DE19545475C1 - Verfahren und Anordnung zum Herstellen eines Hohlkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anord­ nung zum Herstellen eines Hohlkörpers beliebiger Form, der aus mindestens zwei vorgeformten Teilen zusammenge­ schweißt wird.

Derartige Hohlkörper beliebiger und/oder verwundener Form finden, ganz gleich, ob sie geschlossen oder zumindest nach einer Seite hin offen sind, auf vielen Gebieten der Technik eine vielseitige Verwendung. Bei einer solchen Vielseitig­ keit versteht es sich nahezu von selbst, daß an solche Hohl­ körper die verschiedenartigsten Forderungen gestellt werden. Gemäß einer häufigen Forderung wird eine hohe Festigkeit, insbesondere eine hohe Druckfestigkeit verlangt, die da­ durch erreicht werden kann, daß man stärkeres Material und/ oder Material mit höherer Festigkeit zum Einsatz bringt. Dies bereitet aber insofern Schwierigkeiten, als damit ein­ mal die Materialkosten und/oder das Gewicht ansteigen, und zum anderen ein genaues Verformen des Materials ohne auf­ federnde Toleranzen schwieriger wird. Eine weitere wesent­ liche Forderung besteht darin, daß hohe Genauigkeiten, also enge Toleranzen, auch bei verwundenen Formen verlangt werden, die in aller Regel erhebliche Nacharbeiten erfordern, die einen ungünstigen Einfluß auf die Herstellungskosten haben. Des weiteren haben sich bei der Herstellung von Hohlkörpern, z. B. aus Stahl, Aluminium od. dgl. die bisherigen Schweiß­ methoden als nachteilig erwiesen, da sie nicht nur einen hohen Energieverbrauch haben, sondern auch durch die hohe Energiezufuhr zu erheblichen, in vielen Fällen, insbesondere bei verwundenen Formen, nicht ungefährlichen Verspannungen und Formveränderungen führen, welche nur bedingt beseitigt werden können.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren anzugeben, das bei ausreichender Festig­ keit des Erzeugnisses nicht nur die Kosten des Materialein­ satzes und die Verformungskosten in tragbaren Grenzen hält, sondern das auch das Erreichen enger Toleranzen ohne kost­ spielige Nacharbeit gewährleistet. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, eine Anordnung anzubieten, die das Er­ reichen dieses Zieles in wirtschaftlicher Weise ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruches. Dabei kommt der im jeweiligen Erzeugnis verbleibenden Vorrich­ tung insofern eine besondere Bedeutung zu, als auch dann eine hohe mechanische Festigkeit gegeben ist, wenn man für die verformten Teile schwächeres Material oder solches mit üb­ licher Festigkeit verwendet und damit wirtschaftliche Vorteile erzielt hat. Das geringere Gewicht schwächerer Materialien wird zwar durch das Gewicht der verlorenen Anordnung teil­ weise aufgezehrt, jedoch verbleibt immer noch ein nicht zu unterschätzender Rest. Daß schwächeres Material und solches mit nicht erhöhter Festigkeit leichter verformt werden kann und auch das lästige Auffedern absinkt, versteht sich nahezu von selbst, so daß sich die Herstellungskosten vermindern und enge Toleranzen einhalten lassen. Diese Vorteile wirken sich auch günstig auf die vorgesehene übergangsglatte Be­ arbeitung aus, die nur reduziert anfällt.

Um den Vorteil der Einhaltung enger Toleranzen noch weiter zu vertiefen und um auch die Festigkeit zu erhöhen, wird die Maßnahme nach Anspruch 2 vorgeschlagen. Dadurch gewinnt die endformgerechte Anordnung wesentlich an Bedeutung.

Wenn eingangs darauf hingewiesen wurde, daß die bisherigen bzw. herkömmlichen Schweißmethoden bei der Herstellung von Hohlkörpern nur äußerst bedingt, wenn überhaupt, vorteil­ haft sind, so läßt sich dann eine wesentliche Verbesserung herbeiführen, wenn nach Anspruch 3 vorgegangen wird. Es mag zwar sein, daß Laserschweißverfahren seit langem bekannt sind und verhältnismäßig kostspieliger Hilfsmittel bedürfen, jedoch sind sie dann mit Vorteil einzusetzen, wenn Hohlkör­ per in höherer Stückzahl gefertigt werden müssen, die nach dem Verschweißen keiner kostspieligen Nacharbeit bedürfen, da insbesondere durch Wärmeverzug bedingte Formänderungen von vornherein vermieden werden. Daß die geringeren Ver­ spannungen auf die verringerte Energiezufuhr beim Laser­ schweißen zurückzuführen ist, erscheint selbstverständlich.

Um eine preisgünstige und eine hohe Stabilität aufweisende Anordnung zu schaffen, die das Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 ermöglicht, wird auf die Lehren der Ansprüche 4, 5 und 6 verwiesen. Der Vorrichtung gemäß Anspruch 6 kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie ein Garant dafür ist, daß mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren so ablaufen kann, daß die Forderungen der gestellten Aufgabe voll und ganz erfüllt werden.

