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Die Erfindung betrifft ein Fließpressverfahren mit Fließpressgesenk und Fließpressstempel zur Herstellung von Hohlkörpern, bestehend aus einem metallischem Werkstoff mit mindestens einer, über einen Abschnitt in Hohlkörperlängsrichtung verlaufenden, während des Fließpressens erzeugten Sollbruchstelle gemäß Anspruch 1 sowie ein Fließpresswerkzeug für ein solches Verfahren gemäß Anspruch 6.
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Es ist bekannt, Hohlkörper, beispielsweise Kondensatorbechergehäuse aus fließfähigem Werkstoff, insbesondere Aluminium, mit einer am Boden des Gehäuses angeordneten Sollberststelle oder Sollbruchstelle zu versehen, wobei der Boden des Gehäuses am Rand einen kreisringförmigen verstärkten Bereich gemäß
DE 38 37 567 A1 aufweist. Nach dieser Lehre besteht die Sollberststelle aus einer einzigen, im Wesentlichen diametral verlaufenden, schlitzartigen Wandschwächung, die in einem nut- oder sickenartigen Tiefziehbereich verläuft und in deren Bereich der Boden sowohl von innen als auch von außen eingekerbt wird.
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Durch eine solche Ausbildung sollen hohe Verformungsfestigkeiten bei der Herstellung der schlitzartigen Wandschwächung vermieden werden, so dass bei gleichem Berstdrücken die Restmaterialbrücke zwischen den beiden Einkerbungen stärker belassen werden kann, um insgesamt die Fertigungssicherheit zu erhöhen.
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Die
DE 197 57 478 A1 zeigt einen Hohlkörper, ausgebildet zur Aufnahme eines pyrotechnischen Gasgenerators, insbesondere für passive Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen. Ein solcher pyrotechnischer Gasgenerator weist einen Ladebehälter auf, welcher aus Aluminium im Fließpressverfahren hergestellt wird. Der vorbekannte Ladebehälter weist eine Wand auf, die in einem Bereich als Sollbruchstelle ausgebildet ist. Beim Anzünden der für den Gasgenerator notwendigen Anzündeinheiten reißt an dieser Sollbruchstelle die Behälterwand auf und es trifft der Anzündstrahl auf den im Laderaum angeordneten Treibstoff.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 77 18 750 U1 ist ein Aufgabebehälter für viskose Massen, zum Beispiel Klebstoff, vorbekannt. Der Aufgabebehälter wird aus Leichtmetall fließgepresst und besitzt an einem Stirnende des Mantels einen mittig angeordneten Austrittsstutzen, der durch eine einstückig mit der Stirnwand gepresste Membran verschlossen ist. Die Membran kann bei Gebrauch durchstoßen werden.
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Bei einer Ausführungsform des Abgabebehälters ist am Rand einer entfernbaren Wand eine Wandzone von geringerer Wandstärke vorgesehen, die ein Abreißen der entfernbaren Wand vom Behältermantel zulässt. Diesbezüglich hat ein zylindrischer Wandungsteil einer Ringschulter gegenüber der übrigen Wandung des Behältermantels und des Behälterbodens eine geringere Wandstärke, so dass es möglich ist, im Bereich dieser zylindrischen Zone mit geringerer Wandstärke den Boden zum Beispiel mit Hilfe eines Messers vom Behältermantel abzutrennen.
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Bei der Doppeldose zur Aufnahme eines Vernebelungsmittels zum Schutz von Gefechtsfahrzeugen nach
DE 100 65 816 B4 wird die dortige Doppeldose aus Aluminium im Fließpressverfahren hergestellt. Bei einer Ausführungsform ist in der Doppeldosenaußenwand im Bereich einer Wirkmasse die Ausbildung von Sollbruchstellen vorgesehen. Diese Sollbruchstellen werden durch Anritzen hergestellt.
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Die
DE 10 2006 060 018 A1 zeigt einen Sicherheitsaufbau eines Kunststoff-Batteriegehäuses. Das Batteriegehäuse ist integral ausgebildet und weist mehrere Funktionskerben an der Innenwandung auf. Diesbezüglich ist erläutert, dass die Fertigung des Batteriegehäuses aus Plastik erfolgt und die Funktionskerbe im Voraus an der Innenwandung des Batteriegehäuses gebildet wird.
