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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Anschlussstutzens für einen Behälter eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Anschlussstutzens eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungskatalysators oder eines Anschlussstutzens eines pneumatischen Aktors.
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Derartige Anschlussstutzen dienen zum Anschließen einer Rohrleitung an einen Behälter und werden aus kurzen, dünnen Metallrohren hergestellt, die in der Regel gebogen werden müssen, um in dem knappen Einbauraum eines Automobils einen Anschluss einer Rohrleitung unter einem gewünschten Winkel zu ermöglichen.
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Bei der Herstellung von Anschlussstutzen für Behälter von Kraftfahrzeugen hat sich das Umformen, insbesondere das Biegen, der für den Anschlussstutzen als Halbzeug verwendeten Metallrohre als problematisch und aufwendig erwiesen. Gängige Biegemaschinen, beispielsweise zum Rotationszugbiegen oder zum Freiformbiegen, verursachen entweder hohe Kosten oder arbeiten nicht mit der erforderlichen Präzision.
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Aus der
DE 630 724 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohrbogen bekannt, bei dem ein Metallrohr in einem Kanal eines Werkzeuges angeordnet wird, der durch aufeinanderliegende Nuten gebildet ist, die in zwei aneinander anliegenden Oberflächen von zwei Werkzeughälften verlaufen. In dem Kanal, der eine Biegung aufweist, wird das Metallrohr dann mit einer Presskraft verschoben wird, bis ein Ende des Metallrohrs vor der Biegung und ein zweites Ende des Metallrohrs hinter der Biegung liegt. Die Oberflächen der beiden Werkzeughälften werden schließlich von einander abgehoben und das nun gebogene Metallrohr aus dem Werkzeug entnommen.
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Aus der
DE 196 14 196 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Rohr in einem ersten Schritt mit einem größeren Krümmungsradius gebogen wird, der später in einem zweiten Schritt auf einen kleineren Krümmungsradius reduziert wird, indem ein Rohrendbereich aus der Richtung des Rohrendes gedrückt wird, während die Bogenseitenwand des Rohres festgehalten wird. Während ein Dorn in den Endabschnitt des Rohres eingreift wird dann durch Stauchen ein umlaufender Wulst ausgebildet.
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Aus der
DE 602 15 484 T2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Flanschverbindung bekannt, bei dem ein Endabschnitt eines Rohres aufgeweitet wird, indem ein Formwerkzeug in den Endabschnitt eingeführt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie Anschlussstutzen für Behälter von Kraftfahrzeugen durch Umformen eines Metallrohres besser hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird zum Herstellen eines gebogenen Schlussstutzens ein geradliniges Metallrohr als Halbzeug verwendet, das in einem geradlinigen Abschnitt eines Kanals eines Formwerkzeugs angeordnet wird. Im Anschluss an den geradlinigen Abschnitt weist der Kanal eine Biegung auf. Das Metallrohr wird dann gebogen, indem es in diesem Kanal durch Einwirkung einer Presskraft verschoben wird, bis ein Ende des Metallrohrs vor der Biegung und ein zweites Ende des Metallrohrs hinter der Biegung liegt.
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Das erfindungsgemäß verwendete Werkzeug hat zwei Werkzeughälften, in deren Oberfläche jeweils eine Nut verläuft. Wenn diese beiden Oberflächen an einander anliegen, bilden die aufeinanderliegenden Nuten den Kanal. Indem die beiden Oberflächen der Werkzeughälften von einander abgehoben werden, kann das gebogene Metallrohr aus dem Werkzeug problemlos entnommen werden bzw. ein geradliniges Metallrohr in den geradlinigen Abschnitt der Nut in einer der beiden Werkzeughälften eingesetzt werden. Die Werkzeughälften können beispielsweise als Halbschalen ausgebildet sein.
