-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines Bauteils an einen
Hohlkörper
insbesondere ein Rohrelement, und auf einen nach diesem Verfahren
herstellbaren Halter-Rohrelement-Komplex. Mit bekannten Verfahren
dieser Art werden z.B. Tox-, Niet- und Punktschweißverbindungen
zum Verbinden von Rohrelementen mit anderen Bauteilen, wie Halteelementen,
hergestellt.
-
Aus
der Offenlegungsschrift
DE
195 30 056 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer rohrförmigen Abzweigung
an einem Hohlkörper
bekannt. Dabei wird der Hohlkörper
unter Innenhochdruck gesetzt, wobei durch plastische Umformung aus
dem Material des Hohlkörpers
eine domförmige
Abzweigung ausgebildet wird. Die Kappe der domförmigen Abzweigung wird mit
Hilfe eines Gegenhaltestempels ausgeformt.
-
Wärmeübertrager,
z.B. von Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, sind ein Anwendungsgebiet,
bei dem häufig
Halteelemente an runden Anschluß-
oder Sammelrohren anzubringen sind. In der Patentschrift
US 5.429.182 ist diesbezüglich eine
Technik offenbart, bei der Halteelemente in Form von Klammem an Rahmenteilen
durch Nieten vormontiert sind und mit Klammerfingern das betreffende
Rohr umgreifen. In einem anschließenden Lötvorgang zum Fixieren eines
Rohr-/Rippenblocks werden dann gleichzeitig die Klammern mit ihren
Fingern am Rohr festgelötet.
-
Die
DE 195 19 353 A1 offenbart
einen durch hydraulisches aufweiten ausgebildeten Träger einer Aufbaustruktur
für ein
Kraftfahrzeug.
-
Die
DE 44 41 971 A1 offenbart
eine Kraftfahrzeughinterachse, bei welcher Quer- und Längslenker
durch Hydroformen form- und kraftschlüssig verbunden werden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, zum einen ein Verfahren der eingangs genannten
Art, bei dem mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Verbindung zwischen einem
Bauteil und einem Hohlkörper
ermöglicht
wird, und zum anderen einen auf diese Weise relativ einfach herzustellenden
Halter-Rohrelement-Komplex mit sicherer Fixierung des Halters am Rohrelement
bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Halter Rohrelement-Komplex
mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
-
Verfahrensgemäß werden
das Bauteil, z.B. ein Halter, und der Hohlkörper, z.B. ein Rohrelement, in
einem Hochdruckumformwerkzeug lagefixiert angeordnet, und mittels
Hochdruckumformung wird an dem Bauteil-Hohlkörper-Komplex wenigstens ein
Nebenformelement hergestellt, durch welches das Bauteil und der
Hohlkörper
formschlüssig
miteinander verbunden sind. Dabei werden die Bauteile in dem geeignet
gestalteten Werkzeug gegeneinander ausgerichtet und positioniert,
wonach wenigstens eines der beiden Teile, die den Bauteil-Hohlkörper-Komplex
bilden, mittels Hochdruckumformung plastisch verformt wird, so daß ein einstückig mit
einem der beiden Teile aus- geführtes
Nebenformelement entsteht, das mit dem jeweils anderen Teil in formschlüssigem Eingriff
steht.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Hochdruckumformung der
Hohlkörper
unter Innenüberdruck
gesetzt, und das Nebenformelement wird unter Verwendung eines zusätzlichen
Haltestempels hergestellt, der dem Nebenformelement von außen eine
Form vorgibt. Dabei werden der Hohlkörper und ggf. das mit dem Hohlkörper zu
fügende
Bauteil an wenigstens einer durch das Hochdruckumformwerkzeug vorgegebenen
Stelle plastisch verformt, wobei der zusätzliche Haltestempel gegen
den Innenüberdruck
wirkt und die Verformung dahingehend beeinflußt, daß sich eine gegenseitige Hinterschneidung der
Bauteile ergibt. Da durch wird besonders zuverlässig eine formschlüssige Verbindung
der Bauteile erreicht.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das mit dem Hohlkörper zu
fügende
Bauteil als flächiges
Blech ausgeführt,
das gemeinsam mit dem Hohlkörper
umgeformt wird. Eine gesonderte Vorbehandlung des Blechs kann bei
geeigneter Dicken- und Materialwahl weitgehend entfallen, so daß ein besonders
einfaches und kostengünstiges
Fügeverfahren erreicht
wird.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Hohlkörper oder
das mit diesem zu fügende
Bauteil vor deren lagefixiertem Anordnen im Hochdruckumformwerkzeug
mit einer hintergreifbaren Ausformung, insbesondere einem Durchzug,
einer Bohrung oder Ausstanzung versehen, die von dem mit Hilfe des
Hochdruckumformprozesses hergestellten Nebenformelement hintergriffen
wird. Dabei wird dem herzustellenden Nebenformelement auf Seiten des
benachbarten Bauteils eine Ausformung zur Verfügung gestellt, in die das Material
des Nebenformelementes während
des Umformprozesses fließen kann.
