstücks zumindest einseitig eine am Zusatzelement anliegende Haltewulst ausgebildet wird.
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Bei dem Rohr oder rohrförmigen Werkstück kann es sich um ein gerades, aber auch um ein gebogenes Rohr oder rohrförmiges Werkstück handeln. Das Aufbringen der Axialkraft erfolgt zweckmäßigerweise mittelbar über ein umfängliches Greifen des Rohres oder des rohrförmiges Werkstücks im Krafteinleitungsbereich. Anstatt die Axialkraft oder Umformkraft stirnseitig an einem Rohrende auf- oder einzubringen, kann über das umfängliche Greifen eine gezielte Krafteinleitung erfolgen, insbesondere mit Vorteil genau dort, wo die Haltewulst oder die Haltewülste erzeugt werden sollen. Das umfängliche Aufbringen der Axialkraft ermöglicht zudem eine Arbeit von der Seite, sozusagen parallel zum Rohr oder rohrförmigen Werkstück. Dadurch können mit Vorteil auch Rohre oder rohrförmige Werkstücke, welche Kurven, Bögen und Winkel etc. aufweisen, gestaucht werden. Als Material für das Rohr oder das rohrförmige Werkstück kommt zweckmäßigerweise ein plastisch verformbares Material zum Einsatz, wie beispielsweise ein metallischer Werkstoff oder ein entsprechendes Verbundmaterial, welches die entsprechenden Eigenschaften aufweist. Das Zusatzelement wird bei dem Verfahren zweckmäßigerweise form- und/oder kraftschlüssig an dem Rohr befestigt, sodass dieses mit Vorteil aus den unterschiedlichsten Materialien gefertigt werden kann. Zweckmäßigerweise kommen also metallische wie auch nicht metallische Werkstoffe und entsprechende Materialkombinationen in Frage. Das Zusatzelement weist zweckmäßigerweise eine entsprechende Ausnehmung oder Öffnung auf, welche zur Anordnung des Zusatzelements an dem Anordnungsbereich vorgesehen ist. Eine derartige Öffnung kann als eine Bohrung oder als ein Loch in dem beispielsweise plattenförmigen Zusatzelement ausgebildet sein. Die Öffnung oder Ausnehmung kann aber auch einseitig offen ausgebildet sein, beispielsweise gabelförmig, wodurch auch eine seitliche Anordnung des Zusatzelements am Anordnungsbereich ermöglicht wird. Die Öffnung oder Ausnehmung kann derart ausgelegt sein, dass ein innerer Umfangsrand der Öffnung oder Ausnehmung formschlüssig am Anordnungsbereich anliegt. Alternativ kann auch ein Spalt vorgesehen sein, sodass das Halten nur über die Haltewülste erfolgt.
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Das Rohr oder das rohrförmige Werkstück wird zweckmäßigerweise umfänglich zum Aufbringen der Axialkraft gegriffen. Das umfängliche Greifen erfolgt dabei zweckmäßigerweise mit einer Kraft, welche das Übertragen der Axialkraft ermöglicht.
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Das Stauchen wird vorliegend dadurch ermöglicht, dass der Axialkraft eine Gegenkraft entgegenwirkt. Hierzu kann das Rohr an einem Ende entsprechend eingespannt oder gehalten sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Umfängliches Aufbringen einer Axialkraft, insbesondere durch umfängliches Greifen, des rohrförmigen Werkstücks zu beiden Seiten des Zusatzelements zum beidseitigen, insbesondere bevorzugt gleichzeitigen, Erzeugen von Haltewülsten am Zusatzelement.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Erzeugen der Haltewülste zweckmäßigerweise gleichzeitig, indem von beiden Seiten Axialkräfte auf das Rohr wirken, welche ein bereichsweises Umformen des Rohres im Anordnungsbereich zur Folge haben. Über die Haltewülste wird das Zusatzelement dazwischen zweckmäßigerweise sowohl form- als auch kraftschlüssig gehalten. Die radiale Positionierung des Zusatzelements erfolgt zweckmäßigerweise über die Größe der Öffnung bzw. Ausnehmung des Zusatzelements bzw. eine entsprechend gewählte Passung zwischen dem Anordnungsbereich und dem Zusatzelement.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Fixieren/Halten des Zusatzelements während des Stauchens.
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Das Fixieren oder Halten des Zusatzelements kann, wie gerade beschrieben, in radialer Richtung über den Formschluss des Zusatzelements mit dem Rohr bzw. Anordnungsbereich realisiert werden. Alternativ kann ein weiteres Werkzeug oder eine Vorrichtung verwendet werden, um das Zusatzelement in Position zu halten. Abhängig von der Ausgestaltung des Verfahrens kann es notwendig sein, das Zusatzelement auch entlang der Längsachse bzw. entlang der Axialkraftrichtung zu fixieren. Alternativ und bevorzugt wird das Fixieren bzw. Halten aber indirekt dadurch bewirkt, dass von beiden Seiten gleichzeitig die Axialkräfte in Richtung des Zusatzelements wirken, welche das Ausbilden der Haltewülste zur Folge haben, welche zwangsläufig das Zusatzelement entlang der Längsachse positionieren bzw. Fixieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden von Spannbacken, Greif- oder Klemmelementen, welche in einer Schließstellung kraftschlüssig am Krafteinleitungsbereich bzw. den Krafteinleitungsbereichen anliegen.
