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Die
Erfindung betrifft ein Verbundbauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 10 und eine zugehörige Vorrichtung.
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Aus
der
DE 103 20 747
B4 ist bekannt, einen rohrförmigen Hohlkörper
mit einer Nabe mittels Innen-Hochdruck-Umformen zu verbinden. Dort
wird die Herstellung eines Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine
und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, wobei die Welle
den Hohlkörper beinhaltet und ein Ausgleichsgewicht sowie
auf dem Hohlkörper angeordnete Funktionselemente aufweist,
welches am Außenumfang des Hohlkörpers angeordnet
und befestigt ist. Das Ausgleichsgewicht ist an der Nabe angeformt,
die den Hohlkörper lokal umschließt und an diesem
befestigt ist. Nach der Befestigung von Nabe und Hohlkörper
aneinander wird der Hohlkörper einenends mit einem Anbindungsbauteil
für Antriebsbauteile wie Kettenräder oder Zentrifugen
mittels Reibschweißen verschlossen.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
689 28 555 T2 die Verbindung von Keramik- und Metallbauteilen
bekannt, wobei eines der Bauteile stirnseitig eine Ausnehmung aufweist,
in die das andere Bauteil abschnittsweise reibschlüssig
eingesteckt wird. Dieses Verbundbauteil dient als Rotationswelle
für einen Turboladerrotor oder einen Gasturbinenrotor.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Verbundbauteil dahingehend weiterzubilden, dass es in einfacher
Weise möglichst kurz baut ohne die Funktionalität
von vergleichbaren größer bauenden Verbundbauteilen
einzubüßen und auch hohe mechanische Belastungen
problemlos aushält.
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Zu
dessen Herstellung soll zudem ein entsprechendes Verfahren und eine
Vorrichtung angegeben werden.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verbundbauteils, durch die
Merkmale des Patentanspruches 10 hinsichtlich des Herstellungsverfahrens sowie
durch die Merkmale des Patentanspruches 17 hinsichtlich der Vorrichtung
gelöst.
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Dadurch,
dass das zweite Bauteil das erste Bauteil umfänglich mit
Presssitz umschließt, wird eine Bauweise geschaffen, bei
der die sonst übliche Verlängerung des ersten
Bauteils durch das zweite unterbunden wird, so dass das Verbundbauteil
kürzer und damit kompakter gestaltet ist.
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Aufgrund
dessen, dass das erste Bauteil mit einer sacklochartigen Ausnehmung
versehen wird und das zweite Bauteil infolge der Durchgangsöffnung
hohl ist, wird in vorteilhafter Weise bei einem Verbundbauteil Gewicht
eingespart, das hinsichtlich von Festigkeitsüberlegungen
möglichst aus Vollmaterial bestehen muss. Durch die Einrichtung
des Presssitzes entfallen sämtliche Verbindungslemente, wie
beispielsweise Schrauben, die bei üblichen Verbindungen
verwandt werden. Dadurch wird das Verbundbauteil ebenfalls leichter
und seine Herstellung erheblich einfacher. Der Presssitz stellt
eine auch bei sehr hohen mechanischen Belastungen nahezu unlösbare
Verbindung der beiden Bauteile dar und garantiert dem Verbundbauteil
eine hohe Lebensdauer.
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Obwohl
die Erfindung nicht zwingend eine rotationssymmetrische Ausbildung
des ersten Bauteils verlangt, ist dies beim Einsatz von Wellen-Naben-Verbindung
aufgrund der reduzierten Schwungmasse vorteilhaft.
