DE19915382A1 - Rohrartige Verbindung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bilden einer rohrartigen Komponente, die wenigstens ein erstes rohrartiges Element enthält, das Ende an Ende mit einem zweiten rohrartigen Element verbunden wird, welches Verfahren enthält das Anordnen eines Endteils des ersten rohrartigen Elements innerhalb eines Endteils des zweiten rohrartigen Elements, um dadurch jeweilige innere und äußere überlappende Endteile zu bestimmen, Hydroformen der überlappenden Endteile, um den inneren Endteil in einen Fläche-an-Fläche-Kontakt mit dem äußeren Endteil radial aufzuweiten und in dem Bereich der aufgeweiteten überlappenden Endteile gemeinsames Deformieren der inneren und äußeren Endteile, um eine oder mehrere mechanische Verriegelungsausbildungen zum Verhindern einer relativen axialen Bewegung zwischen den ersten und zweiten rohrartigen Elementen zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von rohrartigen Elementen und ein Produkt, das aus rohrartigen Elementen gebildet ist, die durch das Verfahren verbunden wurden.

Bei der Konstruktion von rohrartigen Komponenten, wie Strukturkomponenten für ein Fahrzeug, ist es oft wünschenswert, ein Paar rohrartiger Elemente Ende an Ende zu verbinden. Herkömmlicherweise wird dies durch Verschweißen oder Ver­ nieten der rohrartigen Elemente miteinander erzielt.

Jedoch kann, wo die Materialien der Rohre verschieden sind, ein Verbinden durch Schweißen oder Löten aufgrund der Inkompatibilität der Materialien nicht möglich sein. Zum Beispiel wie im Fall von Stahl und Aluminium.

Zusätzlich können die verschiedenen Materialien reaktiv sein und gegenseitige Korrosion verursachen, wenn sie in Kontakt sind. Wiederum können rohrartige Elemente aus derartigen Materialien nicht durch herkömmliche Schweiß- oder Löttechniken verbunden werden.

Ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbin­ den rohrartiger Elemente zu schaffen, die aus unterschiedlichem Material sein können, und welches Nachteile überwindet, die aus der Inkompatibilität der ver­ schiedenen Materialien entstehen.

Entsprechend ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, strukturelle rohrartige Komponenten zu konstruieren, die rohrartige Elemente aus verschiedenen Mate­ rialien haben, die Ende an Ende verbunden sind. Zum Beispiel kann ein rohrarti­ ges Element, das aus Stahl gebildet ist, mit einem rohrartigen Element verbunden werden, das aus Aluminium gebildet ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer rohrartigen Komponente geschaffen, die wenigstens ein erstes rohrartiges Element enthält, das Ende an Ende mit einem zweiten rohrartigen Element ver­ bunden wird, welches Verfahren enthält das Anordnen eines Endteils des ersten rohrartigen Elements innerhalb eines Endteils des zweiten rohrartigen Elements, um dadurch jeweilige innere und äußere überlappende Endteile zu bestimmen, Hydroformen der überlappenden Endteile, um den inneren Endteil radial in einen Fläche-an-Fläche-Kontakt mit dem äußeren Endteil radial aufzuweiten, und in dem Bereich der aufgeweiteten überlappenden Endteile gemeinsames Deformie­ ren der inneren und äußeren Endteile, um eine oder mehrere mechanische Ver­ riegelungsausbildungen zum Verhindern einer relativen axialen Bewegung zwi­ schen den ersten und zweiten rohrartigen Elementen zu bestimmen.

In dieser Beschreibung enthält der Ausdruck "Hydroformen" jegliches Formverfah­ ren, das ein hydraulisches Druckfluid zum Verformen eines Elementes verwendet; das hydraulische Druckfluid kann ein Feststoff sein, wie kleine feste Kugeln, die kollektiv wie ein Fluid wirken, eine Flüssigkeit, wie geeignetes Öl, oder ein Gas, wie Dampf. Das Hydroformverfahren wird innerhalb eines Gesenks ausgeführt und kann bei kalten oder warmen Temperaturen ausgeführt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein erstes rohrartiges Element, das Ende an Ende mit einem zweiten rohrartigen Element durch eine Anschlußverbindung verbunden ist, welche Verbindung innere und äu­ ßere überlappende Endteile enthält, die aus jeweils den ersten und zweiten rohr­ artigen Elementen gebildet sind, welche inneren und äußeren Endteile radial aus­ geweitet sind in einen Fläche-an-Fläche-Kontakt durch eine Hydroformdeformati­ on, und eine oder mehrere mechanische Verriegelungsausbildungen geschaffen, die durch gemeinsames Deformieren der überlappenden Endteile bestimmt sind.

Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Be­ zugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer strukturellen rohrartigen Komponente ist, die ein Paar rohrartige Elemente enthält, die gemäß der vorlie­ genden Erfindung miteinander verbunden sind,

Fig. 2 eine längsgeschnittene Teilansicht ist, die längs der Linie II-II in der Fig. 1 herangezogen wurde,

Fig. 3 eine schematische, aufgebrochene, perspektivische Teilansicht ist, die ein Ende eines rohrartigen Elements nach dem Verbinden zeigt,

Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Hydroformgesenks ist, das einen Stempel zum Bilden einer mechanischen Verriegelungsausbildung ent­ hält, und

Fig. 5 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Hydroformgesenks, ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei rohrartige Elemente oder Rohre 12, 14 miteinander in einer Ende-an-Ende-Weise durch eine Verbindung 16 zum Kombinieren verbunden, um eine zusammengesetzte rohrartige Komponente 15 zu bilden, welche eine gewünschte strukturelle Integrität längs ihrer gesamten Länge hat.

Entsprechend ist die Verbindung 16 gebildet, um eine relative axiale Bewegung der rohrartigen Elemente 12, 14 zu verhindern und auch eine relative Drehung dazwischen um ihre Längsachsen zu verhindern. Die verbundenen Rohre 12, 14 sind daher in der Lage, Zugbelastungen, die bestrebt sind, die Rohre 12, 14 axial auseinanderzuziehen, Druckbelastungen, die bestrebt sind, die Rohre 12, 14 axial aufeinander zu zudrücken, und Torsionsbelastungen aufzunehmen, die bestrebt sind, eine relative Drehung zwischen den Rohren 12, 14 zu verursachen.

Es ist daher möglich, rohrartige Komponenten, die aus verbundenen Rohren 12, 14 bestehen, bei einer Vielzahl von Anwendungen zu verwenden. Zum Beispiel können sie als strukturelle Komponente bei der Fahrzeugherstellung oder zum Beispiel als eine Antriebsübertragungswelle verwendet werden.

Die Verbindung 16 ist durch einen Endteil 14a des Rohrs 14 bestimmt, der inner­ halb eines Endteils 12a des Rohrs 12 aufgenommen ist, so daß der Endteil 12a überlappt und den Endteil 14a umgibt. Gemäß der Erfindung sind die überlappen­ den Endteile 12a, 14a derart ausgebildet, daß die Außenfläche 14b der internen Endausbildung 14a in einem Fläche-an-Fläche-Kontakt mit der Innenfläche 12b der externen Endausbildung 12a ist.

Vorzugsweise ist die Querschnittsform der internen und externen Endteile 12a, 14a nicht kreisartig, um eine mechanische Wechselwirkung zum Verhindern einer relativen Drehung zwischen den Rohren 12, 14 zu erzeugen.

Um eine axiale Trennung der Rohre 12, 14 zu verhindern, sind mechanische Ver­ riegelungsausbildungen 20 an ausgewählten Orten im Bereich der Überlappung zwischen den überlappenden Endteilen 12a, 14a, vorgesehen. Die mechanischen Verriegelungsausbildungen 20 können die Form von Rippen 21 annehmen, die allgemein in der Umfangsrichtung der Rohre 12, 14 verlaufen. Rippen 21 können vollständig um den Umfang verlaufen oder viele sich nur teilweise um den Umfang verlaufen. Einige Rippen 21 können vorgesehen sein, die axial voneinander längs der Rohre 12, 14 beabstandet sind.

Die mechanischen Verriegelungsausbildungen können auch in der Form von Ver­ tiefungen 23 sein. Die Vertiefungen 23 können sowohl umfangsmäßig, als auch axial voneinander beabstandet sein. Die Anzahl von Rippen 21 und/oder Vertie­ fungen 23, die vorgesehen sind, und ihre Anordnungen, werden gewählt unter Berücksichtigung des Widerstandswertes, der zum Aufnehmen axial angewandter Belastungen erforderlich ist.