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Die Presskraft wird bevorzugt mit einem Stift, beispielsweise einem Stempel, aufgebracht, der in den Kanal des Werkzeugs gepresst wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet, um relativ kleine Biegungen zu erzeugen, beispielsweise wenn ein vor der Biegung liegender Abschnitt mit einem hinter der Biegung liegenden Abschnitt ein Winkel von 160° bis 110°, insbesondere 150° bis 130°, einschließt. Bevorzugt hat die erzeugte Biegung des Metallrohres einen Biegeradius, der mindestens so groß wie der Durchmesser des Kanals, also mindestens so groß wie der Außendurchmesser des Metallrohrs, ist. Bevorzugt ist der Biegeradius aber nicht größer als das Dreifache des Kanaldurchmessers und somit auch nicht größer als das Dreifache des Außendurchmessers des Metallrohres, aus dem der Anschlussstutzen hergestellt wird. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren zwar auch für stärkere Biegungen geeignet, jedoch sind die Vorteile einer kostengünstigen Fertigung relativ zu anderen Biegeverfahren dann zunehmend weniger stark ausgeprägt. Je stärker nämlich die Biegung des Kanals in dem Werkzeug ist, desto größer ist die zum Verschieben des Metallrohrs in dem Kanal erforderliche Presskraft.
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Erfindungsgemäß wird nach dem Biegen durch Stauchen eines Endabschnitts des Metallrohres ein umlaufender Wulst gebildet. Der Wulst bildet einen Anschlag, wenn der Anschlussstutzen in eine Öffnung einer Behälterwand gesteckt wird, und erleichtert somit die Montage des Anschlussstutzens an einem Behälter. Bevorzugt greift beim Stauchen des Endabschnitts ein Dorn in diesen Endabschnitt ein. Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand verhindert werden, dass sich das Metallrohr beim Stauchen nach Innen wölbt anstatt nach außen. Ein Dorn, der beim Stauchen an der Innenwand des Metallrohrs anliegt, ist aber nicht unbedingt erforderlich. Falls ein Wandabschnitt des Metallrohrs nach innen einfällt, kann dieser auch später durch Einpressen eines Dorns wieder ausgebeult werden.
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Bevorzugt wird beim Stauchen mit einem Stempel gegen ein Ende des Metallrohres gedrückt, der eine Ausnehmung für einen Endabschnitt des Metallrohres aufweist.
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Diese Ausnehmung ist bevorzugt ringförmig. Vorteilhaft kann der Stempel dann zugleich auch einen Dorn bilden, der in den Endabschnitt eingreift und diesen von innen stützt. Die Ausnehmung kann aber auch zylindrisch geformt sein, wenn der Endabschnitt des Rohres beim Stauchen nicht gestützt werden soll. Bevorzugt verbreitert sich die Ausnehmung an ihrem offenen Ende, um Platz für den durch Stauchen zu erzeugenden Wulst zu schaffen. Das offene Ende der Ausnehmung ist dabei das Ende der Ausnehmung, das in die Stirnfläche des Stempels übergeht. Das offene Ende der Ausnehmung liegt also dem geschlossenen Ende der Ausnehmung gegenüber, nämlich dem Ende der Ausnehmung im Inneren des Stempels.
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Falls das Metallrohr mit einem Stempel gestaucht wird, steckt es währenddessen bevorzugt in einem Kanal, aus dem es mit dem zu verformenden Endabschnitt herausragt. Das Stauchen des Endabschnitts des Metallrohrs kann aber auch unmittelbar im Anschluss an das Biegen vorgenommen werden, bevor das gebogene Metallrohr aus dem gebogenen Kanal des Werkzeugs entnommen wird. Indem nämlich der Kanal, in dem das Metallrohr mit einer Presskraft verschoben wird, einen Anschlag aufweist und eine umlaufende Ausbuchtung für den zu bildenden Wulst, kann mit dem Verschieben des Metallrohrs in dem Kanal zugleich dessen Biegung und auch die Stauchung des Endabschnitts zum Ausbilden eines umlaufenden Wulstes bewirkt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung verschiedener Umformschritte eines Metallrohrs zur Herstellung eines Anschlussstutzens für einen Behälter eines Kraftfahrzeugs;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs mit Metallrohren in verschiedenen Fertigungsstadien;
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Behälters eines Kraftfahrzeugs, nämlich eines Kühlkörpers eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungskatalysators mit Anschlussstutzen.