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Die
Erfindung ist insbesondere für die Anwendung bei elektrisch
betriebenen Turboladern zur Luftversorgung von Brennstoffzellen
vorgesehen. Insbesondere zur Verwendung bei schnell rotierenden
Baugruppen von Turboladern, etwa Abgasturboladern, Sekundärluftladern,
elektrisch betriebenen Turboladern oder Turbinen. Entsprechendes
gilt für Spindeln von Maschinen, wie etwa Werkzeugmaschinen. Üblicherweise
werden Verdichterlaufräder mit Wellen von Turboladern verschraubt,
wobei jedoch die Nachteile separater Muttern oder zusätzlich
in einem Laufrad einzubringender Gewinde auftreten. Insbesondere
für Laufrad-Welle-Verbindungen in einem „Electric
Turbo Charger”, kurz ETC genannt, welcher zur Luftversorgung
in Brennstoffzellen-Systemen eingesetzt wird, wirkt sich die Erfindung
vorteilhaft aus, da durch die reduzierte Masse die Rotordynamik
verbessert und durch die durch die Erfindung kürzere Bauweise
der Welle die Ausbildung des Ladergehäuses vereinfacht
wird. Kompakte Bauweisen und Leichtbau sind für den Einsatz
von Brennstoffzellen-Systemen wichtige Aspekte.
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Der
Presssitz kann mit einfachen Mitteln erzielt werden, wobei beispielsweise
das zweite Bauteil mit einer Durchgangsöffnung auf das
erste Bauteil aufgepresst wird. Dies kann in der Aufschiebbewegung
des zweiten Bauteils auf das erste erfolgen, wobei der Außendurchmesser
des ersten Bauteils gegenüber dem Innendurchmesser der
Durchgangsöffnung des zweiten Bauteils Übermaß besitzen
muss.
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Besonders
einfach und positionsgerecht jedoch ist, wenn im Fügebereich
der Presssitz durch eine Verringerung des Innendurchmessers der Durchgangsöffnung
des zweiten Bauteils relativ zum Außendurchmesser des ersten
Bauteils erfolgt. Dies kann beispielsweise durch Aufschrumpfen des
zweiten Bauteils auf das erste Bauteil erreicht werden.
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Eine
bevorzugte Alternative dazu besteht in der Weiterbildung der Erfindung
nach den Ansprüchen 2 und entsprechend 10, wobei die Wandung des
ersten Bauteils elastisch-plastisch und das zweite Bauteil elastisch
aufgeweitet wird. Durch die sich dabei ergebende lokale Durchmesservergrößerung des
ersten Bauteils und die Materialrückfederung des zweiten
Bauteils wird ein extrem starker Reibschluss erzeugt, so dass die
erzielte Verbindung bzw. das entstandene Verbundbauteil entsprechenden
mechanischen Belastungen problemlos standhalten kann.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 wird
die genannte Aufweitung mittels fluidischen Innenhochdrucks erreicht. Der
Einsatz dieser Technik ist für die Herstellung des Verbundbauteils
relativ einfach, bauteilschonend, weil kein Kontakt des ersten Bauteils
in der Ausnehmung mit einem mechanischen Aufweitwerkzeug stattfindet,
und erbringt hochpräzise ausgebildete und exakt reproduzierbare
Verbundbauteile.
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Zwar
ist es denkbar, die in Spielpassung befindliche Schiebeverbindung
der beiden Einzelbauteile in eine entsprechende Gravur eines Innenhochdruckumformwerkzeuges
einzubringen, die Ausnehmung mittels eines Axialstempels abzudichten
und anschließend bei geschlossenem Innenhochdruckumformwerkzeug über
einen Zuführkanal des Axialstempels ein Druckfluid in die
Ausnehmung des ersten Bauteils einzuleiten. Hiernach wird das Druckmedium
gespannt, wodurch die Aufweitung erfolgt.
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Jedoch
ist ein derartiges Innenhochdruckumformwerkzeug apparativ relativ
aufwändig und die Taktzeiten hoch. Des Weiteren ist eine
lokale Aufweitung des ersten Bauteils innerhalb des Bereiches der
Ausnehmung prinzipiell nicht möglich.
