DE10023078A1

DE10023078A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall

Info

Publication number: DE10023078A1
Application number: DE2000123078
Authority: DE
Inventors: Hermann Matthies
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (1) aus Metall, insbesondere eines Fahrzeugbrennstofftanks (1a) aus Aluminium, wobei eine erste und eine zweite Metall-Platine (3, 4) randseitig zu einem Grundhohlkörper (2) verbunden werden, wobei der Grundhohlkörper (2) in ein einen Unterstempel (6a) und einen Oberstempel (6b) aufweisendes Formwerkzeug (6) eingebracht wird und wobei die Formgebung des Hohlkörpers (1) durch den Verfahrensschritt des Innenhochdruck-Umformverfahrens realisiert wird, nämlich über mindestens einen vorgesehenen Anschluß (7) für die Hohlraumbeaufschlagung des Grundhohlkörpers (2) dem Hohlraum (2a) des Grundhohlkörpers (2) Hochdruckflüssigkeit (8) zugeführt wird. DOLLAR A Die Kosten zur Herstellung eines Hohlkörpers mit stark verformten Bereichen sind dadurch verringert, daß zur Verringerung des Fließwiderstandes des Metalls - während des Hochdruckumformens - zumindest Teile des Formwerkzeuges (6) erwärmt werden und/oder die Hochdruckflüssigkeit (8) selbst in einem erwärmten Zustand zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall, insbesondere eines Fahrzeugbrennstofftankes aus Aluminium, wobei eine erste und eine zweite Metall-Platine randseitig zu einem Grundhohlkörper verbunden werden, wobei der Grundhohlkörper in ein einen Unterstempel und einen Oberstempel aufweisendes Formwerkzeug eingebracht wird und wobei die Formgebung des Hohlkörpers durch den Verfahrensschritt des Innenhochdruck-Umformverfahrens realisiert wird, nämlich über mindestens einen vorgesehenen Anschluß für die Hohlraumbeaufschlagung des Grundhohlkörpers dem Hohlraum des Grundhohlkörpers Hochdruckflüssigkeit zugeführt wird.

Im Stand der Technik sind seit geraumer Zeit Innenhochdruck-Umformverfahren zur Herstellung entsprechender Hohlkörper bekannt. Beispielsweise ist im Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers bekannt (DE 42 32 161 A1), von dem die Erfindung ausgeht, bei dem zwei flache Metall-Platinen randseitig miteinander zu einem Grundhohlkörper verbunden werden. Obwohl hier ein kombiniertes Verfahren aus Innenhochdruck-Umformverfahren und Tiefziehverfahren beschrieben wird, wird aus dem Grundhohlkörper im wesentlichen mit Hilfe des Innenhochdruck-Umformverfahrens (IHU-Verfahren) die endgültige Form des hergestellten Hohlkörpers realisiert. Hierzu ist ein Formwerkzeug vorgesehen, das einen Unterstempel und einen Oberstempel aufweist, also öffenbar bzw. verschließbar ist. Der aus den beiden Metall-Platinen zunächst hergestellte Grundhohlkörper wird in das Formwerkzeug eingebracht. Hierzu wird das Formwerkzeug geöffnet, der Grundhohlkörper in das Formwerkzeug eingelegt und dann das Formwerkzeug wieder entsprechend verschlossen. Damit das Innenhochdruck-Umformverfahren entsprechend realisiert werden kann, ist ein Anschluß für die Hohlraumbeaufschlagung des Grundhohlkörpers vorgesehen, so daß dem Hohlraum des Grundhohlkörpers Hochdruckflüssigkeit zugeführt werden kann. Mit Hilfe von Hydraulikaggregaten, insbesondere Druckpumpen oder dergleichen, kann nun über den vorgesehenen Anschluß die entsprechende Hochdruckflüssigkeit dem Hohlraum des Grundhohlkörpers zugeführt werden, so daß sich die beiden Metall-Platinen aufgrund des im Hohlraum entstehenden Druckes entsprechend verformen können. Die Form des aus Metall hergestellten Hohlkörpers wird durch die Begrenzungsflächen des Unter- und Oberstempels des Formwerkzeuges definiert. Nach der Druckbeaufschlagung des Hohlraums des Grundhohlkörpers mit einem bestimmten Hydraulikflüssigkeits-Volumen in Kombination mit dem entsprechenden Druck wird dann - im Endeffekt - der Hohlkörper hergestellt und kann, vorzugsweise nach Abpumpen der Hydraulikflüssigkeit, dem Formwerkzeug entnommen werden.

