DE19957508C1 - Vorrichtung zum Fügen von Fügeteilen auf Hohlprofile mittels fluidischen Innenhochdruckes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fügen von mit einer Durchgangsöffnung versehenen Fügeteilen auf Hohlprofile durch partielle Aufweitung der Hohlprofile an der Stelle der mit der Durchgangsöffnung aufgeschobenen Fügeteile mittels fluidischem Innenhochdruck. Die Vorrichtung umfaßt eine Aufweitlanze, die in das Hohlprofil hineinschiebbar ist und eine Axialbohrung zur Führung des Druckfluids aufweist, welche zum einen mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden ist und zum anderen einen Querkanal mit einem Austritt für das Druckfluid zur aufzuweitenden Stelle des Hohlprofils hin besitzt. Auf der Mantelfläche der Aufweitlanze sind voneinander beabstandete Dichtungselemente angeordnet, die den Austritt axial beidseitig hochdruckfest abdichtend begrenzen. Um das Fügen von Fügeteilen auf Hohlprofile mittels partieller Innenhochdruckumformung auch bei geringen Außendurchmessern der Hohlprofile mittels einer Aufweitlanze prozeßsicher zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, die Aufweitlanze aus zwei gesonderten miteinander fluchtenden länglichen Bauteilen zu bilden, von denen mindestens eines die Axialbohrung trägt, welche an dessen austrittsnahen Stirnseite frei ausmündet, und die mit ihren einander zugewandten Stirnseiten gemeinsam den Querkanal zur Axialbohrung der Aufweitlanze ausbilden. Die Vorrichtung beinhaltet des weiteren eine Antriebseinrichtung, mittels der die beiden Bauteile in das jeweils zugewandte Hohlprofilende hinein verfahrbar und während der ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fügen von Fügetei­ len auf Hohlprofile mittels fluidischen Innenhochdruckes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 37 16 986 A1 be­ kannt. Hierbei wird das Hohlprofil plastisch mittels fluidi­ schem Innenhochdruck an der Fügestelle aufgeweitet, wobei das massivere Fügeteil gleichzeitig innerhalb der elastischen Gren­ zen aufgeweitet wird. Nach Entspannung des Hochdruckes federt das Fügeteil am Innendurchmesser seiner Durchgangsöffnung zu­ rück, während das Hohlprofil in seinem plastifizierten Zustand verbleibt. Durch diese physikalischen Gegebenheiten wird ein sehr hoher nahezu unlösbarer Preßverbund zwischen dem Fügeteil und dem Hohlprofil erreicht. Die dazu verwandte und dort be­ schriebene Aufweitlanze ist im Betrieb, d. h. bei einem beste­ henden Innenhochdruck auf Zug extrem stark beansprucht, so daß konstruktive Maßnahmen wie beispielsweise eine Vergrößerung des Verhältnisses des Lanzendurchmessers zum Durchmesser der in der Aufweitlanze verlaufenden und das Druckfluid führenden Axial­ bohrung ergriffen werden müssen, um ein Reißen der Aufweitlanze zu verhindern und so eine Prozeßsicherheit beim Fügen von Füge­ teilen auf Hohlprofile zu gewährleisten. Trotzdem unterliegt die Lanze aufgrund der hohen Zugbeanspruchung, bzw. der mecha­ nischen Wechselbeanspruchung Zug-Entlastung im Laufe der Be­ triebsdauer der Aufweitlanze einem relativ hohen Verschleiß, wodurch ab einer bestimmten Einsatzzeit aufwendige Reparaturen an der Lanze notwendig oder ein kostspieliger Ersatz durch eine gleichartige neue Lanze erforderlich werden. Des weiteren sind Hohlprofile von geringem Außendurchmesser, d. h. unter 16 mm nicht mittels der herkömmlichen Technik prozeßsicher fügbar, da der Einsatz der dazu entsprechend dünnen (unter 10 mm Außen­ durchmesser) Aufweitlanzen schon nach wenigen Aufweitvorgängen (durch ihre Schnelligkeit im Fachjargon "Schüsse" genannt) im Prozeßablauf zu einem Abreißen der Lanze führt, was unweigerlich einen Pro­ duktionsstillstand und ein Ausschußteil zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß das Fügen von Füge­ teilen auf Hohlprofile mittels partieller Innenhochdruckumfor­ mung auch bei geringen Außendurchmessern der Hohlprofile mit­ tels einer Aufweitlanze prozeßsicher möglich ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1 gelöst.

