DE19728276A1

DE19728276A1 - Verfahren zur Bildung eines Vorformlings für die Innenhochdruckverformung

Info

Publication number: DE19728276A1
Application number: DE19728276A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Ing Meier; Beat Dipl Ing Stump; Werner Urech
Original assignee: Elpatronic AG
Current assignee: Elpatronic AG
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: JP3247318B2; DE19728276C2; CH691290A5; US6070786A; JPH1085944A; US5984163A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bil dung eines Vorformlings für die Innenhochdruckverformung sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Vorformling. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel lung eines Körpers unter Verwendung des Vorformlings so wie einen nach dem Verfahren hergestellten Körper.

Es ist bekannt, rohrförmige Gegenstände aus Metall durch "hydroforming" zu verformen, wozu z. B. auf EP-A-0 620 056 verwiesen werden kann, wo das Zusammen setzen des rohrförmigen Körpers aus mehreren Rohrab schnitten zur Bildung eines Vorformlings gelehrt wird. Beim "hydroforming" bzw. der Innenhochdruckverformung wird das Rohr durch Anlegen eines in der Regel hydrau lischen Druckes im Inneren des Rohres so verformt, daß es bis zum Anliegen an ein das Rohr umgebendes Werkzeug bleibend verformt wird. Dieses Verfahren ist grundsätz lich bekannt. Die bisher verwendeten rohrförmigen Vor formlinge lassen die Bildung einer Vielzahl von im we sentlichen ebenfalls rohrförmigen Körper durch Innen hochdruckverformung des Vorformlings zu. Es besteht indes Bedarf nach anderen Arten von Körpern, z. B. Behältern und insbesondere Treibstofftanks, welche bis anhin nicht durch Innenhochdruckverformung hergestellt worden sind. Treibstofftanks aus Metall werden heute aus zwei tief gezogenen Hälften gebildet, welche je einen umlaufenden Flansch aufweisen. Die Hälften werden mit ihren Flanschen aufeinandergelegt und durch Rollnahtschweißung der Flan sche dicht verbunden. Obschon diese Herstellweise gute Ergebnisse bringt, ist z. B. der Platzbedarf des den Tank umlaufenden Schweißflansches nachteilig. Dieser Flansch muß aus schweißtechnischen Gründen eine bestimmte Brei te aufweisen. Auch ist die Formgebung des Tanks durch mi nimale mögliche Radienwerte eingeschränkt.

Abgesehen von Behältern kann es für weitere Körper, z. B. Träger, unvorteilhaft sein, wenn deren Ge staltung an einen rohrförmigen Querschnitt gebunden ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, den Einsatz der Innenhochdruckverformung auch für nicht rohrförmige Körper, insbesondere Behälter und Träger zu ermöglichen. Ferner stellt sich die Aufgabe, einen Treibstofftank aus Metall zu schaffen, bei dem ein möglichst gutes Verhält nis zwischen Einbauplatzbedarf und Füllmenge besteht und der insbesondere einen möglichst geringen oder gar keinen umlaufenden Flansch aufweist.

Diese Aufgaben werden zunächst dadurch ge löst, daß ein Verfahren zur Bildung eines Vorformlings für die Innenhochdruckverformung geschaffen wird, welches darin besteht, daß mindestens zwei Bleche mit ihren Oberflächen zueinanderweisend positioniert und ver schweißt werden. Ferner wird die Aufgabe durch einen entsprechenden Vorformling gelöst.

