DE10236132C1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung (1) zwischen einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil (2) und einem hohlen Bauteil (3), wobei das Hohlprofil (2) und das Bauteil (3) mit Hilfe der Einwirkung eines fluidischen Innenhochdruckes unter Bildung eines überlappenden Verbindungsbereiches (15) miteinander formschlüssig verbunden werden. Um eine abziehfeste und verdrehsichere Verbindung (1) zwischen dem Hohlprofil (2) und dem hohlen Bauteil (3) zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass mittels des Innenhochdruckes an den Wandungen (12, 13) des Hohlprofils (2) und des Bauteils (3) hinterschnittene Flächen (11) derart ausgeformt werden, dass zumindest eine gemeinsame den Formschluss bildende Einbuchtung an den Wandungen (12, 13) des Hohlprofils (2) und des Bauteils (3) entsteht, und dass durch den Innenhochdruck das Hohlprofil (2) im Verbindungsbereich (15) in eine von einer kreisrunden Form abweichende Querschnittsform aufgeweitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 197 21 478 A1 bekannt. Hierbei werden mittels der Innenhochdruckumformtech­ nik relativ dünnwandige Knotenverbinderstücke aus Leichtme­ tall mit drei und mehr Anschlussenden hergestellt, wobei die­ se mit zu den anzuschließenden Hohlprofilen passenden Stutzen versehen werden, in welchen Taschen ausgebildet sind. Die Hohlprofile werden dann auf die Stutzen gesteckt und mit Druckfügestempeln beaufschlagt, so dass in die Stutzen Buckel aus- oder Sicken eingedrückt werden, die in die Taschen der Stutzen hineinragen, wodurch ein Formschluss zwischen den Stutzen und den Hohlprofilen entsteht.

Des Weiteren ist in der DE 196 53 509 A1 eine Verbindungs­ technik an einer Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie beschrieben, die auf dem Innenhochdruckumformen eines Hohlprofiles beruht. Hierbei wird aus diesem in einem Abzweig des entsprechenden Innenhochdruck-Umformwerkzeuges ein Stut­ zen ausgeformt, der an ein im Abzweig fixierten Anschlussteil durch den Innenhochdruck reibschlüssig angepresst wird. Bei im Werkzeugteil im Verbindungsbereich ausgebildeten Ausbau­ chungen wird infolge des Innenhochdruckes auch das Anschluss­ teil konturgleich mitverformt, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Hohlprofil und dem Anschlussteil ent­ steht. Diese Verbindung ist jedoch bezüglich von radial und/oder axial angreifenden Kräften an dem Anschlussteil zum einen nicht verdrehsicher und zum anderen nicht sonderlich abzugsfest gestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßen Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine abziehfeste und verdrehsichere Verbindung zwischen einem Hohlprofil und einem hohlen Bauteil geschaffen wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Aufgrund der durch das Ausformen erzielten gemeinsamen Ein­ buchtung von Hohlprofil und Bauteil wird ein in axialer Rich­ tung nahezu unlösbarer Formschluss zwischen den beiden Füge­ partnern erzielt, so dass weitestgehend eine Abziehsicherheit für das Bauteil gewährleistet ist. Die Verdrehsicherung wird durch die Umformung des kreisrunden Querschnittes des Hohl­ profiles im Verbindungsbereich in einen von der Kreisform ab­ weichenden, beispielsweise ovalen oder polygonalen Quer­ schnitt mittels des Innenhochdruckes erreicht, so dass auch in Umfangsrichtung ein unlösbarer Formschluss zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil entsteht. Die Verbindung ist exakt reproduzierbar und kann in verfahrensökonomischer Weise mit etwaigen Umformungen des Hohlprofiles außerhalb des Verbin­ dungsbereiches gleichzeitig und in einem Werkzeug hergestellt werden. Zusätzliche Verbindungselemente entfallen, so dass die Teilevielfalt für die Verbindung minimal ist.