Dank der Erfindung wird eine Zugbelastung der Aufweitlanze um­ gangen. Die beiden Bauteile der Lanze werden nur auf Druck be­ ansprucht, so daß ein Reißen der Lanze verhindert wird. Da es durch die erfindungsgemäße Lösung nun nicht mehr auf die Stabi­ lität der Lanze hinsichtlich ausreichend starken "Fleisches" ankommt, kann die Aufweitlanze sehr klein in ihrem Außendurch­ messer und der Axialbohrung dimensioniert werden und trotzdem prozeßsicher arbeiten. Damit können Fügeteile auch auf Hohlpro­ file geringen Außendurchmessers mittels partiellen Innenhoch­ druckumformens über die Druckfluid führende Aufweitlanze in ge­ wünschter Weise gefügt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorzugsweise ein se­ quentielles Fügen ausgeführt. Das bedeutet, daß nacheinander jede einzelne Fügestelle entlang des Hohlprofiles durch Ver­ schiebung der Aufweitlanze innerhalb des Hohlprofiles angefah­ ren wird und aufgeweitet wird. Bei wenigen Fügeteilen weist diese Fügeart kaum höhere Taktzeiten auf als das Fügen der Tei­ le in einem Schuß. Des weiteren ist es verfahrensgünstig, daß sich aufgrund der kleinen Fluidvolumina, die beim sequentiellen Fügen benötigt werden, auch die Zeit zum Fluidhochdruckaufbau sehr kurz ist. Weiterhin vereinfacht sich der Aufbau der Auf­ weitlanze gegenüber der herkömmlichen erheblich.

So ist keine Leckagebohrung zum Abführen der Fluidmenge aus dem Hohlprofil nach außen, die an der die Aufweitstelle beidseitig in axialer Richtung abdichtenden Dichtungsanordnung vorbei in den druckfreien angrenzenden Ringspalt kriecht oder bei Versa­ gen der bisherigen Dichtung die Gefahr einer Aufweitung zwi­ schen den Fügeteilen erbringt, erforderlich, da im Leckagefall das Druckfluid - bei entsprechender konstruktiver Konzeption des Dichtungsträgers zum Duchlaß eines ausreichend großen Fluidvolumens - ungehindert nach außen dringen kann. Darüber hinaus wird in diesem Zusammenhang durch die Erfindung er­ reicht, daß das Hochdruck-Aggregat einfacher gestaltet werden kann, da dieses nun nicht mehr zwingend eine Druckabfallerken­ nung benötigt. Zudem kann auf Distanzhülsen und Positionie­ rungsanschläge verzichtet werden. Weiterhin ist es wesentlich einfacher, durch konstruktive Auslegung der Aufweitlanze die herstellungsbedingten Rundlauffehler am Innendurchmesser des Hohlprofiles auszugleichen, da nur noch der einzige Aufweitbe­ reich der Aufweitlanze fehlertoleranzentsprechend ausgestaltet werden muß. Dies trägt zur vereinfachten Gestaltung der Auf­ weitlanze wie auch zum Einsatz von weniger präzise gearbeiteten und daher kostengünstigeren Hohlprofilen bei. Ein weiterer we­ sentlicher Vorteil der Zweiteiligkeit der Aufweitlanze ist, daß die beiden Bauteile axial variabel voneinander beabstandet wer­ den können, so daß mit nur einer Dichtungsanordnung am Hohlpro­ fil Aufweitungen mit unterschiedlicher Länge gebildet werden können. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Höhe des Fluiddruckes auf die verschiedenen Aufweitungsstellen und deren gewünschte Endform individuell maßzuschneidern.

Selbstverständlich ist natürlich auch möglich, einen oder beide Bauteile der Lanze mit weiteren Querbohrung zu versehen, so daß mehrere Stellen des Hohlprofiles - wie gehabt - gleichzeitig in einem Schuß aufgeweitet werden können. Der übliche Lanzenkopf entfällt hierbei. Jedoch entfallen auch die vorbeschriebenen Vorteile des sequentiellen Fügens.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt die Figur eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung in Gebrauchslage in einem seitlichen Längsschnitt.