Es sind im Stand der Technik auch weitere präzisierte Innenhochdruck- Umformverfahren bekannt, bei denen die beiden Metall-Platinen bestimmte größen- oder flächenmäßig definierte Abmaße aufweisen bzw. in bestimmten Bereichen bereits vorgeformt sind. Die Praxis hat nämlich gezeigt, daß insbesondere in den höher zu verformenden Bereichen, d. h. also in den Bereichen, wo die Metall-Platinen relativ stark verformt werden bzw. verformt werden müssen, weil die endgültigen herzustellenden Konturen des Hohlkörpers hier die entsprechenden, stark verformten Konturen aufweisen sollen, der Fließwiderstand des Metalles überbrückt werden muß. Die Praxis hat gezeigt, daß insbesondere in den höher zu verformenden Bereichen bei Anwendung des Innenhochdruck-Umformverfahrens es zu Rissen oder auch Beschädigungen der Metall- Platinen bzw. in der Oberflächenstruktur des endgültig hergestellten Hohlkörpers kommt, die teilweise sogar erst später bei der Benutzung des Hohlkörpers auftreten können. Dies hat zur Folge, daß zumindest teilweise die erste und/oder auch die zweite Metall-Platine, vorzugsweise in den höher zu verformenden Bereichen bereits "vorgeformt" werden, bevor die endgültige Form des Hohlkörpers mit Hilfe des Innenhochdruck-Umformverfahrens realisiert wird. Bekannt sind hier Tiefziehverfahren oder dergleichen. Im Ergebnis ist daher die Herstellung von Hohlkörpern aus Metall mit sehr stark verformten Bereichen, Oberflächen bzw. Konturen problematisch und teuer, insbesondere, weil teilweise Vorverformungen der Metall-Platinen realisiert werden müssen. Im Ergebnis sind die Kosten zur Herstellung derartiger Hohlkörper sehr hoch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, daß die Kosten zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall, insbesondere zur Herstellung eines Hohlkörpers mit stark verformten Bereichen bzw. Oberflächen verringert sind.

Diese zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, daß zur Verringerung des Fließwiderstandes des Metalls - während des Hochdruck-Umformens - zumindest Teile des Formwerkzeuges erwärmt werden, oder die Hochdruckflüssigkeit selbst in einem erwärmten Zustand zugeführt wird. Dadurch, daß nun zumindest Teile des Formwerkzeuges erwärmt werden (1. Möglichkeit) oder die Hochdruckflüssigkeit selbst (2. Möglichkeit) in einem erwärmten Zustand zugeführt wird, wird das Metall der Metall- Platinen erwärmt, also auch die Temperatur der Metall-Platinen entsprechend erhöht. Hierdurch bedingt verringert sich der Fließwiderstand des Metalles, was zur Folge hat, daß während des Hochdruck-Umformens der Fließwiderstand des Metalles verringert ist und sich die entsprechende Metall-Platine bzw. der entsprechende Bereich der Metall- Platine besser, leichter und einfacher verformen läßt. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere in den höher zu verformenden Bereichen eines herzustellenden Hohlkörpers sich diese Bereiche unter der Verringerung des Fließwiderstandes nicht nur einfacher herstellen lassen, sondern auch die eingangs erwähnte Rißbildung oder eine Beschädigung des Hohlkörpers in diesen Bereichen vermieden wird. Im Ergebnis sind die eingangs erwähnten Nachteile hierdurch bei geringen Kosten vermieden.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden soll nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der folgenden Zeichnung und der dazugehörenden Beschreibung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper in einer schematischen Darstellung von der Seite und

Fig. 2 einen in ein Formwerkzeug eingebrachten Grundhohlkörper in einer schematischen Darstellung von der Seite.

Die Fig. 1 und 2 sollen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers 1 aus Metall näher verdeutlichen. Die Fig. 1 und 2 zeigen hier die Herstellung eines Hohlkörpers 1, nämlich eines Fahrzeugbrennstofftankes 1a, aus Aluminium.

Hierzu wird zunächst einmal ein Grundhohlkörper 2, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einer ersten und einer zweiten Metall-Platine 3 und 4 hergestellt. Hierzu wird eine erste Metall- Platine 3 randseitig mit einer zweiten Metall-Platine 4 zu dem Grundhohlkörper 2 verbunden. Fig. 1 zeigt den hier endgültig hergestellten Hohlkörper 1. Deutlich zu erkennen sind aber - genau wie in Fig. 2 - hier die Verbindungsstellen zur Verbindung der ersten Metall-Platine 3 und der zweiten Metall-Platine 4, nämlich hier die entsprechenden Schweißstellen bzw. Schweißnähte 5.