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In den 1 und 2 sind schematisch die einzelnen Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Anschlussstutzens für einen Behälter eines Kraftfahrzeugs durch Umformen eines Metallrohres sowie ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs für dieses Verfahren dargestellt. Das Verfahren ist besonders gut zum Umformen von Metallrohren geeignet, deren Außendurchmesser 4 mm bis 8 mm und deren Wandstärke 0,5 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,7 mm bis 1,2 mm, beträgt.
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Bei dem Verfahren wird zunächst ein gerades Metallrohr 1a in einem Kanal eines Werkzeugs angeordnet, das zwei in 2 dargestellte Werkzeughälften 2a, 2b aufweist. Der Kanal wird durch aufeinanderliegende Nuten gebildet, die in zwei aneinander anliegenden Oberflächen der beiden Werkzeughälften 2a, 2b verlaufen. Die Werkzeughälften 2a, 2b können beispielsweise als Halbschalen ausgebildet sein. Wenn die beiden Werkzeughälften 2a, 2b voneinander abgehoben sind, wie dies in 2 dargestellt ist, kann ein gerades Metallrohr 1a in die Nut der ersten Werkzeughälfte 2a eingelegt werden. Indem dann die zweite Werkzeughälfte 2b auf die Oberfläche der ersten Werkzeughälfte 2a gelegt wird, bilden die Nuten der beiden Werkzeughälften 2a, 2b einen Kanal, in dem dann das Metallrohr 1a angeordnet ist.
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Wie die 1 und 2 zeigen, weist der Kanal eine Biegung auf. Zum Biegen des Metallrohrs 1a wird dieses mit einer Presskraft in dem Kanal verschoben, bis ein Ende des Metallrohrs vor der Biegung und ein zweites Ende des Metallrohrs hinter der Biegung liegt. In den 1 und 2 ist ein gebogenes Metallrohr 1b, wie es sich nach diesem Fertigungsschritt ergibt, dargestellt. Das beschriebene Verfahren ist besonders gut geeignet, um Metallrohre um 10° bis 80°, vorzugsweise 20° bis 70°, insbesondere 30° bis 60°, zu biegen. Dies bedeutet, dass ein vor der Biegung liegender Abschnitt mit einem hinter der Biegung liegenden Abschnitt bevorzugt einen Winkel von 160° bis 110°, vorzugsweise 150° bis 130°, einschließt. Bei dem dargestellten Beispiel schließen gerade Abschnitte des Kanals vor und hinter der Biegung einen Winkel von etwa 145° ein.
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Um die Presskraft auf das Metallrohr 1a auszuüben, kann ein Stift, der in den Figuren nicht dargestellt ist, in den Kanal eingeführt werden.
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Nach dem Biegen des Metallrohrs 1a können die Oberflächen der beiden Werkzeughälften 1a, 1b von einander abgehoben und das nun gebogene Metallrohr 1b aus dem Werkzeug entnommen werden. In einem weiteren Umformschritt wird durch Stauchen eines Endabschnitts des Metallrohres 1b ein umlaufender Wulst 3 gebildet. In 3 ist das Ergebnis dieses Umforschrittes als Metallrohr 1c mit einem Wulst 3 dargestellt.
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An sich könnte dieser Umformschritt auch in unmittelbarem Anschluss an den Biegeschritt durchgeführt werden, ohne dass das gebogene Metallrohr 1b aus dem gebogenen Kanal des Werkzeugs entnommen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Metallrohr zum Stauchen des Endabschnitts aber in einen anderen Kanal gelegt, aus dem es mit dem zu stauchenden Endabschnitt herausragt. Dieser Kanal ist ebenfalls durch aufeinander liegende Nuten von zwei aneinander anliegenden Oberflächen von zwei Werkzeughälften gebildet. Dabei kann es sich um dieselben Werkzeughälften wie bei dem vorausgehenden Biegeschritt handeln oder um ein separates Werkzeug, das beispielsweise aus zwei weiteren Halbschalen besteht.