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Aus der
DE 10 2004 037 843 A1 ist eine Berstsicherung für Kondensatorengehäuse bekannt. Die Formgebung des die zu schaffende Sollbruchstelle umgebenden Bereiches soll eine visuelle Erkennung des internen Druckanstieges durch eine sich in Abhängigkeit vom Druck verformende Durchwölbung der Sollbruchstelle deutlich vor dem Ansprechen dieser Sollbruchstelle ermöglichen. Nach der Herstellung des Kondensatorgehäuses erfolgt das Erzeugen einer Einbuchtung, welche die Sollbruchstelle bildet und zwar in Form einer Wanne mit einer darin angeordneten Vertiefung in einer Wand des Kondensatorgehäuses. Die Einbuchtung selbst wird mit Hilfe eines Stempels geprägt. Konkret wird die Wand des Kondensatorgehäuses mit einem Stempel von außen zur harten Auflage hin gestempelt, wobei ein Teil der Wand gegen die Auflage gedrückt wird.
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Bei der gattungsbildenden
DE 41 33 340 C2 wird von einem Kondensatorbechergehäuse mit Sollberstbereich ausgegangen. Das Kondensatorbechergehäuse besteht aus fließfähigem Werkstoff. Der Sollberstbereich wird durch Schwächungen der Becherwand von außen her realisiert, wobei der Sollberstbereich mindestens einmal vorhanden ist, wobei Schwächungen vom Becherboden aus in der Becherwand über einen Anteil von 50-80 % ihrer Länge parallel zu den Mantellinien der Becherwand verlaufen und im restlichen Teil ihrer Länge geradlinig zu den über ihnen liegenden Mantellinien der Becherwand hin auslaufen.
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Bei dem Verfahren nach
DE 41 33 340 C2 wird demnach die Sollbruchstelle während des Fließpressens des Kondensatorbechergehäuses aus einem Rohling ausgebildet, wobei das notwendige Werkzeug Formelemente enthält, die in einer Fließpressmatrize unmittelbar über dem Matrizenboden angeordnet sind.
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Beim Fließpressen wird der auf dem Matrizenboden des Werkzeuges liegende Rohling so verformt, dass sein Werkstoff in dem Ringspalt zwischen dem Fließpressstempel und der Fließpressmatrize nach oben schießt. Beim Vorbeigleiten des Werkstoffes an den erwähnten Formelementen bilden sich in der Becherwand Schwächungen heraus, welche die Sollberstbereiche des Kondensatorbechergehäuses darstellen. Die Schwächungen beginnen am Becherboden und besitzen als Querschnitt eine keilförmige Gestalt im Sinne einer Schwächung der Außenwand des Bechers.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass Schwächungen an der Außenwand aus verschiedenen Gründen nachteilig sind. Zum einen wird oft eine derartige Schwächung als mangelhafte Ausführung des entsprechenden Hohlkörpers oder Gehäuses angesehen. Zum anderen sind Schwächungen in Form von keilförmigen Rücksprüngen, Nuten oder Ritzen mit dem Nachteil einer hierdurch bedingten Oberflächenstrukturierung verbunden, so dass Verunreinigungen und Schmutzpartikel in unerwünschter Weise anhaften können mit der Folge eines Nachteiles beim gewünschten Berstvorgang, beispielsweise dann, wenn sich im jeweiligen Hohlkörper, Becher oder Gefäß ein Überdruck aufbaut.
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Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass bisherige Sollbruch- oder Sollberststellen zu keinem sauberen Aufreißen einer diesbezüglichen Wandung führen. So kommt es in vielen Fällen nur zu einer Schlitz- oder Rissbildung, die für einen schnellen Abbau eines zu hohen Innendruckes oder ein gewünschtes Austreten von im Inneren des Hohlkörpers befindlichen Materialien nicht geeignet sind.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Fließpressverfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus fließpressfähigen Werkstoffen anzugeben, welcher unabhängig von seiner Querschnittsform an beliebigen Stellen Sollbruch- oder Sollberststellen aufweisen kann, die so realisiert sind, dass im Falle eines eintretenden oder herbeigeführten Berstvorganges ein definiertes, sicheres und gegebenenfalls auch großflächiges Öffnen im Bereich der Sollbruchstelle gegeben ist, um einen schnellen Druckabbau bzw. einen reproduzierbaren Austritt von innerhalb des Hohlkörpers oder Gehäuses befindlichen Medien zu bewerkstelligen.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgte durch ein Fließpressverfahren gemäß der Lehre des Anspruches 1 sowie mit einem Fließpresswerkzeug gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 6, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Es wird demnach von einem Hohlkörper ausgegangen, der eine beliebige Querschnittsfläche aufweisen kann.
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Beispielsweise sind hier runde Querschnitte, prismatische Querschnitte, ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt denkbar.
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Der Hohlkörper besteht aus einem fließpressfähigen Werkstoff. Hierbei kann es sich insbesondere um fließpressfähiges Aluminium oder Aluminiumlegierungen handeln.
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Der Hohlkörper weist mindestens eine, über einen Abschnitt in Hohlkörperlängsrichtung verlaufende, während des Fließpressens erzeugbare Sollbruchstelle auf.
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Erfindungsgemäß ist die Sollbruchstelle durch eine dickenseitige Werkstoffschwächung an der Innenseite der Wandung des Hohlkörpers gebildet. Die Sollbruchstelle wird hierbei während des Fließpressverfahrens, das heißt während des eigentlichen Fließpressschrittes, unmittelbar prozessintegriert ausgebildet. Nachträgliche Bearbeitungen des Hohlkörpers wie beispielsweise das Einprägen einer Kerbe, ein Einritzen oder eine sonstige spätere Materialschwächung insbesondere der Hohlkörperwandung ist nicht erforderlich.
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Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass entgegen dem bisher Bekannten bei dem Fließpressen durch eine Modifikation des Fließpressstempels in reproduzierbarer Weise eine gezielte Materialschwächung an der Innenseite der Wandung eines fließpresshergestellten Werkstückes erfolgen kann, und zwar ohne dass von der Wandungsaußenseite her erkennbar ist, ob und wenn ja, wo sich Materialschwächungen verbergen.
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Die Wandungsaußenseite und damit die Außenseite des Hohlkörpers oder eines hohlkörperartigen Gefäßes bleiben glatt und weisen keine Vertiefungen oder sonstige Oberflächenunregelmäßigkeiten auf.
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Bei unveränderter Ausbildung einer Fließpressmatrize bzw. des Fließpressgesenkes kann durch Austausch des Fließpressstempels als Werkzeug eine für den jeweiligen Fall abgestimmte Sollbruchstelle am Werkstück erzeugt werden.
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Diesbezüglich besteht die Möglichkeit, dass der Stempel auswechselbare Abschnitte oder Teile, definiert ausgebildet für die Herstellung der innenseitigen Sollbruchstellen aufweist.
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Der Querschnitt der mindestens einen Sollbruchstelle weist bevorzugt eine angenäherte Trapezform, insbesondere eine flache Trapezform auf, wobei auf der an der Wandungsinnenseite angrenzenden parallelen Trapezseite mindestens ein nasenartiger Fortsatz oder ein nasenartiger Höcker als weitere dickenseitige Werkstoffschwächung vorhanden ist.
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Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass im Falle eines gewünschten Berstvorganges quasi ein Aufklappen des Wandungsmaterials des Hohlkörpers beidseitig von der Nase oder dem Höcker im Bereich einer solchen Breite erfolgt, die im Wesentlichen gleich oder größer der diesbezüglichen Trapezseite ist. Es kommt also diesbezüglich im Bereich der Sollbruchstelle nicht nur zu einer mehr oder weniger unkoordinierten Rissbildung, sondern zu einem quasi fensterartigen Öffnen der Wandung des Hohlkörpers, bedingt durch die spezielle Trapezform der Sollbruchstelle mit nasenartigem Fortsatz.
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Die trapezförmige ausgebildete Sollbruchstelle kann von einem gleichschenkeligen aber auch von einem ungleichschenkeligen Trapez ausgehen.
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Der erwähnte nasenartige Fortsatz besitzt bevorzugt die Form eines gleichschenkeligen oder spitzwinkeligen Dreiecks.
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Die freie Spitze des Dreieckes ist in Richtung der Außenwandung des Hohlkörpers orientiert und führt diesbezüglich zu einer noch stärkeren Werkstoffschwächung in diesem Bereich der Wandung.
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Der Hohlkörper kann einen Boden aufweisen, wobei die dickenseitige Werkstoffschwächung in einem bodennahen Abschnitt an der Innenseite der Wandung ausgebildet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird von einem solchen ausgegangen, das prinzipiell zum Fließpressen geeignet ist. Beispielsweise kann es sich hier um ein Werkzeug handeln, welches einerseits eine Matrize bzw. ein Fließpressgesenk und andererseits den Fließpressstempel aufweist. Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von becherartigen Hohlkörpern, zum Beispiel Kondensatorgehäusen aus Aluminium, wird von einem Fließpressverfahren der Art Napf-rückwärts ausgegangen, wobei mit dem Eindringen des Stempels in die Matrize das dort vorliegende Material verdrängt wird und sich im vorhandenen bzw. verbleibenden Spalt zwischen Stempel und Matrize verteilt.
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Ein Kaltfließpressen kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden und führt zu Produkten höchster Form- und Maßgenauigkeit, wobei keine oder nur wenig spanende Nachbearbeitungen erfolgen müssen. Die übliche Oberflächengüte beim Kaltfließpressen kann als außerordentlich hoch bezeichnet werden. Beim Fließpressen lassen sich hohe Stückzahlen von Produkten zu geringen Kosten und in kurzer Zeit realisieren.
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Beim erfindungsgemäß eingesetzten Fließpresswerkzeug zur Herstellung des beschriebenen Hohlkörpers ist am in das Werkzeuggesenk eintauchenden Ende des Stempels des Fließpresswerkzeuges mindestens ein, nicht umlaufendes Sollbruchstellen-Formelement ausgebildet.
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Das Sollbruchstellen-Formelement ist bevorzugt als ein im Querschnitt trapezförmiges Gebilde mit Höcker oder nasenartigem Fortsatz realisiert.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind bevorzugt zwei gegenüberliegende Sollbruchstellen-Formelemente am Stempel vorhanden.
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Bei einem Stempel mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt sind die Sollbruchstellen-Formelemente an den Schmalseiten des Stempels ausgebildet.
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Im Unterschied zu bekannten Lösungen weist also das Sollbruchstellen-Formelement nicht nur eine einfache Keilform auf, sondern besitzt eine flächenmäßig größere Ausdehnung, die zu einem Abschnitt erster Querschnittsschwächung führt, wobei auf dieser flächenmäßig größeren Ausdehnung ein flächenmäßig kleinerer, quasi gestufter zweiter Abschnitt vorhanden ist, der zum Beispiel die erwähnte Dreieckform besitzt, um eine weitere Schwächung des Materials des derart hergestellten Werkstückes zu bewirken. Erst durch diese Maßnahme kann die gewünschte Reproduzierbarkeit des Verhaltens einer Sollbruchstelle im Vergleich zum bekannten in einfacher Weise umgesetzt und erreicht werden.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Fließpresswerkzeuges mit Gesenk (teilweise weggebrochen), Fließpressstempel und Stempelspannung;
- 2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, allerdings perspektivisch und ohne Fließpressgesenk;
- 3 eine Ansicht von unten auf den Fließpressstempel gemäß 2;
- 4 Detaildarstellungen A und B gemäß 3 mit erkennbarer Ausführungsform der Ausbildung des Sollbruchstellen-Formelementes am Werkzeug;
- 5 eine Vorderansicht eines Hohlkörpers, ausgeführt als Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt nebst den Detaildarstellungen Z und Y im Bereich der Sollbruchstelle;
- 6 eine Schnittdarstellung längs der Linie A-A gemäß 5; und
- 7 eine perspektivische Darstellung des beispielhaften Hohlkörpers bzw. Gehäuses mit an den Schmalseiten vorhandener Sollbruchstelle nebst Detaildarstellung X.
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Das zur Herstellung des Hohlkörpers, z.B. eines rechteckigen Gehäuses 10 gemäß den 5 bis 7, eingesetzte Fließpresswerkzeug wird am Beispiel eines solchen Werkzeuges unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, das zu einem Hohlkörper mit einer rechteckigen Querschnittsfläche führt.
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Für den Fließpressvorgang kommt ein an sich bekanntes Gesenk 1 mit einer Matrizenform zum Einsatz, die eine Konfiguration aufweist, welche dem späteren Hohlkörper und dessen Gestalt entspricht. Dabei kann es sich um einen becherartigen Hohlkörper mit rechteckigem Querschnitt handeln.
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Die Fließpressmatrize ist in üblicher Weise armiert. Auf die Darstellung der Armierung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Der Fließpressstempel 2 ist in seinem unteren Ende mit Sollbruchstellen-Formelementen versehen, die in den 3 und 4 erkennbar sind. Am gesenkfernen Ende weist das Fließpresswerkzeug noch einen Spannhals zur Aufnahme des Stempels in einer Presse auf.
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Wie in den 1 und 2 angedeutet, ist das Fließpresswerkzeug, das heißt der Stempel, auswechselbar ausgeführt, wobei die Möglichkeit besteht, nur einen Teil des Stempels, nämlich denjenigen mit den Sollbruchstellen-Formelementen, auszutauschen, zum Beispiel dann, wenn selbiges verschleißbedingt erforderlich wird.
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Die Sollbruchstellen-Formelemente zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Sollbruchstelle sind in den Detaildarstellungen gemäß 4, A und B gezeigt.
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Es ist dabei deutlich werdend, dass das jeweilige Sollbruchstellen-Formelement 4 als trapezförmiges Gebilde interpretierbar ist, welches auf der kleineren Trapezseite, im gezeigten Beispiel nahezu mittig, einen Höcker oder einen nasenartigen Fortsatz 5 besitzt.
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Dieser nasenartige Fortsatz 5 kann die Gestalt eines spitzwinkeligen Dreieckes aufweisen.
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Die freie Spitze des Dreiecks 5 zeigt in Richtung der Außenwandung des zu schaffenden Hohlkörpers und führt diesbezüglich zu einem noch stärkeren Werkstoffschwächungsbereich als es im Abschnitt der benachbarten Flächen der entsprechenden Trapezseite der Fall ist.
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Beim gezeigten Beispiel nach den 2 bis 4 sind die Sollbruchstellen-Formelemente 4 beidseitig jeweils an den Schmalseiten des Stempels 2 ausgeführt, so dass sich beim späteren, durch Fließpressen gebildeten Hohlkörper an dessen Schmalseiten im Bereich eines Bodens die Sollbruchstellen in der gewünschten Weise ausbilden.
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Gerade bei der Ausbildung von Sollbruchstellen im Schmalseitenbereich eines Hohlkörpers ist es von Vorteil, die erfindungsgemäße gestufte Materialschwächung zu realisieren, um einerseits den Sollberstvorgang reproduzierbar zu ermöglichen, andererseits aber zu vermeiden, dass in unerwünschter Weise die gesamte Schmalseite des betreffenden Gehäuses oder Hohlkörpers aufreißt und somit das Gesamtgebilde seine notwendige Stabilität verliert.
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Mit Hilfe der 5 bis 7 sei ein beispielhafter Hohlkörper, ausgebildet als Gehäuse mit rechteckförmigem Querschnitt, näher erläutert.
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Der Hohlkörper bzw. das Gehäuse 10 besteht aus einem Aluminiummaterial, insbesondere einer fließpressfähigen Aluminiumlegierung.
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Gemäß 5 und 7, dort insbesondere die Detaildarstellung X, Y und Z, zeigen, dass an den Längsschmalseiten 11 des Gehäuses 10 in Längsrichtung verlaufende Sollbruchstellen 12 eingebracht wurden.
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Diese Sollbruchstellen 12 werden innenwandungsseitig während des Fließpressens erzeugt und nicht nachträglich, zum Beispiel durch Einkerben, realisiert.
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Wie die Detaildarstellung gemäß 5Z und 5Y erkennen lässt, ist die jeweilige Sollbruchstelle 12 durch eine dickenseitige Schwächung des Werkstoffes, das heißt der Wandung 11 des Gehäuses 10 gebildet.
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Der Querschnitt der Sollbruchstelle 12 weist jeweils eine angenäherte Trapezform auf, wobei auf der Seite mit der kleineren Trapezfläche ein nasenartiger Flächenabschnitt 13 als weitere dickenseitige Wandungsschwächung ausgebildet ist.
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Dabei besteht die Möglichkeit, wie in der 5Z und 5Y gezeigt, einen kontinuierlichen Übergang in den Schwächungsbereichen zu realisieren, das heißt die Ausbildung scharfer Kanten zu vermeiden, um die Reproduzierbarkeit des Sollbruch- bzw. Berstverhaltens zu gewährleisten.