In der Figur ist eine Vorrichtung 1 zum Fügen von mit einer Durchgangsöffnung 2 versehenen Fügeteilen, beispielsweise Noc­ ken 3 und 4, auf Hohlprofile, beispielsweise einer Hohlwelle 5 zur Bildung einer Nockenwelle dargestellt, die mittels fluidi­ schem Innenhochdruck arbeitet und durch partielle Aufweitung der Hohlwelle 5 an der Stelle der mit der Durchgangsöffnung 2 aufgeschobenen Nocken 3 und 4 die in einem sehr starken Preß­ verbund endenden Fügung erwirkt.

Die Vorrichtung 1 beinhaltet eine Aufweitlanze 6, die in die Hohlwelle 5 hineingeschoben ist und aus zwei gesonderten mit­ einander fluchtenden länglichen Bauteilen 7 und 8 besteht. In beiden Bauteilen 7, 8 verläuft zentral eine Axialbohrung 9, in der das Druckfluid geführt wird und die einen Einlaß 10 am län­ geren Bauteil 7 aufweist. Der Einlaß 10 ist mit einer Fluid­ hochdruckerzeugungsanlage verbunden und liegt in Einschiebelage der beiden Bauteile 7, 8 in der Hohlwelle 5 außerhalb der zu fü­ genden Hohlwelle 5. Die Axialbohrung 9 weist des weiteren am kürzeren Bauteil 8 einen Auslaß 11 nach außen auf, der in Ein­ schiebelage der beiden Bauteile 7, 8 in der Hohlwelle 5 eben­ falls außerhalb der zu fügenden Hohlwelle 5 liegt. Durch die beschriebene Anordnung von Einlaß 10 und Auslaß 11 wird eine schnelle und luftblasenfreie Befüllung der Aufweitlanze 6 und des ringförmigen Aufweitraumes 12 mit Druckfluid an der aufzu­ weitenden Stelle der Hohlwelle 5 ermöglicht. Der Auslaß 11 be­ sitzt ein Sperrventil 13, das zum Durckaufbau während der Auf­ weitung geschlossen ist und zur schnellen Druckentspannung nach der Aufweitung geöffnet wird.

Alternativ kann die Axialbohrung 9 auch nur im Bauteil 7 ver­ laufen, wobei dieses zusätzlich zu dem Einlaß 10 auch den Aus­ laß 11 aufweisen muß. Das Bauteil 8 weist demnach keine Bohrun­ gen auf und ist daher einfacher zu fertigen. Denkbar ist auch, daß beide Bauteile 7 und 8 jeweils einen Auslaß 11 und einen Einlaß 10 besitzen und somit das Bauteil 8 gleichfalls mit ei­ ner Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden sein. Dadurch kann die Befüllung mit Druckfluid und Druckentspannung besonders schnell vonstatten gehen.

Die Vorrichtung 1 kann einen Druckspeicher enthalten, der zwi­ schen die Fluidhochdruckerzeugungsanlage und dem Einlaß 10 der Axialbohrung 9 fluidisch zwischengeschaltet ist. Durch den Druckspeicher werden Druckschwankungen der Fluidhochdruckerzeu­ gungsanlage geglättet, so daß das Maß der Aufweitung sehr prä­ zise eingestellt werden kann. Gegebenenfalls wird zudem die Prozeßsicherheit weiter verbessert, da hohlwellenschädigende Druckpeaks nicht mehr auftreten. Des weiteren kann der Druck­ speicher im genannten Ausführungsbeispiel mit zwei Einlässen - jeweils einem in jedem Bauteil 7, 8 - mit beiden Einlässen ver­ bunden sein, wodurch ohne Synchronisierungsaufwand ein einheit­ licher Druck in der Aufweitlanze 6 ausgeübt wird.

Im in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel mündet die Axialbohrung 9 an den einander zugewandten Stirnseiten 14, 15 der Bauteile 7, 8 aus. Die Stirnseiten 14, 15 können wie beim Fü­ gen des schmaleren Nockens 3 aneinanderliegen oder auch wie beim Fügen des dickeren Nockens 4 voneinander beabstandet sein. Der Abstand richtet sich im wesentlichen nach der axialen Er­ streckungslänge der erforderlichen Aufweitung. Bei Aneinander­ lage der Stirnseiten 14, 15 im Falle der Aufweitung der Hohlwel­ le 5 an der Stelle des schmaleren Nockens 3 ist die exakte Po­ sitionierung der Aufweitlanze 6 an der Aufweitstelle der Hohl­ welle aufgrund des von den Stirnseiten 14, 15 gebildeten gegen­ seitigen Anschlages der Bauteile 7, 8 relativ einfach. Etwas aufwendiger ist die Positionierung der einzelnen Bauteile 7, 8 bei größerer Beabstandung der Stirnseiten beim Fügen des Noc­ kens 4, da jedem Bauteil 7, 8 eine Positioniereinrichtung wie beispielsweise ein Wegmeßsensor zugeordnet sein muß.