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Die
für die Herstellung des Verbundbauteils bzw. zur Durchführung
des Herstellungsverfahrens verwandte erfindungsgemäße
Vorrichtung ist demgegenüber flexibler, schneller in der
Herstellung des Verbundbauteils und verursacht einen vergleichsweise
verschwindend geringen apparativen Aufwand. Hierbei wird eine Aufweitlanze
verwandt, in der ein axialer Druckmediumkanal verläuft,
von dem zumindest ein Radialkanal abzweigt, der einen Ausgang an der
Außenseite seines dem ersten Bauteil zugewandten Endes
aufweist. An der Aufweitlanze ist eine ringförmige Dichtung
angeordnet, welche in Gebrauchsstellung die Ausnehmung nach außen
abdichtet. Der Druckmediumkanal ist rückseitig mit einer
Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden, die zum einen die Aufweitlanze
mit Druckmedium speist und zum anderen für den Innenhochdruck sorgt,
der gegebenenfalls steuerbar variabel sein kann.
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Die
Dichtung kann aus zwei einzelnen Dichtringen bestehen, die voneinander
axial beabstandet sind und den Ausgang oder die Ausgänge
der Aufweitlanze axial einschließen. Das Ende der Aufweitlanze,
das die Dichtringe trägt, ist so beschaffen, dass es gemeinsam
mit den Dichtringen in die Ausnehmung eintauchen kann, wobei die
Dichtringe, die gegenüber der Ausnehmung radial Übermaß aufweisen,
radial an der Wandung der Ausnehmung anliegen. Das Material der
Dichtringe muss so beschaffen sein, dass er hart genug ist, um dem
Innenhochdruck axial standzuhalten, jedoch weich genug, um Fertigungstoleranzen
der Ausnehmung elastisch auszugleichen. Trotzdem ist darauf zu achten,
dass die Wandung der Ausnehmung möglichst qualitativ gut und
sauber ist, so dass sich beim Eintauchen auftretende Verschleißerscheinungen
an den Dichtringen im Rahmen halten. Durch die Verwendung der beiden
Dichtringe ist es möglich, den Fügebereich auf die
axiale Abmessung des zweiten Bauteils zu begrenzen, so dass Aufwertungen
außerhalb des Fügebereichs, die gegebenenfalls
unerwünscht sind, nicht auftreten können.
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Gemäß einer
den apparativen Aufwand für die Vorrichtung verringernden
Variante nach Anspruch 18 besteht die Dichtung nur aus einem einzigen
Dichtring, der an der konzentrisch umgebenden Wandung der Ausnehmung
radial anliegt. Auch mit dieser Variante besteht die Möglichkeit,
die Lanze an den Fügebereich heranzufahren, so dass für
die Umformung des ersten Bauteils, bzw. dessen Wandung der rückseitig
hinter dem Dichtring liegende Abschnitt der Wandung ausgeblendet
wird, also unverformt bleibt. Allerdings ist es denkbar, dass es
zu einer einseitigen Aufwertung der Wandung auf dichtrungsringabgewandter
Seite des zweiten Bauteils kommt, wenn dieses nicht nahe genug am
Grund der Ausnehmung platziert ist. Diese Aufwerfung hat allerdings
keinerlei Auswirkungen auf die Dichtfähigkeit des Dichtrings.
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Eine
andere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht nach Anspruch 19 darin, dass die Dichtung als
Dichtring ausgebildet ist, welcher allerdings nicht radial an der
Wandung der Ausnehmung bzw. des ersten Bauteils sondern an deren
bzw. dessen Stirnseite anliegt. Da der Dichtring nicht in die Ausnehmung
hineingeschoben wird, tritt auch kein reibender Verschleiß an
ihm auf. Des Weiteren muss er auch keinerlei besonderen radialelastischen
Fähigkeiten aufweisen wie die vorhergehenden Varianten
der Vorrichtung. Auch in axialer Richtung ist eine besondere Elastizität
nicht zwingend erforderlich, jedoch muss der Dichtring gegen die
Stirnseite des ersten Bauteils vorspannbar sein um die gewünschte
Dichtigkeit aufzubringen. Daher kann der Dichtring aus einfachen
preiswerten Materialien gebildet sein. Da es zu keinem Reibkontakt
mit der Wandungsinnenseite des ersten Bauteils kommt, spielen die
Qualität der Oberflächeneigenschaften der Innenseite
und Fertigungstoleranzen keine Rolle. Dadurch wird die Herstellung
des Verbundbauteils einfacher und preiswerter. Weiterhin kann die
Breite des Dichtrings so gewählt werden, dass auch bei
einem auftretenden seitlichen Versatz bei einem ungenauen, d. h.
