DE102019220326A1

DE102019220326A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses, Hydraulikgehäuse

Info

Publication number: DE102019220326A1
Application number: DE102019220326.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Hagspiel; Maximilian Wilhelm; Anna Regensburg; Fabian Haenle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24
Also published as: US20210187656A1; CN113001004A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil (1) und ein zweites Gehäuseteil (2) des Hydraulikgehäuses mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden werden, umfassend die Schritte:a) Anlegen des zylinder- oder hohlzylinderförmigen ersten Gehäuseteils (1) an das zweite Gehäuseteil (2), wobei eine Stirnfläche (3) des ersten Gehäuseteils (1) an das zweite Gehäuseteil (2) angelegt wird, so dass ein gemeinsamer Anlagebereich (4) geschaffen wird,b) Plastifizieren der beiden Gehäuseteile (1, 2) im Anlagebereich (4) und/oder in einem an den Anlagebereich (4) angrenzenden Fügebereich (5) durch reibbasierten Wärmeeintrag undc) Stauchen zumindest eines Gehäuseteils (1, 2) und/oder Andrücken eines Reibschweißwerkzeugs (6) an die Gehäuseteile (1, 2), so dass eine Materialumformung und/oder Materialscherung im plastifizierten Bereich der beiden Gehäuseteile (1, 2) bewirkt wird und beide Gehäuseteile (1, 2) im Anlagebereich (4) und/oder im Fügebereich (5) eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.Die Erfindung betrifft ferner ein Hydraulikgehäuse für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei der Durchführung des Verfahrens wird ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil des Hydraulikgehäuses mit einem zweiten Gehäuseteil stoffschlüssig verbunden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Hydraulikgehäuse für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Stand der Technik
Bremssysteme von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor nutzen den Unterdruck des Verbrennungsmotors zur vakuumbasierten Bremskraftverstärkung. Für elektrifiziertes Fahren oder für neue, effizientere Motorengenerationen wird jedoch eine andere vakuumabhängige Bremskraftverstärkung benötigt. Eine Möglichkeit stellt der elektromechanische Druckaufbau in einem Zylinder-Kolbensystem dar. Der Zylinder eines solchen Systems wird aufgrund der notwendigen Abmessungen bisher entweder über komplett separate Bauteile realisiert oder das Hydraulikgehäuse wird insgesamt dicker ausgeführt und entsprechend zerspant. Da die spanende Bearbeitung mit hohen Materialkosten einhergeht, wird der mehrteiligen Bauweise unter Verwendung von Halbzeugen, die anschließend gefügt werden, Vorrang eingeräumt. Die Fügebereiche sind jedoch im Produktlebenszyklus hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt, so dass an die Fügetechnologie hohe Anforderungen gestellt werden. Zudem muss das Fügeverfahren gewährleistet sein, dass das Hydraulikgehäuse im Fügebereich gas- und wasserdicht ist.
Bei Einsatz von Halbzeugen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung und einem konventionellen Schmelzschweißverfahren kann es insbesondere zu einer Heißriss- und Porenbildung sowie zu einer Entfestigung des entstehenden Schmelzgefüges kommen. Die geforderten Verbindungseigenschaften sind dann nicht mehr gewährleistet.
An dieser Stelle bieten Festphasenfügeprozesse, insbesondere reibbasierte Verfahren, eine Möglichkeit stoffschlüssige Verbindungen ohne die Bildung eines gemeinsamen Schmelzbades herzustellen. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 002 434 A1 geht beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebegehäuses für einen Kraftwagen hervor, bei dem ein Gehäuseteil und ein Verstärkungsteil mittels Rührreibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Auf diese Weise soll ein Getriebegehäuse geschaffen werden, das eine hohe Festigkeit bei zugleich geringem Gewicht aufweist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses anzugeben, das dynamisch hoch belastbar und zudem gas- und wasserdicht ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Hydraulikgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs werden ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil des Hydraulikgehäuses mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Anlegen des zylinder- oder hohlzylinderförmigen ersten Gehäuseteils an das zweite Gehäuseteil, wobei eine Stirnfläche des ersten Gehäuseteils an das zweite Gehäuseteil angelegt wird, so dass ein gemeinsamer Anlagebereich geschaffen wird,
b) Plastifizieren der beiden Gehäuseteile im Anlagebereich und/oder in einem an den Anlagebereich angrenzenden Fügebereich durch reibbasierten Wärmeeintrag und
c) Stauchen zumindest eines Gehäuseteils und/oder Andrücken eines Reibschweißwerkzeugs an die Gehäuseteile, so dass eine Materialumformung und/oder Materialscherung im plastifizierten Bereich der beiden Gehäuseteile bewirkt wird und beide Gehäuseteile im Anlagebereich und/oder im Fügebereich eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.