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Zweckmäßigerweise weisen die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente in einer Schließstellung einen Durchmesser auf, welcher kleiner als der Durchmesser des Rohrs im Anordnungsbereich ist. Durch diesen Kraft- und Formschluss kann ein sicheres Einleiten und Übertragen der Axialkraft bewirkt werden. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente an ihrem inneren Umfang, also zum Anordnungsbereich hin, Formschlusselemente auf, wie beispielsweise eine Strukturierung oder Riffelung, welche geeignet ist/sind, eine ungewollte Relativbewegung der Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente relativ zum Rohr entlang der Längsachse zu verhindern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente derart ausgelegt, das Rohr vollständig oder annähernd vollständig zu umschließen.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Querschnittsform des Rohres flexibel gewählt werden kann. Typischerweise weist das Rohr einen ovalen oder runden, insbesondere einen kreisrunden, Querschnitt auf. Alternativ können aber auch Rohre mit eckigen Querschnitten für das Verfahren geeignet sein. Mit dem Ausdruck „rohrförmiges Werkstück“ ist insbesondere gemeint, dass das Rohr bzw. Werkstück entlang seiner Längsachse nicht durchgängig den gleichen Querschnitt aufweisen muss, sondern auch Bereiche oder Abschnitte aufweisen kann, welche keine „Rohrform“ aufweisen.
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Mit Vorteil liegen die Krafteinleitungsbereiche in unmittelbarer Nähe zum Zusatzelement. Zwischen den Krafteinleitungsbereichen bzw. dem Krafteinleitungsbereich und dem Zusatzelement liegt derjenige Bereich des Rohres, welcher umgeformt werden soll. Durch diese gezielte Krafteinleitung kann zweckmäßigerweise in der Regel auf eine innere Abstützung des Anordnungsbereichs verzichtet werden. Falls material- und/oder geometrieabhängig eine innere Abstützung des Anordnungsbereichs erforderlich ist, kann dies z. B. durch einen flexiblen, mit Druck beaufschlagbaren, Gegenstand dargestellt werden. Alternativ können auch im Rohr verbleibende Technologien, wie lokale Schäume, lokal massive Kerne etc. verwendet werden. Entsprechend umfasst das Verfahren gemäß einer Ausführungsform zweckmäßigerweise den Schritt:
- - Abstützen des zumindest einen Anordnungsbereichs von innen.
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Weiter kann das Verfahren den folgenden Schritt umfassen:
- - Abstützen des oder der Krafteinleitungsbereiche von innen.
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Auch hier kann es notwendig sein, die über die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente eingebrachte Kraft radial von innen abzustützen. Die hierzu verwendeten Technologien sind zweckmäßigerweise die gleichen wie die im Zusammenhang mit dem Anordnungsbereich Genannten.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einbringen einer Struktur am Umfang des rohrförmigen Werkstücks, welche ausgelegt ist, als Anschlag beim Stauchen und/oder zum Beeinflussen der Verformung beim Stauchen zu dienen.
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Die vorgenannte Struktur kann beispielsweise als Startbereich für die Ausbildung der plastischen Verformung dienen. Gemäß einer Ausführungsform ist eine derartige Struktur beispielsweise als Kerbe oder auch als Vorsprung ausgebildet. Alternativ kann eine derartige Struktur- oder auch Störgeometrie an den Spannbacken, Greif- oder Klemmelementen ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden zumindest eines Industrieroboters zum Aufbringen der Axialkraft oder der Axialkräfte.