mit der Ausnehmung nicht präzise fluchtenden Andocken des
Dichtrings an das erste Bauteil keine Undichtigkeit auftritt, der
Dichtring umfassend an der Stirnseite zu liegen kommt. Dies führt
dazu, dass die Steuerung für die Bewegung der Aufweitlanze
einfacher gestaltet werden kann. Die Aufweitung des ersten Bauteils
erfolgt mit dieser Vorrichtung über die gesamte Ausnehmung
hinweg. Da – wie erwähnt – der Breite
des Dichtringes nahezu beliebig gewählt werden kann, ist
auch eine Aufweitung der Wandung im Bereich der Stirnseite des ersten
Bauteils kein Anlass für auftretende Undichtigkeiten, weil die
Anlage des Dichtringes an der Stirnseite aufgrund seiner Breite
fortwährend gegeben ist. Da die Aufweitung über
den gesamten Bereich der Ausnehmung stattfindet, kann einerseits
das in die Ausnehmung eintauchende Ende der Aufweitlanze und die
Ausnehmung selbst kürzer ausgebildet werden, was den Herstellungsaufwand
sowohl der Vorrichtung als auch des Verbundbauteils insgesamt verringert.
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Mit
der vorstehenden Vorrichtungsvariante entstehen beim Aufweiten die
genannten Aufwertungen bzw. das so genannte „Auftulpen” des
ersten Bauteils im Bereich seiner Ausnehmung. Hierdurch lässt
sich eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Bauteils nach Anspruch 6 und des entsprechenden erfindungsgemäßen
Verfahrens nach Anspruch 13 bewerkstelligen, wobei die Aufwerfungen
wulstartige Fixierbereiche auf beiden Seiten des zweiten Bauteils
bilden, mittels derer das zweite Bauteil vom ersten Bauteil axial
beidseitig eingefasst ist. Hierdurch wird neben dem im Fügebereich
gebildeten Reibschluss zwischen den beiden Bauteilen auch ein Formschluss
ausgebildet, der den Halt der beiden Bauteile aneinander und damit
die Stabilität des Verbundbauteils weiter verbessert.
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Die
Einfassung kann in einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Bauteils nach Anspruch 7 auch
dadurch erreicht werden, dass das erste Bauteil einen Ringbund mit
einer Stufe aufweist, an der das zweite Bauteil einerseits axial
anschlägt, und dass das zweite Bauteil andererseits an
dem durch Aufweiten des ersten Bauteils entstandenen wulstartigen
Fixierbereich axial anliegt. Die Stufe bildet einen sehr stabilen
Anschlag, wodurch der andererseits des zweiten Bauteils infolge der
Aufweitung sich ausbildende Fixierbereich das zweite Bauteil mit
je nach Aufweitdruck unterschiedlich hoher Axialkraft gegen die
Stufe vorspannend anpressen kann. Hierdurch wird ein besonders starker
Formschluss erzielt, der den Halt der beiden Bauteile aneinander
noch weiter erhöht. Des Weiteren stellt die Stufe ein Positionierungselement
für das zweite Bauteil beim Aufschieben auf das erste Bauteil
dar, so dass das zweite Bauteil in einfacher Weise immer die richtige
Relativlage zum ersten Bauteil einnimmt ohne dass die Lage des zweiten
Bauteils für die Positionierung ständig erfasst
werden muss.