Für den Fall, daß der jeweilige Hohlkörper von einem kühlen­ den oder heizenden Medium durch strömt werden soll, empfiehlt es sich, nach Anspruch 7 vorzugehen.

Wenn man sich die Lehre nach Anspruch 8 zunutze macht, er­ hält man eine Vorrichtung, die sich besonders fest mit den verformten Teilen verbinden läßt, also überall dort zu empfehlen ist, wo es auf eine hohe Druckfestigkeit von außen ankommt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von verschieden gestalteter Vorrichtungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht auf eine Anordnung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht auf eine gegenüber den Fig. 1 und 2 geänderte Ausführungsform, jedoch bei geänderter Blickrichtung;

Fig. 4 die geänderte Ausführungsform gemäß Fig. 3 in Seitenansicht;

Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung eines Teiles einer Vorrichtung, bei der die Einzelheiten der Fig. 1 bis 4 kombiniert sind;

Fig. 6 eine Einzelheit gemäß der Bauart nach Fig. 5 im Schnitt;

Fig. 7 eine weitere Einzelheit der Bauarten nach den Fig. 1-5, und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper im Zusammenwirken mit den Anordnungen und Einzelheiten gemäß den Fig. 1-7.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht die Anordnung 1 aus eine kreisrunde Form (nicht zwingend) aufweisenden Stützstegen 2, 3, 4 und 5, die mit einem Stab 6 gegeneinander fixiert sind. Die vorgeformten Teile, die auf die Stützstege 2-5 aufgebracht werden, sind mit gestrichelten Linien 7, 8 be­ zeichnet. Während bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 die Stützstege 2, 3, 4, 5 quer zur Längsachse des zu stüt­ zenden Hohlkörpers (vgl. 7, 8) verlaufen, sind die Stütz­ stege 9, 10, 11, 12 und 13 der Fig. 3 und 4 in Längsrich­ tung des von zwei Teilen gebildeten Hohlkörpers vorgesehen, was wiederum mit gestrichelten Linien 14, 15 angedeutet ist. Die Fixierung erfolgt hier mit quer zur Längsrichtung ver­ laufenden Stäben 16, 17, 18, die in Fig. 3 nur als ein Stab 18 erkennbar sind. Mit gestrichelten Linien 19 ist ange­ deutet, daß die Stäbe 16, 17, 18 auch durch Rohre, gegebenen­ falls mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder Querschnit­ ten ersetzt sein könnten. Rohre führen zu einer besonders festen bzw. druckfesten Anordnung 1.

In Fig. 5 sind die Stützstege analog zu den Stützstegen der Fig. 1-4 bezeichnet. Man erkennt deutlich, daß die Stütz­ stege 2-5 die Stützstege 9, 10, 11 und 12 kreuzen. Auch ist erkennbar, daß die Stützstege unterschiedliche Stärken aufweisen. Ebenso ist erkennbar, daß alle Stützstege mit­ einander eine Anordnung bilden, die einem Korb ähnelt. Dabei empfiehlt es sich, aus Materialersparnisgründen nicht die volle Höhe eines Hohlkörpers auszufüllen, sondern die Stützstege, die beliebig gekrümmt sein können, streifen­ förmig zu gestalten, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist. Dort erkennt man auch, daß eine gegenseitige Fixierung der Stege 2 mit dem Steg 9 durch übliche Schlitzaussparungen 20, 21 er­ reichbar ist. Eine absolut feste Verbindung läßt sich durch Verschweißen erzielen.

Wenn man eine besonders feste Verbindung zwischen einem ver­ formten Teil 7 und einem Steg 4 erzielen will, dann ist es zweckmäßig, nach Fig. 7 einen Stützsteg 4 mit einer Abkan­ tung 22 zu versehen und bei 23 eine Schweißverbindung herzu­ stellen. Die stützende Wirkung der Stützstege auf die ver­ formten Teile 7, 8 bzw. 14, 15 läßt sich dann ganz wesent­ lich erhöhen, wenn die Stützstege mit den verformten Teilen 7, 8 bzw. 14, 15 einen rechten Winkel einschließen, wie dies in den Fig. 2 und 3 durch gestrichelte Linien 24, 25 ange­ deutet ist (vgl. auch Fig. 7).

Wenn die Anordnung 1 bzw. die hergestellten Hohlkörper im eingebauten Zustand von einem kühlenden oder heizenden Medium durchströmt werden soll bzw. sollen, müßten in den Stegen 2, 3, 4 und 5 der Fig. 1 und 2 mindestens je eine Bohrung 26 vorgesehen werden (vgl. auch Fig. 7). Bei der Bauart nach den Fig. 3 und 4 ist eine Durchströmbarkeit von vornherein gegeben. Ahnliches ist bei der Bauart gemäß Fig. 5 der Fall, jedoch nur dann, wenn die in Längsrichtung und quer zur Längs­ richtung verlaufenden Stützstege nicht den gesamten Quer­ schnitt des jeweiligen Hohlkörpers ausfüllen. Wenn dem nicht so ist, müssen auch hier Bohrungen 26 vorgesehen werden, wie solche aus Fig. 6 ersichtlich sind. In Fig. 6 ist auch eine Ausnehmung 27 angedeutet, die dadurch einen Durchfluß­ querschnitt schafft, indem die jeweilige Randkante den ver­ formten Teil nicht erreicht.