In Fig. 1 ist eine Verbindung 1 eines umfänglich geschlosse­ nen Hohlprofiles 2 mit einem hohlen Bauteil 3 dargestellt. Dazu wird das Hohlprofil 2 und das Bauteil 3 in ein geteiltes Innenhochdruck-Umformwerkzeug 4 eingelegt, wobei das Hohlpro­ fil 2 in dem sich geradlinig erstreckenden Hauptteil der Werkzeuggravur 5 und das Bauteil 3 in einen von diesem Haupt­ teil radial abgehenden Abzweig 6 angeordnet wird. Der Abzweig 6 weist nahe seiner Mündungsöffnung 7 einen Ringwulst 8 auf, der in die Gravur 5 des Abzweiges 6 hineinragt. Das Hohlpro­ fil 2 kann jeden beliebigen Querschnitt aufweisen, während das Bauteil 3 zwar ebenfalls ein umfänglich geschlossenes Hohlprofil sein kann, wobei jedoch auch eine offene mit einem Längsspalt oder/und mit Löchern u. ä. versehene Gestaltungs­ weise des Bauteils 3 möglich ist. Das rohrförmige Bauteil 3 weist des weiteren eine Querschnittsverengung 9 auf, welche vorzugsweise mechanisch mittels eines Stempels durch Eindrü­ cken gebildet wird. Danach wird es in den Abzweig 6 der Gra­ vur 5 des segmentierten Innenhochdruck-Umformwerkzeuges 4 eingebracht, wobei die Gravur 5 im Abzweig 6 dem Formverlauf des Bauteils 3 zumindest hinsichtlich der Querschnittsveren­ gung 9 folgt. Das Bauteil 3 liegt dadurch in Einbaulage im Werkzeug 4 zumindest an dem Ringwulst 8 formgleich an. Im Hohlprofil 2 wird nun ein fluidischer Innenhochdruck erzeugt, wodurch sich dieses aufweitet und an den Hauptteil der Gravur 5 anlegt. An der Stelle des Abzweiges 6 wird das Hohlprofil­ material durch den Innenhochdruck in diesen und das Bauteil 3 hinein aufgeweitet, so dass sich ein Stutzen 10 ausformt. Im weiteren Prozessablauf der Aufweitung werden die hinter­ schnittenen Flächen 11 der Querschnittsverengung 9 des Bau­ teils 3 von dem sich bildenden Stutzen 10 hintergriffen und der Stutzen 10 zumindest an der Stelle der Querschnittsveren­ gung konturtreu an die Innenseite 14 des Bauteils 3 ange­ presst, wodurch das Hohlprofil 2 mit dem Bauteil 3 in axialer Richtung des Bauteiles 3 unlösbar durch den dabei erreichten Formschluss verbunden wird. Die Wandungen 12, 13 des Hohlpro­ fils 2 und des Bauteils 3 bilden dabei am Ort der Quer­ schnittsverengung 9 eine gemeinsame Einbuchtung. Obwohl der Abzweig 6 über den gesamten überlappenden Verbindungsbereich 15 von Hohlprofil 2 und Bauteil 3 hinweg in einer von einer kreisrunden Form abweichenden Querschnittsform ausgebildet sein kann, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dies le­ diglich außerhalb des Ringwulstes 8 auf dem Hauptteil der Gravur 5 abgewandter Seite der Fall. Hierbei ist der Abzweig 6 polygonal gestaltet. Aufgrund des Innenhochdruckes werden die Wandungen 12, 13 des Hohlprofils 2 und des Bauteil 3 dort aufgeweitet und form- und konturgetreu an die Wandung des Ab­ zweiges 6 gepresst, wodurch sich eine drehsichere Verbindung zwischen dem Bauteil 3 und dem Hohlprofil 2 ergibt.

Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel kann das Hohlprofil 2 auch schon vor der Verbindung mit dem Bauteil 3 den Stutzen 10 aufweisen. Falls das Bauteil 3 ebenfalls als Hohlprofil ausgebildet ist, wird dieses vor der Ausbildung des Form­ schlusses zur Positionierung am Hohlprofil 2 auf den zu ver­ bindenden Stutzen 10 des Hohlprofil 2 in einfacher Weise auf­ gesteckt. Das Bauteil 3 weist dabei noch keine Querschnitts­ verengung 9 auf.