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Beim
Aufweiten des ersten Bauteils außerhalb des Fügebereichs
dehnt sich die Wandung merklich. Falls diese von vorneherein eine
geringe Wandstärke besitzen sollte, ist es möglich,
dass es zum Bersten des ersten Bauteils unter dem Einfluss des Innenhochdrucks,
der – je nach Werkstoffwahl und Wanddicke des elastisch-plastisch
aufzuweitenden Bauteils – mehrere hundert bis ein paar
tausend Bar betragen kann, kommt. Um die Prozesssicherheit des Aufweitverfahrens
jedoch stets zu garantieren, wird nach einer bevorzugten Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verbundbauteils gemäß Anspruch
8 die Wandung des ersten Bauteils lokal mit einer in die Ausnehmung
hineinragenden Verdickung ausgestattet. Durch dieses Materialdepot
kann bei der Aufweitung Werkstoff in Richtung der Aufweitung fließen,
so dass ein Reißen oder Bersten des ersten Bauteils infolge
von Materialausdünnungen verhindert wird. Für
ein derartiges Bauteil kommt verständlicherweise nur die
Vorrichtung in Frage, deren Dichtung stirnseitig am ersten Bauteil
anliegt, da ein Eintauchen eines Dichtrings in die Ausnehmung aufgrund
der Verdickung entweder nicht möglich ist oder bei geringem
Durchmesser des Dichtrings ein Ein tauchen hinter die Materialverdickung
eine Aufhebung der radialen Anlage an der Innenseite der Ausnehmung
und damit eine massive Leckage zur Folge hätte.
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Um
ein Eintauchen der Aufweitlanze und des von ihr getragenen Dichtrings
zu ermöglichen und unabhängig von der Position
des Dichtring in der Ausnehmung trotzdem dem Auftulpen entgegenzutreten,
trägt in einer besonders bevorzugten Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verbundbauteils nach Anspruch
3 bzw. des Verfahrens nach Anspruch 14 das erste Bauteil im Bereich
der Ausnehmung außerhalb des Fügebereiches zumindest
ein vorzugsweise ringförmiges Armierungselement, meist
in Form eines Ringes. Dieser wird vor dem Verbindungsvorgang auf
das erste Bauteil aufgeschoben oder aufgepresst. Mit der Armierung
bleibt das erste Bauteil außerhalb des Fügebereichs
hinsichtlich der Aufweitung unverformt, wodurch eine Materialverdickung
entfallen kann, deren Ausbildung ohnehin herstellungstechnisch beispielsweise
durch Aufstauchen aufwändig wäre. Die Ausnehmung
kann somit geometrisch einfach gestaltet werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verbundbauteils nach Anspruch 4 und des zughörigen Verfahrens
nach Anspruch 16 weist das erste Bauteil im Bereich der Ausnehmung, vorzugsweise
allein im Fügebereich eine materialbedingt höhere
Umformbarkeit auf als außerhalb des Bereichs der Ausnehmung,
vorzugsweise außerhalb des Fügebereiches. Hierdurch
sind nur noch geringere Umformdrücke erforderlich um die
Wandung aufzuweiten, was zu einer apparativen Vereinfachung führt.
Zur Verbesserung der Duktilität des Materials wird das
erste Bauteil zumindest im Bereich der Ausnehmung wärmebehandelt.
Dies kann entweder durch gezielte Wärmezufuhr erfolgen
oder aber das erste Bauteil wird insgesamt erhitzt, dann aber lokal abgeschreckt.