Der zunächst aus der ersten Metall-Platine 3 und der zweiten Metall-Platine 4 hergestellte Grundhohlkörper 2 wird, wie Fig. 2 zeigt, in ein Formwerkzeug 6 eingebracht. Das Formwerkzeug 6 ist verschließbar bzw. öffenbar, weist nämlich einen Unterstempel 6a und einen Oberstempel 6b auf. Wie die Fig. 2 durch den entsprechenden ersten Pfeil A andeutet, ist der Oberstempel 6b in vertikaler Richtung bewegbar. Hierdurch bedingt, kann das Formwerkzeug 6 geöffnet und auch verschlossen bzw. im geöffneten Zustand des Formwerkzeuges 6 der Grundhohlkörper 2 in das Formwerkzeug 6 eingebracht werden. Die Formgebung des Hohlkörpers 1 wird durch den Verfahrensschritt des Innenhochdruck-Umformverfahrens (IHU-Verfahren) realisiert. Hierzu wird über einen vorgesehenen Anschluß 7 für die Hohlraumbeaufschlagung des Grundhohlkörpers 2 dem Hohlraum 2a des Grundhohlkörpers 2 Hochdruckflüssigkeit 8 zugeführt. Gut zu erkennen ist in Fig. 2, nämlich links der Anschluß 7 und die hier durch den zweiten Pfeil B angedeutete Zuführung der Hochdruckflüssigkeit 8 in den Hohlraum 2a des Grundhohlkörpers 2.

Die eingangs beschriebenen Nachteile werden nun dadurch vermieden, daß zur Verringerung des Fließwiderstandes des Metalls - während des Hochdruck-Umformens - zumindest Teile des Formwerkzeuges 6 erwärmt werden oder - als Alternative - die Hochdruckflüssigkeit 8 selbst in einem erwärmten Zustand zugeführt wird. Beide hier beschriebenen Alternativen können sowohl einzeln als auch in kombinierter Form durchgeführt werden. Die Erwärmung zumindest Teile des Formwerkzeuges 6, also zumindest die teilweise Erwärmung des Unterstempels 6a oder auch die teilweise Erwärmung des Oberstempels 6b oder auch die Erwärmung der Hochdruckflüssigkeit 8 selbst hat zur Folge, daß das Metall der Metall-Platinen 3 und 4 erwärmt wird, entweder wenn es mit dem Formwerkzeug 6, d. h. dem Unterstempel 6a bzw. dem Oberstempel 6b in Kontakt tritt oder mit der Hochdruckflüssigkeit 8 in Kontakt kommt. Hierdurch verringert sich der Fließwiderstand des Metalles der Metall-Platinen 3 und 4 oder auch nur einer der Metall-Platinen 3 oder 4, je nach dem, welche Stellen des Formwerkzeuges 6 erwärmt werden, so daß während des Innenhochdruck- Umformverfahrens die entsprechenden Bereiche sich besonders leicht verformen lassen, was die oben beschriebenen Vorteile mit sich bringt, insbesondere Rißbildung, Beschädigungen der Oberflächenstruktur etc. vermeidet.

Die Fig. 2 und auch die Fig. 1 zeigen, daß die erste und auch die zweite Metall-Platine 3 und 4, hier durch ein Laserschweißverfahren, randseitig zu einem Grundhohlkörper 2 verbunden worden sind. Deutlich zu erkennen sind die Schweißstellen 5. Auch andere Verbindungsarten, insbesondere andere Schweißtechniken oder auch Kleben, sind denkbar.

Insbesondere kann nun das Formwerkzeug 6, d. h. der Unterstempel 6a oder auch der Oberstempel 6b in entsprechenden Bereichen, hier in dem höher zu verformenden Bereich 9, erwärmt werden. Wie bereits erwähnt, ist auch denkbar, daß die Hochdruckflüssigkeit 8 selbst vor deren Zuführung erwärmt wird. Zur Erwärmung der Hochdruckflüssigkeit 8 können entsprechende Aggregate, insbesondere Wärmetauscher, vorgesehen sein, die hier nicht dargestellt sind. Für die Erwärmung des Formwerkzeuges 6, insbesondere zur Erwärmung bestimmter Bereiche 9 des Unterstempels 6a und/oder des Oberstempels 6b oder auch des gesamten Formwerkzeuges 6, also des gesamten Unterstempels 6a bzw. Oberstempels 6b, gibt es verschiedene denkbare Möglichkeiten. Beispielsweise können separate Heizelemente am Unter- oder Oberstempel 6a bzw. 6b angeordnet werden, die auf elektrischer Basis realisiert sind. Es ist aber auch denkbar, daß der Unterstempel 6a und der Oberstempel 6b entsprechende Bohrungen aufweist, durch die ein Heiz-Medium fließt, so daß das Material des Unter- bzw. Oberstempels 6a bzw. 6b die entsprechende Temperatur annehmen kann. Dies kann ganz unterschiedlich sein.