Damit läßt sich
ein formschlüssiges
Zusammenfügen
mit besonders einfachen Mitteln erreichen, wobei ein zusätzlicher
Haltestempel für
das Nebenformelement nicht unbedingt erforderlich ist und der Fügeprozeß weiter
vereinfacht wird.
-
Erfindungsgemäß läßt sich
mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ein Halter an einem
Rohrelement zur Bildung eines Halter-Rohrelement-Komplexes gemäß Anspruch
3 anbringen, wie er z.B. bei Wärmeübertragern
in Kraftfahrzeugen verwendbar ist.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Hierzu zeigen:
-
1 in
einem schematischen Längsschnitt einen
in einem Innenhochdruckumformwerkzeug angeordneten Bauteil-Hohlkörper-Komplex
in Form eines Rohres mit einem Halterblech vor der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 in
einer Detaildarstellung einen in drei unterschiedlichen Varianten
vorbereiteten Fügebereich
des Bauteil-Hohlkörper-Komplexes
nach 1 vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 den
Bauteil-Hohlkörper-Komplex
nach 1 nach der Durchführung wesentlicher Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
4 die
drei unterschiedlichen Varianten des Fügebereichs des Bauteil-Hohlkörper-Komplexes
gemäß 2 im
Verfahrensstadium von 3,
-
5 den
Bauteil-Hohlkörper-Komplex
nach 1 nach Abschluß des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
6 die
drei unterschiedlichen Varianten des Fügebereichs des Bauteil-Hohlkörper-Komplexes
gemäß 2 im
Verfahrensstadium von 5 jeweils mit voll-ständig ausgeformtem
Nebenformelement,
-
7 eine
perspektivische Darstellung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit zwei Halterblechen verbundenen Sammelrohres einer Kraftfahrzeugkühleranlage,
-
8 eine
perspektivische Darstellung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem vorgebohrten Träger
verbundenen Sammelrohres einer Kraftfahrzeugkühleranlage,
-
9 einen
Längsschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
gefügten
Bauteil-Hohlkörper-Komplexes
in Form eines an einen Rohrabschnitt gefügten Halterbleches und
-
10 einen
Querschnitt durch den Bauteil-Hohlkörper-Komplex nach 9 entlang
der Linie X-X.
-
1 zeigt
ausschnittweise ein Innenhochdruckumformwerkzeug 1, in
das gemeinsam ein Hohlkörper
in Form eines Rohrabschnittes 2 und ein mit dem Hohlkörper zu
verbindendes Bauteil in Form eines Halterbleches 3 lagefixiert
eingelegt sind, die zusammen einen zu fügenden Bauteil-Hohlkörper-Komplex bilden. Das
Innenhochdruckumformwerkzeug 1 weist in einem dem Fügebereich 4 des Bauteil-Hohlkörper-Komplexes
zugeordneten Abschnitt eine Ausnehmung 1a zum Einlegen
des Halterbleches 3 auf, die in einen rohrförmigen Abzweig übergeht,
in dem ein Haltestempel 7 geführt ist.