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Zum Stauchen kann beispielsweise mit einem nicht dargestellten Stempel auf den aus dem Kanal herausragenden Endabschnitt des Metallrohres eingewirkt werden. Dabei verhindert ein Anschlag an dem vom Stempel abgewandten Ende des Metallrohres, dass das Metallrohr der von dem Stempel aufgebrachten Presskraft ausweicht. Der Stempel hat in seiner Stirnseite eine Ausnehmung für den zu stauchenden Endabschnitt des Metallrohres. Diese Ausnehmung ist bevorzugt ringförmig, so dass der Stempel zugleich auch einen Dorn bildet, der beim Stauchen in den Endabschnitt des Metallrohres eingreift und diesen von innen stützt. Die Ausnehmung des Stempels kann sich zu dem Kanal hin verbreitern. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Kanal des Werkzeugs zu dem Stempel hin verbreitern. Durch eine solche Verbreiterung kann ein definierter Raum vorgegeben werden, in den beim Stauchen des Endabschnitts des Metallrohres der Wulst 3 hinein wächst. Anstatt einen definierten Raum für den Wulst 3 vorzugeben, kann der Hub des Stempels aber auch einfach in einem Abstand von dem Ende des Kanals enden.
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In einem weiteren Fertigungsschritt wird ein Endabschnitt am anderen Ende des Metallrohrs umgeformt. Dazu kann das gebogene und durch Stauchen mit einem Wulst 3 versehene Metallrohr 1c in einen weiteren Kanal des Werkzeugs oder eines separaten Werkzeugs gelegt werden. Auch dieser Kanal ist durch aufeinanderliegende Nuten gebildet, die in einer zueinander anliegenden Oberfläche von zwei Werkzeughälften 2a, 2b verlaufen. Das umzuformende Ende des gebogenen und gestauchten Metallrohrs ragt dann aus diesem Kanal heraus, der sich zu diesem Ende hin aufweitet. Dieser herausragende Endabschnitt des Metallrohres wird dann aufgeweitet, beispielsweise durch Einpressen eines nicht dargestellten Stifts. In einem abschließenden Fertigungsschritt wird der aufgeweitete Rand des Metallrohrs dann nach innen gedrückt und so der fertige Anschlussstutzen 1d erzeugt. Bevorzugt wird dadurch ein konischer Endabschnitt 4 des Anschlussstutzens erzeugt. Ein solcher Endabschnitt 4 erleichtert das Anschließen einer Rohrleitung an den Anschlussstutzen.
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Die Reihenfolge, in der die beiden Endabschnitte des gebogenen Metallrohres umgeformt werden, ist beliebig. Anstatt zuerst den Wulst 3 und danach den konischen Endabschnitt 4 zu erzeugen, kann man ebenso gut auch zuerst den konischen Endabschnitt und danach den Wulst 3 herstellen.
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3 zeigt ein Beispiel einer Verwendung des so hergestellten Anschlussstutzens montiert an einen Behälter, nämlich an einem Kühlkörper 5 eines Dosiermoduls eines Abgasreinigungskatalysators eines Kraftfahrzeugs. Der Kühlkörper 5 hat einen Kühlwassereinlass und einen Kühlwasserauslass, die jeweils mit einem Anschlussstutzen 1d versehen sind, um das Anschließen einer Rohrleitung zu erleichtern. Die Anschlussstutzen 1d stecken mit einem Ende in der Wand des Behälters, an der sie mit dem Wulst 3 anliegen und sind dort stoffschlüssig mit der Behälterwand verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- gerades Metallrohr
- 1b
- gebogenes Metallrohr
- 1c
- gebogenes und gestauchtes Metallrohr
- 1d
- Anschlussstutzen
- 2a
- Werkzeughälfte
- 2b
- Werkzeughälfte
- 3
- Wulst
- 4
- Endabschnitt
- 5
- Kühlkörper