Aus Fig. 8 ergibt sich ein Hohlkörper 28, der aus zwei vorge­ formten- Teilen 29, 30 und einem massiven Teil 31 zusammenge­ schweißt ist. An diesem Hohlkörper 28 erkennt man deutlich die Bedeutung der hier zum Einsatz gekommenen Anordnung 1. Die Anordnung 1, die aus der Fig. 3 abzuleiten ist, ergibt mit ihren Stegen 9, 10, 11, 12 und 13 einen allseitig auf Druck hoch belastbaren und enge Toleranzen aufweisenden Hohl­ körper 28, wobei die Belastungsfähigkeit noch weiter gestei­ gert werden könnte, wenn man die Stege 9-12 in der Weise nach Fig. 7 abkanten und senkrecht (wie beim Stützsteg 10 angedeutet) zu dem verformten Teil 29 ausrichten würde. Dem verstärkten Stützsteg 13 kommt insofern eine hohe Bedeutung zu, als er zusammen mit dem Rohr 19 (vgl. Fig. 3) auf den vorderen Teil 31 einwirkende Kräfte auf den rückwärtigen Bereich des Teiles 30 überträgt, also mit dazu beiträgt daß der Hohlkörper 28 trotz einer rauhen Behandlung form­ stabil bleibt, insbesondere dann, wenn das Rohr 19 in Mehr­ fachanordnung vorgesehen wird und/oder die Stege 9-12 fest mit den vorgeformten Teilen 29, 30 verbunden werden. Das gleiche gilt auch für einen verwundenen Hohlkörper.

Die enden Toleranzen beruhen nicht zuletzt darauf, daß die Anordnung 1 so formstabil ist, daß die verformten Teile ihrerseits unter Druck formgerecht aufgebracht und an­ schließend ebenso formgerecht miteinander verschweißt wer­ den können. Wenn man noch dazu die Schweißstellen 32, 33, 34, 35 und 36 nach dem Laserverfahren fertigt, sind auch keine gefährlichen und durch Nacharbeit nur bedingt zu be­ seitigenden Verspannungen und Formänderungen zu befürchten. Ähnliches gilt für das Anschweißen einer Anschraubplatte 37. Durch die Anordnung 1 ist ferner gewährleistet, daß man bei den Teilen 29, 30 Material einsparen kann. Wenn man nun bedenkt, daß durch Änderungen der Anordnung 1 andere statische Bedingungen geschaffen werden können und darüber hinaus, wenn es der Verwendungszweck zuläßt, unter den Ma­ terialien, wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan od. dgl. gewählt werden kann, dann ist das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenwirken mit der ebenfalls zur Erfindung gehörigen Vorrichtung geeignet, allen Forderungen der Praxis mit den zu erzielenden Vorteilen gerecht zu werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers beliebiger Form, der aus mindestens zwei vorgeformten Teilen zusammenge­ schweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformten Teile (29, 30) auf eine verlorene, endformgerechte und die Teile von innen stützende Vorrichtung (1) aufgebracht, anschließend miteinander verschweißt und zumindest im Be­ reich der Schweißverbindungen (32 bis 36) einer über­ gangsglatten Bearbeitung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformten Teile (29, 30) unter Druck auf die Vor­ richtung (1) aufgebracht und mit letzterer fest verbunden werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für die erforderlichen Schweißverbindungen (23, 32-36 und 37) das an sich bekannte Laserschweiß­ verfahren zur Anwendung gebracht wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die vorgeformten Teile (14, 15) von innen stützende Anordnung (1) von in Längsrichtung des jeweiligen Hohlkörpers (vgl. 14, 15) verlaufenden, den jeweiligen Innenflächen der vorgeformten Teile (14, 15) zustrebenden Stützstegen (9-13) gebildet ist, die ihrerseits gegeneinander, z. B. mit sie kreuzenden Rohren (19) oder Stäben (16, 17, 18) fixiert sind.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die vorgeformten Teile (7, 8) von innen stützende Anordnung (1) von quer zur Längsachse des jeweiligen Hohlkörpers (7, 8) verlaufenden Stützstegen (2-5) gebildet ist, die gegeneinander, z. B. mit sie kreuzenden Stäben (6) fixiert sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in Quer- und Längsrichtung des jeweili­ gen Hohlkörpers (7, 8 oder 14, 15) verlaufenden Stützstege (2-5 oder 9-13) zu einem einheitlichen, die Vorrichtung (1) bildenden korbähnlichen Gebilde zu­ sammengefügt sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützstege (2-5 oder 9-13) derart gestaltet (26, 27) sind, daß der jeweilige Hohl­ körper (7, 8) von einem kühlenden oder heizenden Medium durchströmbar ist.

8. Anordnung den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Randbereiche der mit den Innenflächen der verformten Teile (7, 8) in Berührung stehenden Stützstege (2-5) Abkantungen (22) aufweisen.