Denkbar ist auch bei kurzen Montagewegen, dass das Bauteil 3 als umfänglich offenes Hohlprofil ausgebildet wird, wobei dieses Hohlprofil einen Hohlraum über mindestens 180° um­ schließt. Das Bauteil 3 wird dann vor der Ausbildung des Formschlusses zur Positionierung an dem zu verbindenden Hohl­ profil an den Öffnungskanten elastisch aufgebogen und unter Rückfederung der Öffnungskanten auf das Hohlprofil 2 klammer­ artig aufgesetzt.

In dieser Verbindungslage oder in der Stecklage werden das Hohlprofil 2 und das Bauteil 3 gemeinsam in das Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug 4 eingebracht und durch Innenhochdruck aufgeweitet, wobei deren Wandungen 12, 13 gegen den Wulst 8 konturtreu unter Bildung der Einbuchtung und der hinter­ schnittenen Flächen 11 und gegen die mit unrundem Querschnitt versehene Wandung des Abzweiges 6 zur Erzielung der Verdreh­ sicherung gepresst werden.

Ebenfalls ist es möglich, dass das Bauteil 3 schon vor dem Aufstecken auf das Hohlprofil 2 die Querschnittsverengung 9 besitzt, so dass beim Einbringen des Zusammenbaus von Bauteil 3 und Hohlprofil 2 in das Umformwerkzeug 4 durch den form­ schlüssigen Eingriff des Ringwulstes 8 in die Verengung 9 des Bauteils 3 der ganze Zusammenbau vorfixiert ist. Infolge des Innenhochdruckes wird dann zuerst nur das Hohlprofil 2 an die Querschnittsverengung 9 des Bauteils 3 formschlüssig durch die Anpressung an den Wulst 9 angepasst und danach Hohlprofil 2 und Bauteil 2 an die Abzweigwandung zur Verdrehsicherung konturtreu angepresst.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Bauteil 3 anstatt im Abzweig 6 auch im Hauptteil der Gravur 5 des Umformwerk­ zeuges 4 angeordnet sein kann. Hierbei sollte der Ringwulst 8 in entsprechender Weise am Hauptteil der Gravur 5 ausgebildet sein. In gleicher Weise muss diese im Hauptteil hinsichtlich ihres Querschnittes im erfindungsgemäßen Sinne von einer kreisrunden Form abweichen. Es ist hierbei auch möglich, dass der Abzweig 6 und damit der Stutzen 10 ganz entfällt.