In jedem Falle bilden die Stirnseiten 14, 15 gemeinsam einen Querkanal 16 zur Axialbohrung 9 aus, die in diesen bei beiden Bauteilen 7, 8 an den Stirnseiten 14, 15 frei ausmündet. Der Querkanal 16 führt zur Aufweitstelle hin in den von der radia­ len Beabstandung der Aufweitlanze zur Innenwandung 17 der Hohl­ welle 5 gebildeten ringförmigen Aufweitraum 12, an dem er einen Austritt 18 besitzt. Axial von den Stirnseiten 14, 15 zurückver­ setzt weisen die Bauteile 7, 8 der Aufweitlanze 6 auf der Man­ telfläche 22 ringbundartige Stützschultern 19, 20 auf, an denen jeweils ein Dichtungselement, das vorzugsweise von einer ela­ stischen Ringdichtung 21 gebildet wird, auf querkanalzugewand­ ter Seite anliegt. Die Ringdichtungen 21 begrenzen axial beid­ seitig den Aufweitraum 12 und dichten diesen und damit auch den Austritt 18 des Querkanales 16 hochdruckfest ab. Die Stütz­ schulter 19, 20 liegen in der Hohlwelle 5 zu deren Innenwandung 17 nahezu spaltfrei, um ein Extrudieren der Ringdichtungen 21 und somit eine irreparable Schädigung bei Innenhochdruckbeauf­ schlagung zu vermeiden.

Abseits der Aufweitstelle weist die Vorrichtung 1 Abstützungen 23, 24 auf, mittels derer die beiden Bauteile 7, 8 in radialer Richtung unverrückbar gehalten sind, wodurch ein Ausknicken der Bauteile 7, 8 vermieden wird. Die Abstützung 23 ist außerhalb der Hohlwelle 5 am Bauteil 8 angeordnet und wird von einer Lü­ nette gebildet, die das Bauteil 8 umfangsseitig umgreift. Das Bauteil 7 trägt eine aufgeschobene Führungsbuchse, die die Ab­ stützung 24 bildet und innerhalb der Hohlwelle 5 angeordnet ist. Diese Führungsbuchse liegt außenseitig an der Innenwandung 17 der Hohlwelle 5 an und erfährt über diese die erforderliche Stützkraft. Zum Fügen der Fügeteile arbeitet die Vorrichtung 1 folgenderma­ ßen. Zuerst werden die Nocken 3 und 4 mit ihrer Durchgangsöff­ nung 2 auf die Hohlwelle 5 an die gewünschte Position gescho­ ben. Danach werden die Bauteile 7 und 8 in jeweils ein Hohlwel­ lenende 25, 26 eingeschoben und an der Stelle der aufgeschobenen Nocken 3, 4 derart plaziert, daß die Stirnseiten 14, 15 so zuein­ ander zu liegen kommen, daß der Aufweitraum 12 sich gerade über die Länge der Durchgangsöffnung 2 der Nocken 3 und 4 erstreckt. Der axiale Abstand der beiden Stirnseiten 14, 15 voneinander ist dabei hinsichtlich des Nockens 3 relativ kurz und bezüglich des Nockens 4 sehr breit.

Zum Einschieben der Bauteile 7, 8 besitzt die Vorrichtung 1 für jedes Bauteil 7, 8 eine Antriebseinrichtung 27, die von einem Hydraulikzylinder gebildet ist. Der Hydraulikzylinder weist ei­ ne Aufnahme 28 für ein Ende 29 eines der Bauteile 7, 8 der Auf­ weitlanze 6 auf. Mittels des Hydraulikzylinders werden die bei­ den Bauteile 7, 8 in das jeweils zugewandte Hohlprofilende 25, 26 hineinverfahren. Die Hydraulikzylinder verharren nach der er­ reichten Aufweitposition der Bauteile 7, 8 in ihrer ausgefahre­ nen Stellung. Der Aufweitraum 12 wird nun mit Druckfluid über die Axialbohrung 9 und den Querkanal 16 der Aufweitlanze 6 be­ füllt, wonach das Sperrventil 13 geschlossen wird.