-
In 2 sind
alternativ zu dem Fügebereich 4,
bei dem weder das Halterblech 3, noch der Rohrabschnitt 2 einer
gesonderten Formgebung unterzogen worden sind, weitere mögliche Fügebereiche 4' und 4'' dargestellt, bei denen das Halterblech 3 jeweils
mit einer hintergreifbaren Ausformung in Gestalt einer Bohrung 3' oder eines
Durchzuges 3'' versehen ist.
Die Bohrung 3' wird
dabei vorzugsweise derart hergestellt, daß abgerundete Kanten mit Radien
R1 und R2 entstehen, die eine plastische Verformung des Rohrabschnitts 2 begünstigen.
Der Radius R1 verhindert ein vorzeitiges Reißen zu Beginn des Umformprozesses,
während
der Radius R2 das Reißen
beim Hinterfließen
der Halterbohrung 3' verhindert.
Es stellt sich als besonders günstig
heraus, den Radius R1 deutlich größer als den Radius R2 zu wählen.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellte Anordnung kann
wie folgt dem erfindungsgemäßen Verfahren
unterzogen werden. Zunächst
werden das Halterblech 3 und der Rohrabschnitt 2 in
dem Innenhochdruckumformwerkzeug 1 derart fixiert, daß keine
Bewegung der zu verbindenden Bauteile gegenander möglich ist.
Vorzugsweise werden sie ohne Zwischenraum direkt gegeneinander gepreßt. Anschließend wird
dem Rohrabschnitt 2 ein komprimiertes Medium zugeführt, mit
Hilfe dessen er derart unter Innenüberdruck gesetzt wird, daß sich sein
Werkstoff plastisch verformt. Dabei wird das Material des Rohrabschnitts 2 gegen
die Innenflächen
des Werkzeuges 1 gepreßt,
das insofern eine allseitige Verformung verhindert und stattdessen
eine Zielform vorgibt. Bei ausreichendem Innenüberdruck fließen sowohl
das Material des Rohrabschnittes 2 als auch das des Halterblechs 3 in
die Ausnehmung 1a und den Abzweig des Innenhochdruckumformwerkzeuges 1,
so daß sich
eine Kuppe 5 bildet. Falls erforderlich, kann unterstützend ein
axiales Zusammendrücken
des Rohres 2 vorgesehen sein. Der Haltestempel 7 drückt derart
auf die sich bildende Kuppe 5, daß diese, wie aus den 3 und 4 ersichtlich,
nicht mit einer kugeligen, sondern weitgehend flachen Kappe ausgebildet
wird. Falls an dem Halterblech 3 eine Bohrung 3' oder ein Durchzug 3'' angebracht ist, vereinfacht sich
der Verfahrensschritt, da dann das Material des Rohrabschnitts 2 allein
eine entsprechend modifizierte Kuppe 5' bzw. 5'' bildet,
indem es durch die Ausformung des Halterblechs 3 hindurchfließt.
-
In
einem anschließenden
Verfahrensschritt wird die Druckkraft des Haltestempels 7 gegen
den Innenüberdruck
in dem Rohrabschnitt 2 so weit erhöht, daß die Kuppe 5, 5', 5'' zu einem Nebenformelement 6, 6', 6'' umgeformt wird, welches das Halterblech 3, 3', 3'' formschlüssig hintergreift, wodurch eine
tox- oder nietartige Verbindung entsteht. Dadurch wird eine unlösbare Fügeverbindung
zwischen dem Rohrabschnitt 2 und dem Halterblech 3 geschaffen,
bei der die Wandung des Rohrabschnittes 2 nicht durchbrochen
ist. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn vom Rohrabschnitt 2 unter
schwierigen Bedingungen erhöhte
Dichtigkeitsanforderungen zu erfüllen
sind.
-
In
einem modifizierten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist an dem Halterblech 3 stets eine Ausformung 3', 3'' vorgesehen, wobei auf den Haltestempel 7 verzichtet
wird. Dabei wird zunächst
mit Hilfe der üblichen
Innenhochdruckumformung eine Kuppe 5' bzw. 5'' analog
zu 4 erzeugt, die sich bei weiterer Innenhochdruckumformung
außerhalb
der Ausformung ausweitet und somit die Ausformung 3' bzw. 3'' ebenfalls hintergreift. Unterstützend kann
dabei anstelle des Haltestempels 7 eine Anschlagfläche vorgesehen werden,
die eine Ausdehnung der Kuppe 5', 5'' quer zur
Rohrachse ab einer bestimmten Längenausdehnung
blockiert und ein Hinterfließen
des Halterblechs 3 bewirkt.
-
In
den 7 und 8 sind beispielhaft zwei mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte
Bauteilverbindungen dargestellt. Dabei ist ein Hohlkörper in
Form eines Sammelrohres 10 einer Kraftfahrzeugkühleranlage
mit zwei Halterblechen 11, 12 bzw. mit einem Profilträger 13 verbunden.
Aus dem erstgenannten Beispiel gemäß 7 wird deutlich,
daß Verbindungen
nach dem vorgeschlagenen Verfahren an beliebiger Stelle eines Hohlkörpers in
Form des Sammelrohres 10 angebracht werden können, und
zwar sowohl an ebenen als auch an beliebig gekrümmten Flächen, wobei gleichzeitig mit
dem Fügevorgang
eine großflächige Umformung
des Hohlkörpers
selbst vorgenommen werden kann. Da derartige Verbindungen in beliebiger
Größe und Anzahl
vorsehbar sind, ohne daß die Oberfläche des
Hohlkörpers
zerstört
werden muß, lassen
sich der Hohlkörper
und das mit dem Hohlkörper
zu verbindende Bauteil so zusammenfügen, daß der Belastung im anschließenden Ge brauch
des Rohres 10 ausreichend Rechnung getragen wird. Dabei
besteht eine Wahlmöglichkeit,
ob eine Ausformung, beispielsweise in Gestalt einer Bohrung oder Ausstanzung,
an dem Halterblech 11, 12 vorgesehen wird oder
nicht.
-
In
einem modifizierten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß den 9 und 10 sind
ein Rohrabschnitt 10 und ein im Bereich der Fügeverbindung
ebenes Halterblech 14 derart in einem Hochdruckumformwerkzeug 17 positioniert,
daß nach
der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
das Halterblech 14 an Außenkanten 14a und 14b formschlüssig umgriffen wird,
wodurch eine besonders vorteilhafte Anbindung des Halterbleches 14 erzielt
wird. Dazu wird der Rohrabschnitt 10 beim Schließen des
Hochdruckumformwerkzeugs im Bereich der Fügeverbindung eingedrückt, so
daß die
Auflagefläche
für das
Halterblech 14 im Vergleich zu den in den 1 bis 8 dargestellten
Ausführungsbeispielen
zur Rohrlängsmittelachse
hin versetzt ist. Dadurch ergeben sich geringere Dehnungen im Fügebereich,
und die Fügeverbindung
ist durch entsprechende Werkzeuggestaltung so ausgeführt, daß der Außendurchmesser des
Rohrelementes an der Fügestelle
durch Nebenformelemente 6' nicht überschritten
wird. Die Ausdehnung der sich beim Umformen bildenden Nebenformelemente 6' wird in diesem
Beispiel durch vom Werkzeug 17 selbst bereitgestellte Anschlagflächen 15 begrenzt.
Dabei wird das Halterblech 14 bis auf einen jeweiligen
schmalen Hinterschnittbereich 16 ganzflächig vom Werkzeug 17 abgestützt und
daher nicht umgeformt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist beispielsweise dazu verwenbar, einen Halter an einem Sammelrohr
eines Wärmeübertragers,
wie eines Flachrohrkondensators für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, anzubringen.
Vorteilhafterweise können
in diesem Fall gleichzeitig mit der Herstellung des Halter-Sammelrohr-Komplexes während der
Innenhochdruckanwendung Schlitze bwz. Durchzüge zur Aufnahme der Flachrohre
in das Sammelrohr ein gebracht werden, wobei dazu das Druckmedium
als Matrize wirkt. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf Verbindungen
an Rohren von Kühleranlagen
bzw. Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen beschränkt ist, sondern überall dort
Anwendung finden kann, wo ein Bauteil mittels Hochdruckumformung
an einen Hohlkörper
gefügt
werden soll.