Im Unterschied zu einem herkömmlichen Schmelzschweißverfahren werden bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Grundwerkstoffe der beiden zu fügenden Gehäuseteile nicht aufgeschmolzen, sondern lediglich durch reibbasierten Wärmeeintrag plastifiziert. Demzufolge ist die Entfestigung der Grundwerkstoffe in der Wärmeeinflusszone der beiden Gehäuseteile minimal. Auf diese Weise wird eine stoffschlüssige Verbindung geschaffen, die hohen dynamischen Belastungen standhält und zudem heißriss- und porenfrei ist, so dass ferner gewährleistet ist, dass die Verbindung gas- und wasserdicht ist. Durch dynamische Rekristallisation wird eine stoffschlüssige Verbindung mit feinkörnigem Gefüge und exzellenten mechanischen Eigenschaften hergestellt. Zudem werden durch das Stauchen und/oder Andrücken eines Reibwerkzeugs etwaige im Anlage- und/oder Fügebereich vorhandene Oxid- und/oder Fremdschichten aufgebrochen, was die Empfindlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens gegenüber Umwelt- und/oder Chargeneinflüssen verringert.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens können Gehäuseteile aus gleichen bzw. gleichartigen oder aus unterschiedlichen Werkstoffen stoffschlüssig verbunden werden. Beispielsweise können Aluminium-Aluminium-Verbindungen oder Mischbauweisen, wie beispielsweise Aluminium-Stahl- oder Aluminium-Kupfer-Verbindungen realisiert werden. Ferner ist es möglich, zwei Gehäuseteile aus einer nicht oder nur eingeschränkt schmelzschweißgeeigneten Aluminiumlegierung stoffschlüssig zu verbinden. Im Vergleich zu konventionellen Schmelzschweißverfahren sind zudem die Anforderungen an die Vorbereitung und/oder an die Reinigung der Oberflächen im Fügebereich minimal.
Der Fügebereich ist gleich dem Anlagebereich und/oder hieran angrenzend. Der Anlagebereich ist ringförmig, da das zylinder- oder hohlzylinderförmige erste Gehäuseteil über seine Stirnfläche an das zweite Gehäuseteil angelegt wird. Das zweite Gehäuseteil kann eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise kann es ebenfalls zylinder- oder hohlzylinderförmig oder quaderförmig sein. Vorzugsweise bildet das zweite Gehäuseteil eine ebene Anlagefläche aus, an der die Stirnfläche des ersten Gehäuseteils angelegt werden kann.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der in Schritt b) erforderliche Wärmeeintrag durch Reibung zwischen den beiden Gehäuseteilen erzeugt. Die Reibung zwischen den beiden Gehäuseteilen erzeugt im Anlagebereich die zur Plastifizierung erforderliche Wärme. Hierzu wird mindestens ein Gehäuseteil gegenüber dem anderen Gehäuseteil bewegt, vorzugsweise rotiert. Dieses Verfahren wird auch Rotationsreibschweißen genannt. Ein separates Reibschweißwerkzeug ist in diesem Fall nicht erforderlich.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der in Schritt b) erforderliche Wärmeeintrag durch Reibung zwischen dem Reibschweißwerkzeug und den beiden Gehäuseteilen erzeugt. Hierbei wird lediglich das Reibschweißwerkzeug gegenüber den beiden zu fügenden Gehäuseteilen bewegt. Das Verfahren wird auch Rührreibschweißen genannt.
Mit Hilfe beider Verfahren, das heißt sowohl mit Hilfe des Rührreibschweißens als auch mit Hilfe des Rotationsreibschweißens, kann eine stoffschlüssige Verbindung ohne Bildung eines gemeinsamen Schmelzbades hergestellt werden. Das Rührreibschweißen setzt im Unterschied zum Rotationsreibschweißen lediglich ein zusätzliches Werkzeug ein.
Bei Verwendung eine Reibschweißwerkzeugs wird dieses bevorzugt im Fügebereich an die beiden Gehäuseteile in einem Anstellwinkel angelegt, angedrückt und um seine eigene Längsachse rotiert. Das Reibschweißwerkzeug wird dabei gleichzeitig entlang des Fügebereichs geführt. Da das zylinder- oder hohlzylinderförmige erste Gehäuseteil über seine Stirnfläche an dem zweiten Gehäuseteil anliegt, muss das Reibschweißwerkzeug im Fügebereich entlang des Außenumfangs des ersten Gehäuseteils geführt werden. Eine ebene Anlagefläche des zweiten Gehäuseteils erweist sich in diesem Fall als vorteilhaft.