Nun wird ein Fluidhochdruck von der Fluidhochdruckerzeugungsan­ lage aufgebracht, wodurch die Hohlwelle 5 sich plastisch an dieser Stelle des Aufweitraumes 12 durch die Druckfluidbeauf­ schlagung aufweitet. Der Nocken 3 weitet sich gleichzeitig über die Aufweitung der Hohlwelle 5 elastisch auf. Während der Auf­ weitphase werden die Bauteile 7, 8 endseitig durch die Hydrau­ likzylinder abgestützt. Bei Aufbringen des Fluidhochdruckes werden die Ringdichtungen 21 an die Stützschultern gepreßt und spreizen sich dabei radial auf, wodurch eine besonders hohe An­ pressung an der Innenwandung 17 der Hohlwelle 5 erreicht wird, die die hochdruckfeste Abdichtung gewährleistet.

Nach erfolgter Aufweitung wird das Sperrventil 13 und dadurch der Auslaß 11 geöffnet und das Druckfluid dabei entspannt. Durch die Entspannung federt der Nocken 3 an seiner die Durch­ gangsöffnung 2 begrenzenden Wandung zur durch die Plastifizie­ rung in ihrer aufgeweiteten Stellung verbleibenden Hohlwelle 5 hin zurück, wodurch ein sehr starker Preßverbund erzeugt wird. Die beiden Bauteile 7, 8 werden nun an die Stelle der zweiten Aufweitung, also an die Stelle des Nockens 4 in gleicher Weise wie beim Nocken 3 beschrieben mittels der Hydraulikzylinder ge­ fahren, wonach das Fügen des Nockens 4 erfolgen kann.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Fügen von mit einer Durchgangsöffnung verse­ henen Fügeteilen auf Hohlprofile durch partielle Aufweitung der Hohlprofile an der Stelle der mit der Durchgangsöffnung aufge­ schobenen Fügeteile mittels fluidischem Innenhochdruck, mit ei­ ner Aufweitlanze, die in das Hohlprofil hineinschiebbar ist und eine Axialbohrung zur Führung des Druckfluids aufweist, welche zum einen mit einer Fluidhochdruckerzeugungsanlage verbunden ist und zum anderen einen Querkanal mit einem Austritt für das Druckfluid zur aufzuweitenden Stelle des Hohlprofiles hin be­ sitzt, wobei auf der Mantelfläche der Aufweitlanze voneinander beabstandete Dichtungselemente angeordnet sind, die den Aus­ tritt axial beidseitig hochdruckfest abdichtend begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitlanze (6) aus zwei gesonderten miteinander fluchtenden länglichen Bauteilen (7, 8) gebildet ist, von denen zumindest eines die Axialbohrung (9) trägt, welche an dessen austrittsnahen Stirnseite (14, 15) frei ausmündet, und die mit ihren einander zugewandten Stirnseiten (14, 15) gemeinsam den Querkanal (16) zur Axialbohrung (9) der Aufweitlanze (6) aus­ bilden, und daß die Vorrichtung (1) eine Antriebseinrichtung (27) beinhaltet, mittels der die beiden Bauteile (7, 8) in das jeweils zugewandte Hohlprofilende (25, 26) hinein verfahrbar und während der Aufweitphase endseitig abgestützt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (27) ein Hydraulikzylinder mit ei­ ner Aufnahme (28) für ein Ende (29) eines der Bauteile (7, 8) der Aufweitlanze (6) ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbohrung (9) in beiden Bauteilen (7, 8) verläuft, wobei die Axialbohrung (9) jedes Bauteils (7, 8) einen Einlaß (10) und/oder einen Auslaß (11) nach außen aufweist, der in Einschiebelage der beiden Bauteile (7, 8) in das Hohlprofil (5) außerhalb des zu fügenden Hohlprofiles (5) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (11) mit einem Sperrventil (13) verbunden ist, das diesen während der Innenhochdruckbeaufschlagung des Hohl­ profiles (5) verschließt und nach erfolgter Aufweitung öffnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Druckspeicher enthält, der mit der Fluidhochdruckerzeugungsanlage einerseits und mit der Axialbohrung (9) andererseits fluidisch verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Abstützungen (23, 24) beinhaltet, mit­ tels derer die beiden Bauteile (7, 8) in radialer Richtung un­ verrückbar gehalten sind.