Es ist vorstellbar, daß Verbindungszusammensetzungen zwischen den Innen- und Außenflächen 12b, 14b entsprechend angeordnet werden können, um die me­ chanischen Verriegelungsausbildungen zu ergänzen.

Es ist auch vorstellbar, daß eine Isolationsschicht, wie eine Metallfolie, zwischen Innen- und Außenflächen 12b, 14b entsprechend angeordnet sein kann, um die Rohrendteile 12a, 14a physikalisch voneinander zu isolieren und dadurch eine Barriere zu bestimmen, um eine Reaktion zwischen den Materialien der jeweiligen Rohre 12, 14 zu verhindern.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verbindung 16 durch eine Hydroformverfahren gebildet; das Hydroformverfahren verwendet entweder heißes oder kaltes Fluid.

Um die Verbindung 16 zu erzeugen, wird ein Ende des Rohrs 14 in ein Ende des Rohrs 12 eingeführt und werden beide Rohre 12, 14 in einem Hydroformgesenk angeordnet. Das Hydroformen wird wenigstens in dem Bereich des überlappen­ den Bereichs der Rohre 12, 14 ausgeführt, wodurch der Endteil 14a des Rohrs 14 veranlaßt wird, sich radial auswärts aufzuweiten, um gegen die Innenfläche 12b des Rohrs 12 zu drücken. Danach veranlaßt ein weiteres radiales Aufweiten beide Endteile 12a, 14a, sich zusammen auswärts aufzuweiten, um die Form des um­ gebenden Gesenks anzunehmen.

Es ist vorstellbar, daß die Verriegelungsausbildungen 20 gleichzeitig während des radialen Ausdehnens der Endteile 12a, 14a durch das Vorsehen von geeignet geformten Vorsprüngen ausgebildet werden können, die in dem Gesenk ausgebil­ det sind.

Diese Weise des Formens der mechanischen Ausbildungen 20 ist bei Lösungen geeignet, bei denen ein axialer Fluß der Rohre 12, 14 während des Hydroform­ verfahrens nicht erforderlich ist.

In Situationen, in denen ein axialer Fluß der Rohre 12, 14 während des Hydro­ formverfahrens erforderlich ist, zum Beispiel für die Ausbildung von tiefen Vor­ sprüngen 30 (Fig. 5), ist es vorstellbar, daß das Hydroformverfahren vor dem Formen der Verriegelungsausbildungen 20 abgeschlossen ist. In dieser Hinsicht wird der Bereich 31 des Gesenks entsprechend dem Bereich der Überlappung zwischen den Rohren 12, 14 ohne Verriegelungsausbildungsvorsprünge glatt be­ lassen und behindert somit den axialen Fluß der Rohre 12, 14 während des Hy­ droformverfahrens nicht.

Entsprechend waren nach Abschluß des Hydroformverfahrens die Endteile 12a, 14a radial aufgeweitet, um in gegenseitigem Fläche-an-Fläche-Kontakt zu sein, werden aber keine mechanischen Verriegelungsausbildungen 20 zum Verhindern einer relativen axialen Bewegung zwischen den Rohren 12, 14 enthalten.

Vorzugsweise werden die mechanischen Verriegelungsausbildungen 20 nach dem Hydroformverfahren durch eine Mehrzahl von Stempeln 33 erzeugt, die im Bereich 31 des Gesenks liegen. Vorzugsweise werden die Stempel 33 aktiviert, um mechanische Verriegelungsausbildungen 20 in die überlappenden Endteile 12a, 14a zu prägen, während Fluid, das für das Hydroformverfahren verwendet wird, unter Druck innerhalb der Rohre 12, 14 gehalten wird. Dies ermöglicht es, daß relativ genau geformte und tiefe Verriegelungsausbildungen hergestellt wer­ den.

Es ist zu verstehen, daß dieses Verfahren des Herstellens von Verriegelungsaus­ bildungen 20 verwendet werden kann für Verbindungsrohre 12, 14, für die es wäh­ rend des Hydroformverfahrens nicht erforderlich ist, axial zu fließen.