Bevorzugt wird ein Reibschweißwerkzeug mit stationärer, asymmetrischer Schulter zum Reibschweißen, insbesondere Rührreibschweißen, verwendet. Mit Hilfe eines solchen Werkzeugs lassen sich insbesondere endkonturnahe Kehlnähte einfach herstellen.
Wird auf die Verwendung eines Reibschweißwerkzeugs verzichtet, wird vorzugsweise das zylinder- oder hohlzylinderförmige erste Gehäuseteil an das zweite Gehäuseteil angedrückt und um seine eigene Längsachse rotiert. Durch die rotierende Bewegung des ersten Gehäuseteils gegenüber dem zweiten Gehäuseteil entsteht Reibung, die zu dem zur Plastifizierung in Schritt b) erforderlichen Wärmeeintrag führt. Eine ebene Anlagefläche ist in diesem Fall nicht nur vorteilhaft, sondern zwingend erforderlich. Durch das Stauchen in Schritt c) wird vorzugsweise ein Schweißwulst aus aufgestauchtem plastifizierten Material ausgebildet. Dieser erhöht nochmals die geforderte Dichtheit der stoffschlüssigen Verbindung.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit bevorzugt eine umlaufende Kehlnaht oder ein umlaufender Schweißwulst realisiert.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird darüber hinaus ein Hydraulikgehäuse für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Hydraulikgehäuse umfasst ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil, wobei das erste Gehäuseteil über eine Stirnfläche an dem zweiten Gehäuseteil anliegt, so dass beide Gehäuseteile einen gemeinsamen Anlagebereich aufweisen. Beide Gehäuseteile sind dabei im Anlagebereich und/oder in einem an den Anlagebereich angrenzenden Fügebereich mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden.
Das vorgeschlagene Hydraulikgehäuse weist aufgrund der mittels Reibschweißen hergestellten stoffschlüssigen Verbindung der beiden Gehäuseteile eine hohe dynamische Belastbarkeit auf. Zudem ist es gas- und wasserdicht, da die Verbindung im Fügebereich ein feinkörniges Gefüge aufweist, das zudem weitgehend porenfrei ist. Vorzugsweise ist das vorgeschlagene Hydraulikgehäuse nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden, so dass es zugleich besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dies gilt insbesondere gegenüber einem Hydraulikgehäuse, das in einem spanenden Verfahren hergestellt worden ist.
Bevorzugt ist die stoffschlüssige Verbindung über eine umlaufende Kehlnaht oder einen umlaufenden Schweißwulst ausgebildet. Der Kehlnaht ist zumindest endkonturnah.
Des Weiteren bevorzugt ist zumindest ein Gehäuseteil aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt. Da derartige Werkstoffe in der Regel nur eingeschränkt schmelzschweißgeeignet sind, kommen hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Hydraulikgehäuse beim Fügen zweier Gehäuseteile und
2 eine schematische Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Hydraulikgehäuses beim Fügen zweier Gehäuseteile.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 sind ein zylinderförmiges erstes Gehäuseteil 1 und ein quaderförmiges zweites Gehäuseteil 2 eines Hydraulikgehäuses zu entnehmen. Zur Herstellung des Hydraulikgehäuses müssen die beiden Gehäuseteile 1, 2 gas- und wasserdicht gefügt werden. Da zudem das Hydraulikgehäuse in seinem Produktlebenszyklus hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt ist, gilt es eine Entfestigung im Fügebereich durch Aufschmelzen des Materials zu vermeiden. Die beiden Gehäuseteile 1, 2 werden daher mittels Rührreibschweißens stoffschlüssig verbunden.
Vor dem stoffschlüssigen Verbinden, wird das erste Gehäuseteil 1 über eine Stirnfläche 3 an das zweite Gehäuseteil 2 angelegt, so dass die beiden Gehäuseteile 1, 2 in einem gemeinsamen Anlagebereich 4 aneinander liegen. Der Anlagebereich 4 wird am zweiten Gehäuseteil 2 durch eine ebene Anlagefläche 9 gebildet. Mit Hilfe eines Reibschweißwerkzeugs 6, das in einem Anstellwinkel α in einem Fügebereich 5 an die beiden Gehäuseteile 1, 2 angedrückt (Druck F) und um seine Längsachse Aw rotiert wird, wird eine Plastifizierung des Materials im Fügebereich 5 bewirkt, so dass das Reinschweißwerkzeug 6 in das plastifizierte Material eintaucht. Zugleich wird das Reibschweißwerkzeug 6 unter Beibehaltung des Anstellwinkels α und des Drucks F um den Außenumfang des ersten Gehäuseteils 1 bewegt. Das Ergebnis ist eine endkonturnahe Kehlnaht 7.