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Zweckmäßigerweise ist der Endeffektor des zumindest einen Industrieroboters mit entsprechenden Spannbacken, Greif- oder Klemmelementen ausgebildet. Bei dem Industrieroboter handelt es sich beispielsweise um einen Sechs- oder Siebenachsroboter. Alternativ können die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente auch Teil einer extra für das Verfahren konzipierten Anlage oder Vorrichtung sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Bauteilanordnung, umfassend ein Rohr oder rohrförmiges Werkstück, an welchem zumindest ein Zusatzelement nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Bauteilanordnung beispielsweise eine Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs, wie eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs. Eine derartige Instrumententafel umfasst ein in mehrere Richtungen gebogenes Rohr bzw. Tragrohr. An diesem können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßigerweise an beliebigen Stellen entsprechende Flanschelemente befestigt werden. Das Verfahren ist dabei deutlich nachhaltiger und ressourcenschonender als beispielsweise ein Schweißverfahren.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend zwei unabhängig voneinander beweg- und betätigbare Werkzeuge, welche jeweils zumindest zwei Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente aufweisen, wobei die Spannbacken, Greif- oder Klemmelemente von einer Offenstellung in eine Schließstellung gebracht werden können und wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, die vorgenannten Elemente/Werkzeuge in der Schließstellung zum bereichsweise Stauchen eines Rohrs oder rohrförmigen Werkstücks entlang einer Längsachse aufeinander zu zubewegen. Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung ausgelegt, dass in einer Schließstellung eine definierte Schließkraft eingestellt werden kann. Die Schließkraft wirkt radial zur Längsachse des zu greifenden Rohres. Damit kann sichergestellt werden, dass abhängig vom Material und der Geometrie des Rohres oder des rohrförmigen Werkstücks die Schließkraft nicht zu niedrig oder zu hoch ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: zwei schematische Ansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrensablaufs einer Ausführungsform des Verfahrens;
- 2: die gemäß dem Verfahren nach 1 erzeugte Ausführungsform einer Bauteilanordnung;
- 3: eine weitere schematische Ansicht einer Ausführungsform des Verfahrens bzw. einer Bauteilanordnung;
- 4: eine schematische Schnittansicht von einer Ausführungsform von Spannbackengreif- oder Klemmelementen.
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1 zeigt zwei schematische Ansichten zur Veranschaulichung des Ablaufs einer Ausführungsform des Verfahrens. In der linken Bildhälfte ist ein Rohr oder Rohrelement 10 gezeigt, welches sich entlang einer Längsachse L erstreckt. In einem umfänglich an dem Rohr 10 ausgebildeten Anordnungsbereich 12 ist ein Zusatzelement 20 angeordnet. Dieses weist hierzu eine entsprechend ausgebildete Öffnung oder Ausnehmung auf, welche allerdings in dieser Ansicht nicht erkennbar ist. Unmittelbar benachbart zum Zusatzelement 20 ist jeweils ein Werkzeug 40 angeordnet. Jedes dieser Werkzeuge umfasst Greif- bzw. Klemmelemente oder Spannbacken 42, welche ausgelegt sind, von einer Offenstellung in eine Schließstellung gebracht zu werden. In der Schließstellung liegen die Greif-/Klemmelemente bzw. Spannbacken zweckmäßigerweise derart umfänglich an entsprechenden Krafteinleitungsbereichen 14 an, dass entsprechende Axialkräfte F entlang der Längsachse L in Richtung des Zusatzelements 20 aufgebracht werden können. Die Krafteinleitungsbereiche 14 sind dabei diejenigen Bereiche, an welchen die Werkzeuge 40 anliegen. Es ist möglich, sowohl die Krafteinleitungsbereiche 14 als auch den Anordnungsbereich 12 bei Bedarf von innen abzustützen. Durch das Aufeinanderzubewegen der Werkzeuge 40 zum Zusatzelement 20 hin wird das Rohr 10 bereichsweise umfänglich gestaucht, wodurch Haltewülste 16 entstehen, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt. Diese Haltewülste 16 liegen zweckmäßigerweise form- und kraftschlüssig zu beiden Seiten des Zusatzelements 20 an, sodass dieses sicher fixiert, positioniert bzw. gehalten ist. Die Werkzeuge 40 können entfernt werden und an einer beliebigen anderen Stelle des Rohres 10 angesetzt werden, um das Verfahren zu wiederholen.
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2 zeigt das aus der 1 bekannte Rohr 10 nach dem Entfernen der Werkzeuge. Zu erkennen sind die beiden Wülste 16, welche seitlich das Zusatzelement 20 halten.
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3 zeigt eine Ausgestaltung eines Rohres 10, welches nicht gerade ausgebildet ist. Auch bei einem wie hier skizzierten Rohr 10 ist die Anwendung des Verfahrens mit Vorteil möglich, da die Werkzeuge 40 zweckmäßigerweise seitlich bzw. von der Seite an das Rohr 10 geführt werden bzw. die Umformkräfte bzw. Axialkräfte, welche zum Zusatzelement 20 hin wirken, umfänglich aufgebracht werden.
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4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Werkzeugs 40 umfassend zwei im Schnitt dargestellte Greif- oder Klemmelemente 42. Diese weisen jeweils eine Störgeometrie 44 auf, welche ausgelegt ist, beim Anliegen an ein Rohr eine Geometrie zu erzeugen, welche als Startpunkt für die plastische Verformung desselben dienen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rohr, Rohrelement, rohrförmiges Werkstück
- 12
- Anordnungsbereich
- 14
- Krafteinleitungsbereich
- 16
- Haltewulst
- 20
- Zusatzelement
- 40
- Werkzeug
- 42
- Greif-, Klemmelement, Spannbacke
- 44
- Störgeometrie
- L
- Längsachse
- F
- Axialkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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