Die erste und/oder die zweite Metall-Platine 3 und 4 können mit einer Ausformung 10 versehen werden, die zumindest teilweise den Anschluß 7 für die Zuführung der Hochdruckflüssigkeit 8 bildet. Fig. 2 zeigt deutlich, daß durch die sich gegenüberliegenden, inneren Begrenzungsflächen des Unterstempels 6a und des Oberstempels 6b die Form des hergestellten Hohlkörpers 1 definiert wird. Anders ausgedrückt, der anfänglich hergestellte Grundhohlkörper 2 wird durch das Innenhochdruck-Umformverfahren entsprechend verformt, so daß die Metall-Platinen 3 und 4, also hier die Bleche, an die Begrenzungsflächen des Unterstempels 6a und Oberstempels 6b gedrückt werden. Dies wird über den Druck, den die Hochdruckflüssigkeit 8 ausübt, erreicht, wie durch dritte Pfeile C dargestellt.

Zur teilweisen Fixierung des Grundhohlkörpers 2 innerhalb des Formwerkzeuges 6 weist das Formwerkzeug 6 einen den Randbereich des Grundhohlkörpers 2 umfassenden Klemmbereich 11 auf. Dieser ist hier so realisiert, daß quasi der Grundhohlkörper 2 in eine Ausnehmung des Formwerkzeuges 6 eingesteckt ist.

Vorzugsweise wird der Hohlkörper 1 aus Aluminium oder einer Aluminium- Basislegierung hergestellt. Hierzu wird das Formwerkzeug 6 und/oder die Hochdruckflüssigkeit 8 auf ca. 200 bis 300°C erwärmt. Dies hat bei Aluminium oder Aluminium-Basislegierungen den Vorteil, daß hierdurch der Fließwiderstand entsprechend reduziert wird, so daß die höher zu verformenden Bereiche eines endgültig hergestellten Hohlkörpers 1 ohne die bekannte Rißbildung oder Beschädigung der Oberflächenstruktur hergestellt werden können. Im Ergebnis werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kosten zur Herstellung eines sehr stark verformten Hohlkörpers 1 unter der Erzielung der genannten Vorteile realisiert, da separate Vorverformungen des Grundhohlkörpers 2 entfallen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Hohlkörper

1

a Fahrzeugbrennstofftank

2

Grundhohlkörper

2

a Hohlraum

3

erste Metall-Platine

4

zweite Metall-Platine

5

Schweißstelle/-naht

6

Formwerkzeug

6

a Unterstempel

6

b Oberstempel

7

Anschluß

8

Hochdruckflüssigkeit

9

Bereich

10

Ausformung

11

Klemmbereich
A erster Pfeil
B zweiter Pfeil
C dritter Pfeil

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (1) aus Metall, insbesondere eines Fahrzeugbrennstofftankes (1a) aus Aluminium, wobei eine erste und eine zweite Metall-Platine (3, 4) randseitig zu einem Grundhohlkörper (2) verbunden werden, wobei der Grundhohlkörper (2) in ein einen Unterstempel (6a) und einen Oberstempel (6b) aufweisendes Formwerkzeug (6) eingebracht wird und wobei die Formgebung des Hohlkörpers (1) durch den Verfahrensschritt des Innenhochdruck- Umformverfahrens realisiert wird, nämlich über mindestens einen vorgesehenen Anschluß (7) für die Hohlraumbeaufschlagung des Grundhohlkörpers (2) dem Hohlraum (2a) des Grundhohlkörpers (2) Hochdruckflüssigkeit (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Fließwiderstandes des Metalls - während des Hochdruckumformens - zumindest Teile des Formwerkzeuges (6) erwärmt werden und/oder die Hochdruckflüssigkeit (8) selbst in einem erwärmten Zustand zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Metall-Platine (3, 4) durch ein Laserschweißverfahren randseitig zu einem Grundhohlkörper (2) verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (6), insbesondere entsprechende Bereiche des Unter- und/oder Oberstempels (6a, 6b), in den höher zu verformenden Bereichen (9) erwärmt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckflüssigkeit (8) vor der Zuführung erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Platine (3, 4) mit einer den Anschluß (7) zumindest teilweise bildenden Ausformung (10) versehen wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die sich gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des Unter- und Oberstempels (6a, 6b) die Form des hergestellten Hohlkörpers (1) definiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur teilweisen Fixierung des Grundhohlkörpers (2) innerhalb des Formwerkzeuges (6) das Formwerkzeug (6) einen den Randbereich des Grundhohlkörpers (2) zumindest teilweise umfassenden Klemmbereich (11) aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) aus Aluminium oder einer Aluminium-Basislegierung hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (6) und/oder die Hochdruckflüssigkeit (8) auf 200 bis 300°C erwärmt werden.