In einer weiteren Variante nach Fig. 2 wird im Umformwerkzeug 4 das mit dem Bauteil 3 zusammengesteckte Hohlprofil 2 mit­ tels Innenhochdruck unter Bildung einer Presspassung zwischen Bauteil 3 und Hohlprofil 2 aufgeweitet, wonach sich die Wan­ dungen 12, 13 an die - in diesem Fall ovale - Abzweigwandung konturtreu anlegen. Anschließend werden die reibschlüssig an­ einander liegenden Wandungen 12, 13 des Hohlprofils 2 und des Bauteils 3 durch Zusammenwirkung mehrerer in das Innenhoch­ druck-Umformwerkzeug 4 integrierter Stempel 16 mit dem Innen­ hochdruck zur Bildung der Einbuchtung lokal oder umlaufend eingedrückt. Diese Variante ist besonders prozesssicher, da die Abstreckkanten des Wulstes 8, der von der jeweiligen Stirnseite 17 des Stempels 16 gebildet wird, erst nach der Anpressung der Wandungen 12, 13 an die Abzweigwandung entste­ hen. Durch das Zusammenspiel mit dem Innendruck wird die Stirnseite 17 mit hoher Exaktheit am Bauteil 3 und am Hohl­ profil 2 abgeformt, so dass keine Fertigungstoleranzen ent­ stehen, die auf den jeweiligen Einsatzzweck des Zusammenbaus einen störenden Einfluss ausüben würden. Des weiteren ergeben sich aufgrund des nach außen abstützenden Innendruckes keine Einsenkungen am Zusammenbau, so dass dessen Grundkontur und Statik und gleichfalls die Biegesteifigkeit praktisch nicht beeinträchtigt wird. Der Materialabfluss der Wandungen 12, 13 an der Stirnseite 17 kann durch rechtzeitiges Zurückziehen des Stempels 16 und/oder eine geeignete Verringerung des Hochdruckes derart gesteuert werden, dass keine lokale Aus­ dünnung auftritt, die als Sollbruchstelle zu einem schnellen Versagen des Zusammenbaus bei mechanischen Belastungen führen würde. Im Falle einer oder mehrerer lokalen Eindrückungen, bei denen keine Ringwulste sondern lokal begrenzte Wulste zum Einsatz gelangen, entstehen mit jeder Eindrückung an dem Zu­ sammenbau Negativformen von Noppen 18, die nicht nur einen Formschluss in axialer Richtung sondern auch in radialer Richtung bilden, so dass die Verdrehsicherheit dabei schon gegeben ist. Diese wird jedoch noch verstärkt, wenn wie oben schon erläutert der Zusammenbau durch konturgleiches Anpres­ sen an die nicht-kreisförmig gestaltete Abzweigwandung einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt erhält. Auch bei der geschilderten Variante nach Fig. 2 beschränkt sich die Mög­ lichkeit der Verbindung 1 nicht auf den Stutzen 10. Das Bau­ teil 3 kann wie ersichtlich auch das Hohlprofil 2 als eine Art Verlängerung des sich längs erstreckenden Teils des Hohl­ profils 2 umfassen, wobei das Bauteil 3 wie hier beispiels­ weise in einer Topfform 19 ausgebildet sein kann.

Um die Unlösbarkeit der Verbindung 1 noch weiter zu steigern, ist es denkbar, vor der Ausbildung der Einbuchtung im Verbin­ dungsbereich 15 zwischen das Hohlprofil 2 und das Bauteil 3 ein Klebstoff einzubringen, wobei nach der Ausbildung der Einbuchtung die Klebfähigkeit des Klebstoffes vorzugsweise durch Wärmebehandlung aktiviert wird. Alternativ kann vor der Ausbildung der Einbuchtung von Bauteil 3 und Hohlprofil 2 im Verbindungsbereich 15 zumindest eine deren Wandungen 12, 13 mit Lot beschichtet werden, wobei nach der Ausbildung der doppelwandigen Einbuchtung das Bauteil 3 und das Hohlprofil 2 durch Wärmebehandlung des Lotes miteinander verlötet werden.