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Zur
weiteren Verbesserung des Halts zwischen den beiden Bauteilen kann
nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungemäßen
Bauteils nach Anspruch 5 bzw. des Verfahrens hierzu nach Anspruch
15 zumindest im Fügebereich die Außenseite des
ersten Bauteils und/oder die Innenseite des zweiten Bauteils strukturiert
ausgebildet sein. Diese Struktur kann entweder im mikroskopischen
Bereich liegen und wird mittels Sand-, Wasser- oder Kugelstrahlen
als Aufrauung der Oberflächen oder mittels Ätzen
oder Laser unter Ausbildung eines Strukturmusters erzeugt. Alternativ
oder zusätzlich kann es sich auch um eine makroskopische
Struktur handeln, die beispielsweise durch eine Rändelung
oder Verzahnung darstellbar ist. Zur Vermeidung oder Verringerung
der Kerbwirkung ist es vorteilhaft, das zweite Bauteil mit einer
radialen Strukturierung zu versehen. Das erste Bauteil kann auch
mit einer axialen Strukturierung ausgebildet werden. Infolge der
Ver pressung beider Bauteile im Fügebereich wird eine mikro- und/oder
makroskopische Verklammerung der Bauteile erreicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein als Welle ausgebildetes erstes Bauteil mit
einer stirnseitigen Aussparung, in die eine Aufweitlanze eingreift,
an welcher eine Radialdichtung befestigt ist und wobei die Aufweitlanze
inkompressibles druckausübendes Medium zuführt,
um im Fügebereich eine elastisch-plastische Verformung
des ersten Bauteils und eine elastische Verformung eines das erste
Bauteil umgebenden zweiten Bauteils zu erreichen, wobei die Verformung
nur in der oberen Hälfte an den entsprechenden Bereichen
des ersten und zweiten Bauteils dargestellt ist,
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2 eine
zweite Ausführungsform der Erfindung mit einer Aufweitlanze,
die eine stirnseitig am ersten Bauteil anliegende Radialdichtung
aufweist,
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3 eine
dritte Ausführungsform, basierend auf der zweiten Ausführungsform,
wobei angrenzend an das zweite Bauteil ein Armierungselement angeordnet
ist und
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4 eine
vierte Ausführungsform, die ebenso wie die 1 bis 3 im
Teilquerschnitt dargestellt ist und eine in die Ausnehmung hinein
stehende Wandverdickung des ersten Bauteils.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren lediglich schematischer
Natur sind und ausschließlich dem Verständnis
der Erfindung dienen sollen. Für die gleichen Elemente
werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In 1 ist
ein Verbundbauteil 1 dargestellt. Das Verbundbauteil weist
ein rotationssymmetrisches längliches erstes Bauteil 2 auf.
Dieses erste Bauteil 2 ist eine Welle, die aus einem vormals
massiven Grundkörper gefertigt wurde. Das erste Bauteil 2 weist
an einem Ende 4 stirnseitig eine zylindrische Ausnehmung 3 auf,
die koaxial zur Welle verläuft. Die Ausnehmung 3 wird
aus dem massiven Grundkörper mittels Kalt-, Warm- oder
Halb warmumformung geschaffen oder durch spanende Prozesse geschaffen. Alternativ
ist auch die Fertigung mittels einer Gusstechnologie denkbar, bei
der die Welle samt Ausnehmung in einem Arbeitsgang gegossen wird
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Ein
zweites Bauteil 5 ist in eine vorher festgelegte definierte
Position im Bereich der Ausnehmung 3 auf die Welle aufgeschoben.
Das zweite Bauteil 5 kann beispielsweise ein Laufrad einer
Turbine, ein Zahnrad, eine Riemenscheibe oder ein Schwungrad sein.
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Zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Presssitzes
wird eine Aufweitlanze 6 verwandt, in der mittig ein axialer
Druckmediumleitkanal 7 verläuft, von dem am Verbundbauteil 1 zugewandten
Ende der Aufweitlanze 6 eine Vielzahl von als Druckmediumleitkanäle
dienende Querbohrungen abzweigen, die in einer Vielzahl von Ausgängen 8 an
der Außenseite der Aufweitlanze 6 ausmünden.
Die Ausgänge 8 liegen zwischen der Stirnseite
des freien Endes der Aufweitlanze 6 und einer ringförmigen
Dichtung 9, die von der Aufweitlanze 6, vorzugsweise
in einer Ringnut eingelassen getragen wird.
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In 1 weist
die Dichtung 9 einen Außendurchmesser auf, der
geringfügig größer dimensioniert ist
als der Innendurchmesser der sacklochartigen Ausnehmung 3.