Wie beispielhaft in der 2 dargestellt ist, kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 auch ohne das Reibschweißwerkzeug 6 hergestellt werden. Hierzu wird einfach das zylinderförmige erste Gehäuseteil 1 über seine Stirnfläche 3 an eine ebene Anlagefläche 9 des zweiten Gehäuseteils 2 angelegt und angedrückt (Druck F) sowie um seine Längsachse A_G rotiert. Durch die Rotation des ersten Gehäuseteils 1 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 2 wird eine Plastifizierung des Materials im Anlagebereich 4 erreicht. Der Druck F, mit dem das erste Gehäuseteil 1 gegen das zweite Gehäuseteils 2 gedrückt bzw. gestaucht wird führt dazu, dass plastifiziertes Material zu einem Schweißwulst 8 aufgeworfen wird. Der Schweißwulst 8 verstärkt die Schweißverbindung.
Das in den 1 und 2 dargestellte zylinderförmige erste Gehäuseteil 1 kann alternativ jeweils hohlzylinderförmig ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015002434 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil (1) und ein zweites Gehäuseteil (2) des Hydraulikgehäuses mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden werden, umfassend die Schritte: a) Anlegen des zylinder- oder hohlzylinderförmigen ersten Gehäuseteils (1) an das zweite Gehäuseteil (2), wobei eine Stirnfläche (3) des ersten Gehäuseteils (1) an das zweite Gehäuseteil (2) angelegt wird, so dass ein gemeinsamer Anlagebereich (4) geschaffen wird, b) Plastifizieren der beiden Gehäuseteile (1, 2) im Anlagebereich (4) und/oder in einem an den Anlagebereich (4) angrenzenden Fügebereich (5) durch reibbasierten Wärmeeintrag und c) Stauchen zumindest eines Gehäuseteils (1, 2) und/oder Andrücken eines Reibschweißwerkzeugs (6) an die Gehäuseteile (1, 2), so dass eine Materialumformung und/oder Materialscherung im plastifizierten Bereich der beiden Gehäuseteile (1, 2) bewirkt wird und beide Gehäuseteile (1, 2) im Anlagebereich (4) und/oder im Fügebereich (5) eine stoffschlüssige Verbindung eingehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt b) erforderliche Wärmeeintrag durch Reibung zwischen den beiden Gehäuseteilen (1, 2) oder durch Reibung zwischen dem Reibschweißwerkzeug (6) und den beiden Gehäuseteilen (1, 2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißwerkzeug (6) im Fügebereich (5) an die beiden Gehäuseteile (1, 2) in einem Anstellwinkel (a) angelegt, angedrückt und um seine Längsachse (A_W) rotiert wird, wobei gleichzeitig das Reibschweißwerkzeug (6) entlang des Fügebereichs (5) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibschweißwerkzeug (6) mit stationärer, asymmetrischer Schulter zum Reibschweißen, insbesondere Rührreibschweißen, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinder- oder hohlzylinderförmige erste Gehäuseteil (1) an das zweite Gehäuseteil (2) angedrückt und um seine Längsachse (A_G) rotiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine umlaufende Kehlnaht (7) oder ein umlaufender Schweißwulst (8) realisiert wird.
Hydraulikgehäuse für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein zylinder- oder hohlzylinderförmiges erstes Gehäuseteil (1) und ein zweites Gehäuseteil (2), wobei das erste Gehäuseteil (1) über eine Stirnfläche (3) an dem zweiten Gehäuseteil (2) anliegt, so dass beide Gehäuseteile (1, 2) einen gemeinsamen Anlagebereich (4) aufweisen, und wobei beide Gehäuseteile (1, 2) im Anlagebereich (4) und/oder in einem an den Anlagebereich (4) angrenzenden Fügebereich (5) mittels Reibschweißen stoffschlüssig verbunden sind.
Hydraulikgehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung über eine umlaufende Kehlnaht (7) oder einen umlaufenden Schweißwulst (8) ausgebildet ist.
Hydraulikgehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gehäuseteil (1, 2) aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist.