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Verfahren und Einrichtung zum Aufblähen von durch örtlich begrenzte
Preßschweißung gebildeten Hohlblechtafeln zu Hohlkörpern zwischen nachgiebigen Gegenlagern
Es ist bereits bekannt, Hohlkörper durch Aufblähen von durch örtlich begrenzte Schweißung
gebildeten Hohlblechtafeln herzustellen.
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Das Aufblähen kann nach einem bekannten. Verfahren in völlig freier
Weise, d. h. ohne jegliche Einspannung der aufzublähenden Hohlblechtafel erfolgen.
Dies hat den Vorteil, daß keine Wandstärkeverminderung der aufzublähenden Hohlblechtafel
eintritt, da die Aufblähung durch reine Ausbeulung der betreffenden Blechpartien
erfolgt. Hingegen tritt entsprechend der jeweiligen Ausbeulung eine Längen- und
Breitenschrumpfung der Hohlblechtafel im Zuge des Aufblähens auf.
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Diese Längen- und Breitenschrumpfung wird bei einem weiteren bekannten
Aufblähverfahren vermieden, gemäß welchem die aufzublähende Hohlblechtafel längs
ihrer Ränder zwischen Gegenlagern eingespannt wird, so daß die Aufblähung nicht
durch reine Ausbeulung, sondern in erster Linie durch Materialfluß erfolgt.
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Das Aufblähen zwischen Gegenlagern ist wiederum in zwei grundsätzlichen
Ausführungsformen bekanntgeworden. Bei einem dieser beiden bekannten Verfahren sind
die Gegenlager als Gesenke ausgebildet, deren Gesenkhohlräume entsprechend den Hohlräumen
der aufzublähenden Hohlblechtafeln verlaufen, so daß die Ausbeulung der betreffenden
Blechpartien beim Aufblähen in diese Gesenkhohlräume hinein erfolgt. Gemäß dem anderen
dieser beiden bekannten Verfahren zur Aufblähung zwischen Gegenlagern haben diese
Gegenlager nicht die Form von Gesenken, sondern die Anlageflächen der Gegenlager,
an welche sich die aufzublähenden Blechwandungen schließlich anlegen, liegen in
einem bestimmten gegenseitigen Abstand zueinander fest. In beiden Fällen werden
die Ränder der aufzublähenden Hohlblechtafeln während des Aufblähens zwischen den
Gegenlagern eingespannt gehalten. Da bei beiden Verfahren die Ausbeulung der betreffenden
Blechpartien während des Aufblähens durch Materialfluß erfolgt, kann es zu Querschnittseinschnürungen
an den betreffenden Blechpartien kommen. Eine physikalische Erklärung für diese
Erscheinung könnte etwa auf folgenden Gedankengängen beruhen: Es leuchtet ohne weiteres
ein, daß, wenn an den Gegenlagern keine Anlagenflächen für die sich ausbeulenden
Blechpartien der aufzublähenden Hohlblechtafel vorgesehen wären, die betreffenden
Blechpartien aufreißen würden, da die betreffende Hohlblechtafel an ihren Rändern
eingespannt ist und folglich bei einsetzendem Aufblähdruck der Materialfluß so rasch
einsetzen würde, daß an irgendeiner Stelle die Streckgrenze sehr schnell erreicht
und überschritten würde. Kann sich aber die sich ausbeulende Wandung des zu bildenden
Hohlblechkörpers - unabhängig davon, ob nun die Gegenlager Gesenkform haben oder
lediglich in Abstand voneinander fest angeordnete Anlageflächen aufweisen - an diese
Anlageflächen anlegen, so wird der erwähnte Materialfluß zeitlich und räumlich begrenzt,
so daß die Gefahr eines Aufreißens ausgeschaltet ist. Damit verlagert sich aber
die Zone, innerhalb welcher im Zuge des Materialflusses die Streckgrenze erreicht
wird, in diejenigen Bereiche, in welchen ein solcher Materialfluß noch stattfinden
kann. Dabei wurden diese schädlichen Einschnürungen des Wandungsquerschnitts wiederum
insbesondere an den übergangsstellen zwischen den miteinander verschweißten Blechpartien
und den nicht miteinander verschweißten Blechpartien der Hohlblechkörper beobachtet.
Messungen haben ergeben, daß bei Blechstärken zwischen 0,76 und 0,81 mm je Blechschicht
Querschnittseinschnürungen bis auf Schichtstärken zwischen 0,58 und 0,69 mm auftreten.
Es wird vermutet, daß wegen der Kürze der beim Aufblähen für den Materialfluß zur
Verfügung stehenden Zeit das in Streckung befindliche Material noch weiterf(ießt,
obwohl die bereits ausgebeulten
äußeren Blechpartien sich bereits
an die AnlageflächenderGegenlager angelegthaben, sodaßinden noch in Fluß befindlichen,
nahe den erwähntenÜbergangsstellen gelegenen Blechpartien tatsächlich die Streckgrenze
des Materials erreicht werden kann und folglich die beobachteten Einschnürungen
auftreten.
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Man kann diesen unangenehmen Einschnürungserscheinungen natürlich
in einfacher Weise dadurch begegnen, daß man von vornherein für die dem Ausbeulvorgang
und folglich dem Materialfluß zu unterziehenden Blechschichten ein Ausgangsmaterial
von entsprechend größerer Blechstärke wählt. Eine solche Maßnahme kommt aber einer
nicht unerheblichen Werkstoffvergeudung gleich.
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Die Erfindung weist demgegenüber einen Weg, derartige unerwünschte
Querschnittseinschnürungenbeim Blähen zu vermeiden, ohne daß an sich unnötig große
Materialstärken für die zu streckenden Blechschichten gewählt werden müssen. Gleichzeitig
hat sich gezeigt, daß bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung eine Art Kaltverfestigung
der gestreckten Blechschichten eintritt, wodurch im allgemeinen die Festigkeit solcher
durch Aufblähen von Hohlblechtafeln gebildeter Hohlkörper erhöht wird.
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Die Erfindung geht demgemäß von einem Verfahren zum Aufblähen von
durch örtlich begrenzte Preßschweißung gebildeten Hohlblechtafeln zu Hohlkörpern
zwischen Gegenlagern aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil
der Oberfläche der aufzublähenden Blechtafel vom Beginn bis zum Ende der Aufblähung
einem nur in Richtung senkrecht zur Tafelebene nachgiebigen Gegendruck ausgesetzt
wird, wonach durch Festlegung dieses Gegendrucks eine maßliche Begrenzung der Aufblähung
erfolgt.
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Die Anwendung von nachgiebigen Gegenlagern beim Blähen von Hohlblechtafeln
ist an sich bekannt. Hierbei handelt es sich um Gegenlager, welche durch Auflagen
von Polsterschichten aus Gummi, elastischem Kunststoff od. dgl. nachgiebig gemacht
sind. Derartige Polsterschichten gewähren jedoch eine Nachgiebigkeit in allen Richtungen
und eignen sich nicht zur Erzielung der mit der Erfindung angestrebten Wirkung.
Das Wesen der Erfindung besteht vielmehr darin, daß die Oberfläche der aufzublähenden
Blechtafel von Beginn bis zum Ende der Aufblähung einem nur in Richtung senkrecht
zur Tafelebene nachgiebigen Gegendruck ausgesetzt wird und daß dieser Gegendruck
anschließend festgesetzt wird, um die Aufblähung des zu bildenden Hohlkörpers maßlich
zu begrenzen.
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Der nachgiebige Gegendruck kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
durch nur in. Richtung senkrecht zur Tafelebene .elastische Mittel ausgeübt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der nachgiebige Gegendruck
durch entsprechende Steuerung hydraulischer, nur in Richtung senkrecht zur Tafelebene
nachgebender Mittel ausgeübt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Oberflächen der
aufzublähenden Hohlblechtafel vor dem Aufblähen mit einem Gegendruck belastet werden,
der kleiner ist als der Aufblähdruck. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung
sieht vor, daß die Oberflächen der aufzublähenden Hohlblechtafeln vor dem Aufblähen
mit einem Gegendruck belastet werden, der gleich oder größer ist als der Aufblähdruck,
und daß dieser Gegendruck im Zuge der Aufblähung so lange vermindert wird, bis das
gewünschte Maß der Aufblähung erreicht ist.
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Die Erfindung beinhaltet außerdem eine Vorrichtung zur Ausführung
des soeben kurz dargelegten Verfahrens. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird
die Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen beschrieben. Es stellt
dar Fig.1 eine teilweise geschnittene Aufsicht auf eine in üblicher Weise preßgeschweißte,
noch nicht aufgeblähte Hohlblechtafel, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2
in Fig.1, in Pfeilrichtung gesehen, Fig.3 einen Teilschnitt durch einen Hohlkörper,
welcher nach den bekannten Blähverfahren aus einer Hohlblechtafel gebildet ist und
die eingangs erwähnten, unerwünschten Einschnürungen zeigt, welche durch die Erfindung
vermieden werden, Fig.4 eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung mit eingelegter Hohlblechtafel, Fig. 5 und
6 die in Fig.4 dargestellte Vorrichtung in zwei verschiedenen Phasen des Aufblähvorganges
nach .dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 7, 8 und 9 Teilquerschnitte durch den
durch das Aufblähen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper
in verschiedenen Phasen des Aufblühvorganges, ungefähr entsprechend den in den Fig.4
bis 6 dargestellten Stellungen der hierzu benutzten Vorrichtung, und Fig.10 und
11 eine andere beispielsweise Ausführungsform .einer Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung.
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Im Rahmen der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei
im Verhältnis zu dem späteren Fertigteil kürzere Bleche mit dazwischenliegender,
entsprechend ebenfalls verkürzter Trennzone, deren Form die spätere Form der Hohlräume
des zu bildenden Hohlkörpers bestimmt, durch Aufeinanderwalzen miteinander verschweißt,
so daß eine entsprechend längere Hohlblechtafel entsteht, deren Schlitzräume 2 der
Trennzone entsprechen. Wird eine solche Hohlblechtafel nach bisher bekannten Verfahren
zu einem Hohlkörper mit Hohlräumen 3 aufgebläht, dann neigen insbesondere diejenigen
Blechteile, welche in der Nähe der Übergangsstellen von der Schweißzone zur Trennzone
liegen, zu den oben im einzelnen erörterten Querschnittseinschnürungen, wie dies
in Fig. 3 der Zeichnung bei 4 angedeutet ist.
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Gemäß der Erfindung können diese schädlichen Einschnürungen vermieden
oder zumindestens auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, indem die Hohlblechtafel
in einer Vorrichtung mit zwei in an sich bekannter Weise mit Bezug aufeinander abstandsveränderlich
einstellbaren Gegenlagern aufgebläht wird, deren mindestens eines unter der Wirkung
einer eine nur in Richtung senkrecht zur Tafelebene wirksame, in an sich bekannter
Weise nachgiebige Kraft ausübenden Kraftquelle steht, welche bestrebt ist, die beiden
Gegenlager einander anzunähern. Wie aus den Fig. 4 bis 6 der Zeichnungen ersichtlich
ist, weist die Vorrichtung zwei bewegliche Gegenlager 5 und 7 auf, welche in ihrer
Ausgangsstellung die in Fig.4 dargestellte gegenseitige Lage haben, welche gestattet,
das aufzublähende Hohlblech ohne Schwierigkeit zwischen die beiden Gegenlager einzuschieben.
Fig.5
der Zeichnung zeigt, wie das untere Gegenlager mittels der hydraulischen Presse
6 in eine Stellung angehoben ist, in welcher die Hohlblechtafel1 zwischen dem unteren
Gegenlager 5 und dem oberen Gegenlager 7 eingespannt ist. In dieser Stellung
stehen auf das obere Gegenlager 7 wirkende Druckfedern 8 bereits unter Spannung,
so daß der auf die Hohlblechtafel 1 wirkende Einspanndruck etwa in einem
Bereich zwischen 14 und 70 kg/cm2 liegt. Nunmehr wird die Aufblähdüse an einer hierfür
vorgesehenen Stelle in den Schlitzhohlraum des Hohlbleches 1 eingeführt und
mittels eines Aufblähgerätes 9 in an sich bekannter Weise eine Druckflüssigkeit
in diesen Schlitzhohlraum hineingepreßt. Damit beginnt der eigentlich Aufblähvorgang,
während dessen das obere Gegenlager 7 entgegen dem elastischen Widerstand der Druckfedern
8 nach oben gedrückt wird. War die Hohlblechtafel beispielsweise zu Beginn des Aufblähvorganges
mit einem Druck von 70 kg/cm2 zwischen den beiden Gegenlagern 5 und 7 eingespannt,
dann muß selbstverständlich zum Aufblähen ein entsprechend höherer Druck Anwendung
finden. Der beim Aufblähen anzuwendende Höchstdruck hängt in hohem Maße von der
Zusammensetzung des Werkstoffs ab, aus welchem die Hohlblechtafel gebildet ist.