Die Aufweitlanze 6 taucht nun in die Ausnehmung 3 ein,
wobei die Dichtung 9 elastisch zusammengedrückt
und durch die damit verbundene Vorspannung die gewünschte
Dichtigkeit erreicht wird. Das Lanzenende wird derart positioniert,
dass die Ausgänge 8 im Fügebereich 10,
das heißt unterhalb des zweiten Bauteils 5 zu
liegen kommen. Die Dichtung 9 begrenzt mit der die Aufweitlanze 6 konzentrisch
umgebenden Innenseite der Ausnehmung 3 und deren Grund
einen Druckraum. Hiernach wird über den Druckmediumleitkanal 7 und
die Ausgänge 8 ein Druckfluid wie Öl,
insbesondere Hydrauliköl in die Ausnehmung 3 geleitet,
dessen Ausbreitung mit Pfeilen symbolisiert ist. Dieses wird sodann
mittels einer rückseitig angeschlossenen Fluidhochdruckerzeugungsanlage
gespannt. Aufgrund des fluidischen Innenhochdrucks weitet sich die Wandung 11 des
ersten Bauteils 2, die die Ausnehmung 3 einschließt,
gezielt im Fügebereich 10 auf und plastifiziert,
während sich das zweite Bauteil 5, getrieben durch
die sich aufweitende Wandung 11, gleichzeitig elastisch
verformt. Anschließend wird das Druckfluid entspannt, wodurch
das zweite Bauteil 5 zum ersten Bauteil 1 zurückfedert
und sich dadurch ein sehr starker Reibschluss ergibt. Die Aufweitlanze 6 wird
nun aus der Ausnehmung 3 herausgefahren und das fertig
gestellte Verbundbauteil 1 seiner weiteren Verwendung zugeführt.
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In
einer Variante zum obigen Ausführungsbeispiel liegt die
Dichtung 9, wie in 2 zu ersehen ist,
an der Stirnseite des ersten Bauteils 2 an, wobei der Außendurchmesser
der Dichtung 9 bündig mit der Außenseite
des ersten Bauteils 2 abschließt. Rückseitig
liegt die Dichtung 9 an einem Ringbund der Aufweitlanze 6 an,
wodurch die Dichtung mit hoher Axialkraft gegen die Stirnseite des
ersten Bauteils 2 gedrückt werden kann und dadurch
die Dichtigkeit des Druckraums erzielt. In die Ausnehmung 3 taucht in
diesem Ausführungsbeispiel nur das Ende der Aufweitlanze 6 mit
den Ausgängen 8 ein. Dadurch wird die gesamte
Ausnehmung 3 bzw. die Wandung 11 unter Druck gesetzt
und weitet sich auf.
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In
einer Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 2 wird
in 3 vor dem Aufweitvorgang ein ringförmiges
Armierungselement 12 auf das erste Bauteil 2 geschoben
und zwischen dem zweiten Bauteil 5 und der Stirnseite des
ersten Bauteils 2 positioniert. Durch das Armierungselement 12 wird
eine ungewünschte Aufweitung der Wandung 11 außerhalb des
Fügerbereichs 10 verhindert. Gegebenenfalls kann
das Armierungselement auch ein geteiltes Werkzeug sein, das nach
dem Fügeprozess wieder vom Verbundbauteil entfernt wird.
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Unter
Verzicht auf die Darstellung der Drucklanze 6, sowie der
Dichtung 9 ist eine mit einer in die Ausnehmung hineinragende
Verdickung ausgebildete Wandung 11 in 4 visualisiert.
Durch dieses Materialdepot werden Ausdünnungen der sich
aufweitenden Wandung 11 ausgeglichen, wodurch die Prozesssicherheit
verbessert wird. Zudem liegt das zweite Bauteil 5 an einem
Ringbund mit einer Stufe 13 des ersten Bauteils 2 an.
Auf der von der Stufe 13 entfernten Seite des zweiten Bauteils 5 ist
ein zusätzlicher Fixierbereich 14 dargestellt,
wobei dessen während des Fügevorgangs erreichte
Ausbeulung zur axialen Positionierung des zweiten Bauteils 5 strichliert
dargestellt ist. Durch die Ausbeulung wird das Bauteil 5 gegen
die Stufe 13 gepresst und damit von dieser und dem Fixierbereich 14 in
Vorspannung formschlüssig eingefasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10320747
B4 [0002]
- - DE 68928555 T2 [0003]