Es ist zu verstehen, daß die axial Länge L des überlappenden Bereichs der End­ teile 12a, 14a normalerweise gewählt wird, um lang genug zusein, um eine strukturelle Integrität zwischen den Rohren 12, 14 zu ergeben. Jedoch ist es zu verstehen, daß der überlappende Bereich aus zwei Materialschichten zusammen­ gesetzt ist und so hinsichtlich des Rests der Rohre 12, 14 verstärkt ist. Dieser Bereich kann daher nützlich bei Anwendungen verwendet werden, wo eine Ver­ stärkung in einem Strukturelement, zum Beispiel einem Scharnierverankerungs­ bereich bei einer Fahrzeugtürsäule erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung erzeugt eine Verbindung 16, die eine mechanische Verbindung zwischen den verbundenen Rohren 12, 14 bereitstellt. Entsprechend kann das Material der Rohre 12, 14 dasselbe oder unterschiedlich sein. Bei Ver­ schiedenheit ist die Wahl der Kombination von Materialien, die verbunden werden können, weder durch Schweiß- oder Lötkompatibilität, noch, wenn eine Barriere­ schicht verwendet wird, durch korrosive Reaktivität zwischen den Materialien be­ schränkt.

Wenn die Materialien der Rohre 12, 14 verschieden sind, ist es bevorzugt, daß das Rohr 12 aus dem weniger leicht ausdehnbaren Material gebildet ist, so daß während des Hydroformverfahrens das leichter ausdehnbare Material innerhalb des Rohrs 12 liegt und somit eine Fluiddichtung zwischen den Flächen 12b, 14b während des radialen Aufweitens aufrecht erhält.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bilden einer rohrartigen Komponente, die wenigstens ein er­ stes rohrartiges Element enthält, das Ende an Ende mit einem zweiten rohr­ artigen Element verbunden wird, welches Verfahren enthält das Anordnen eines Endteils des ersten rohrartigen Elements innerhalb eines Endteils des zweiten rohrartigen Elements, um dadurch jeweilige innere und äußere überlappende Endteile zu bestimmen, Hydroformen der überlappenden Endteile, um den inneren Endteil in einen Fläche-an-Fläche-Kontakt mit dem äußeren Endteil radial aufzuweiten, und in dem Bereich der aufgeweiteten überlappenden Endteile gemeinsames Deformieren der inneren und äuße­ ren Endteile, um eine oder mehrere mechanische Verriegelungsausbildun­ gen zum Verhindern einer relativen axialen Bewegung zwischen den ersten und zweiten rohrartigen Elementen zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mechanischen Verriegelungsausbil­ dungen gleichzeitig mit der radialen Aufweitung der überlappenden Endteile während des Hydroformverfahrens gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mechanischen Verriegelungsausbil­ dungen anschließend an den Abschluß des Hydroformverfahrens ausgebil­ det werden, welches zur vollständigen radialen Aufweitung der überlappen­ den Endteile führt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mechanischen Verriegelungsausbil­ dungen durch einen oder mehrere Stempel gebildet werden, die betrieben werden, um eine gemeinsame Deformation der überlappenden Endteile zu verursachen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Betrieb von dem einem oder mehre­ ren Stempeln ausgeführt wird, während Fluid, das beim Hydroformverfahren verwendet wird, unter Druck innerhalb der rohrartigen Elemente gehalten wird.

6. Verfahren nach jeglichem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material zum Ausbilden des ersten rohrartigen Elements ausgewählt ist, um dasselbe zu sein, wie das Material zum Ausbilden des zweiten rohrartigen Elements.

7. Verfahren nach jeglichem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material zum Ausbilden des ersten rohrartigen Elements ausgewählt ist, um vom Material zum Ausbilden des zweiten rohrartigen Elements verschieden zu sein.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Wanddicke des ersten Rohrs ausgewählt ist, um dieselbe zu sein wie die oder verschieden zu sein von der Wanddicke des zweiten Rohrs.

9. Verfahren nach jeglichem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Barriere­ schicht zwischen den inneren und äußeren Endteilen vor der radialen Auf­ weitung angeordnet wird.

10. Rohrartige Komponente, enthaltend wenigstens ein erstes rohrartiges Ele­ ment, das Ende an Ende mit einem zweiten rohrartigen Element durch eine Anschlußverbindung verbunden ist, welche Verbindung innere und äußere überlappende Endteile enthält, die aus jeweils den ersten und zweiten rohr­ artigen Elementen gebildet sind, welche inneren und äußeren Endteile radial aufgeweitet sind in einen Fläche-an-Fläche-Kontakt durch eine Hydroform­ deformation, und eine oder mehrere mechanische Verriegelungsausbildun­ gen, die durch gemeinsames Deformieren der überlappenden Endteile be­ stimmt sind.