Bei Hohlblechtafeln aus Aluminiumblech üblicher Zusammensetzung wird normalerweise
ein Aufblähhöchstdruck zwischen 210 und 280 kg/cm2 genügen. In den Fig. 7 bis 9
der Zeichnung ist dargestellt, welche Formen ein Teilquerschnitt der aufzublähenden
Hohlblechtafel1 während des Aufblähens von Phase zu Phase allmählich annimmt. Dabei
wird ohne weiteres deutlich, daß die sich an die Anlageflächen der Gegenlager 5
und 7 anliegenden Außenflächen der Wandungen 11 der sich bildenden Hohlräume 3 zu
Beginn des. Aufblähvorganges groß sind und dann mit fortschreitendem Aufblähungsgrad
immer kleiner werden. In gleichem Maße erfolgt, wie ebenfalls aus den Fig. 7 bis
9 der Zeichnung deutlich zu ersehen ist, eine ArtKaltverformung der zwischen diesen
Wandungen 11 und den miteinander verschweißten Blechpartien verlaufenden
Wandungsbereiche 12. Dadurch werden nicht nur die oben dargelegten schädlichen
Querschnittseinschnürungen vermieden, sondern es tritt außerdem an denjenigen Stellen,
wo nach früheren Verfahren diese schädlichen Einschnürungen auftraten, nunmehr infolge
der Materialstreckung während des Aufblähens eine Kaltverfestigung des Werkstoffs
ein, was zur Folge hat, daß die auf diese Weise gebildeten fertigen Hohlkörper eine
wesentlich höhere allgemeine Festigkeit aufweisen und somit wesentlich höhere Innendrücke
aufzunehmen vermögen.
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Das obere Gegenlager 7 der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Vorrichtung
kann sich so weit nach oben bewegen, daß es nach abgeschlossener Aufblähung der
Hohlblechtafel eine Endlage einnimmt. Diese Endlage ist entweder dadurch bestimmt,
daß die Druckfedern B so ausgewählt werden, daß die von ihnen in zusammengedrücktem
Zustand ausgeübte Druckkraft gleich dem Aufblähhöchstdruck ist, oder aber die Federn
werden vorzugsweise etwas schwächer gewählt, in welchem Fall eine obere Rahmenplatte
der Blähvorrichtung mit Anschlägen 14 ausgestattet sein muß, an welche sich
das obere Gegenlager bei Erreichung der Endstellung anlegt.
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Eine in den Fig. 10 und 11 der Zeichnung dargestellte weitere Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein festes
oberes Gegenlager 16 _ und ein verschiebbares unteres Gegenlager 17 auf,
welch letzteres wiederum mittels einer hydraulischen Presse 18
bewegt wird.
Diese Anordnung wird nun nach der Erfindung derart betrieben, daß die aufzublähende
Hohlblechtafell mit einem Druck zwischen den beiden Gegenlagern 16 und
17 eingespannt wird, welcher nicht kleiner ist als der Aufblähhöchstdruckvon
etwa 210 kp/cm2. Das Aufblähmedium wird ebenfalls mit einem Druck von 210 kp/cm2
in die Hohlblechtafel eingeführt. Die Aufblähung der Hohlblechtafel wird nun dadurch
erzielt, daß das untere Gegenlager 17 langsam nach unten bewegt wird, bis es eine
Stellung erreicht, welche der vollständigen Aufblähung des zu erzeugenden Hohlkörpers
entspricht. Diese Abwärtsbewegung des unteren Gegenlagers 17 wird mittels eines
Steuerventils 19 gesteuert, über welches die den Kolben der hydraulischen Presse
18 bewegende Druckflüssigkeit entsprechend abgelassen wird. Sowie der zu
erzeugende Hohlkörper seine endgültige Gestalt erreicht hat, werden sowohl der Aufblähdruck
als auch der auf dem unteren Gegenlager 17 lastende Druck abgebaut, so daß das fertige
Werkstück ungehindert aus der Vorrichtung entnommen werden kann.