Des weiteren ist es in vorteilhafter Weise möglich, vor der Ausbildung der Einbuchtung im Verbindungsbereich 15 zwischen das Hohlprofil 2 und das Bauteil 3 ein Dämpfungsmaterial ein­ zubringen, so dass ungewünschten Schwingungsanregungen des Zusammenbaus entgegengewirkt werden kann, was sich auch vor­ teilhaft auf die Dämpfung der Durchschallung einer Struktur, beispielsweise im Karosseriebau eines Kraftfahrzeuges, die an den Zusammenbau angebunden ist, auswirken kann.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem umfänglich geschlossenen Hohlprofil und einem hohlen Bau­ teil, wobei das Hohlprofil und das Bauteil unter Bildung eines überlappenden Verbindungsbereiches miteinander formschlüssig verbunden werden, wobei das mit Hilfe der Einwirkung eines fluidischen Innenhochdruckes gestaltete Hohlprofil und das Bauteil derart geformt werden, dass im überlappenden Verbindungsbereich eine gemeinsame einen Formschluss bildende Einbuchtung an den Wandungen des Hohlprofils und des Bauteils entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Innenhochdruckes an den Wandungen (12, 13) des Hohlprofils (2) und des Bauteils (3) hinter­ schnittene Flächen (11) derart ausgeformt werden, dass die gemeinsame Einbuchtung entsteht, und dass durch den Innenhochdruck das Hohlprofil (2) im Verbindungsbereich (15) in eine von einer kreisrunden Form abweichende Quer­ schnittsform aufgeweitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) ebenfalls als Hohlprofil ausgebildet wird und vor der Ausbildung des Formschlusses zur Positi­ onierung am Hohlprofil (2) mit dem zu verbindenden Hohl­ profil (2) zusammengesteckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) als umfänglich offenes Hohlprofil ausgebildet wird, wobei das Hohlprofil einen Hohlraum ü­ ber mindestens 180° umschließt, und dass das Bauteil (3) vor der Ausbildung des Formschlusses zur Positionierung an dem zu verbindenden Hohlprofil (2) an den Öffnungskan­ ten elastisch aufgebogen wird und unter Rückfederung der Öffnungskanten auf das Hohlprofil (2) aufgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (2) und das Bauteil (3) in Verbin­ dungslage gemeinsam aufgeweitet werden und deren Wandun­ gen (12, 13) gegen einen Wulst (8) konturtreu gepresst werden, welcher an einem die beiden Teile miteinander um­ gebenden Innenhochdruck-Umformwerkzeug (4) ausgebildet ist und in dessen Gravur (5) hineinragt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Bauteil (3) zuerst querschnittsver­ engt, vorzugsweise mechanisch mittels eines Stempels, und danach in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug (4) einge­ bracht wird, wobei dessen Gravur (5) zumindest an der Stelle der Querschnittsverengung (9) dem Formverlauf des Bauteils (3) folgt, und dass anschließend das Hohlprofil (2) mittels Innenhochdruck konturtreu an die Innenseite (14) des Bauteils (3) angepresst wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Bauteil (3) zusammengesteckte Hohlprofil (2) mittels Innenhochdruck unter Bildung einer Presspas­ sung zwischen Bauteil (3) und Hohlprofil (2) aufgeweitet wird, und dass anschließend die reibschlüssig aneinander liegenden Wandungen (12, 13) des Hohlprofils (2) und des Bauteils (3) durch Zusammenwirkung wenigstens eines im Innenhochdruck-Umformwerkzeug (4) angeordneten Stempels (16) mit dem Innenhochdruck zur Bildung der Einbuchtung lokal oder umlaufend eingedrückt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Hohlprofil (2) mittels Innenhochdruck ein Stutzen (10) ausgeformt wird, der mit dem Bauteil (3) verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer Querschnittsverengung (9) versehene Bauteil (3) in einen in Einbaulage des Bauteils (3) an der Stelle der Verengung (9) formgleichen Abzweig (6) des Innenhochdruckumformwerkzeuges (4) ortsfest eingebracht wird und dass das Hohlprofil (2) durch den Innenhochdruck in den Abzweig (6) und das Bauteil (3) hinein aufgeweitet wird, wobei die hinterschnittenen Flächen (11) der Quer­ schnittsverengung (9) des Bauteils (3) von dem sich bil­ denden Stutzen (10) hintergriffen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der Einbuchtung im Verbindungsbe­ reich (15) zwischen das Hohlprofil (2) und das Bauteil (3) ein Klebstoff eingebracht wird, und dass nach der Ausbildung der Einbuchtung die Klebfähigkeit des Kleb­ stoffes vorzugsweise durch Wärmebehandlung aktiviert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der Einbuchtung von Bauteil (3) und Hohlprofil (2) im Verbindungsbereich (15) zumindest eine deren Wandungen mit Lot beschichtet wird und dass nach der Ausbildung der doppelwandigen Einbuchtung das Bauteil (3) und das Hohlprofil (2) durch Wärmebehandlung des Lotes miteinander verlötet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der Einbuchtung im Verbindungsbe­ reich (15) zwischen das Hohlprofil (2) und das Bauteil (3) ein Dämpfungsmaterial eingebracht wird.