Dadurch, daß zwei Bleche beliebiger Form gebung übereinanderliegend miteinander verschweißt wer den, entsteht ein Vorformling beliebiger Formgebung, der sich von den rohrförmigen bekannten Vorformlingen unter scheidet. Wird dieser Vorformling durch Innenhochdruck in eine Form "aufgeblasen", so kann ein - innerhalb der kon struktiven Rahmenbedingungen des Verformungsverfahrens - Körper mit beliebiger Formgebung entstehen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vorform ling;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Vorform lings;

Fig. 3 den Randbereich eines Vorformlings beim Rollnahtschweißen;

Fig. 4 den Randbereich eines Vorformlings beim Laserschweißen;

Fig. 5 die Ausgestaltung des Randbereichs eines weiteren Vorformlings;

Fig. 6 den Vorformling von Fig. 5 beim La serschweißen;

Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung des Rand bereiches eines Vorformlings;

Fig. 8 eine weitere Ausgestaltung des Rand bereichs eines Vorformlings;

Fig. 9 einen Vorformling in geschnittener Seitenansicht; und

Fig. 10 eine Schnittansicht eines Werkzeuges mit einem darin angeordneten Vorformling.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Vorformling 1, der aus einem oberen Blech 2 und ei nem darunterliegenden Blech 3 besteht. Das Blech 2 und das Blech 3 können dabei kongruente Form aufweisen, so daß das Blech 3 in der Draufsicht nicht ersichtlich ist. Das Blech 3 könnte aber z. B. auch eine teilweise nicht zum Blech 2 kongruente Form aufweisen, wobei dann z. B. die mit gestrichelten Linien dargestellten über das Blech 2 hinausragenden Teile des Bleches 3 ersichtlich wären. Die Größe der Bleche ist beliebig und kann z. B. bei ei nem Vorformling zur späteren Bildung eines Treibstoff tanks eine Länge von 70 cm und eine Breite an der breite sten Stelle von ca. 30 cm aufweisen. Diese Größen sind aber nur als Beispiel aufzufassen. Größere und kleinere Werte sind möglich. Das Blechmaterial ist ebenfalls aus den bekannten beschichteten und unbeschichteten Blech materialien frei wählbar und wird je nach Einsatzgebiet des zu bildenden Körpers gewählt. Bei der Verwendung des Vorformlings 1 zur Bildung eines Treibstofftanks wird für beide Bleche 2, 3 ein entsprechendes, beschichtetes Blechmaterial verwendet. Die einzelnen Bleche 2, 3 können ihrerseits aus mehreren Blechabschnitten zusammengesetzt sein, welche miteinander verschweißt worden sind. Die Bildung solcher, als "tailored blanks" bezeichneter Blechtafeln ist bekannt. In Fig. 1 ist dies für das obe re Blech 2 durch die Abschnitte 2′, 2′′ und 2′′′ beispielhaft dargestellt, welche durch die strichpunktiert ange deuteten Schweißnähte 7 und 11 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Bleche ab schnittsweise für den speziellen Einsatzzweck geeignet auszuwählen.

Fig. 2 zeigt ebenfalls grob schematisch eine Seitenansicht eines Vorformlings mit den beiden aufein anderliegenden Blechen 2 und 3. Im gezeigten Beispiel sind diese Bleche eben und liegen aufeinander auf. Die Bleche sind entlang ihres Umfanges am Rand miteinander verschweißt, was durch die Schweißnaht 4 angedeutet ist. Im gezeigten Beispiel weisen beide Bleche 2 und 3 eine in deren Randbereich eingeprägte Sicke 5 auf, welche zusammen eine Öffnung 6 bilden, welche bei der Schweißung nicht verschlossen wird, und in welche bei der In nenhochdruckverformung auf bekannte Weise das Fluid für die Verformung mit Druck zwischen die beiden Bleche 2 und 3 eingeleitet wird, worauf nachfolgend noch genauer ein gegangen wird.

Fig. 3 zeigt den Randbereich der aufeinan derliegenden Bleche 2 und 3 in größerer Darstellung. Da bei sind weiter zwei Elektroden 8 und 9 in der Form von Rollenelektroden gezeigt, welche bei diesen übereinan derliegenden Blechen 2 und 3 eine Überlappungsschweiß naht 4 ausbilden, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Die Rollenelektroden 8 und 9 fahren dabei den gesamten Umfang der Bleche 2 und 3 ab und verschweißen diese miteinan der. Ausgespart werden dabei nur diejenigen Bereiche, welche bei der Innenhochdruckverformung zur Einleitung des Fluids dienen. Bei dieser Art der Verschweißung bleibt nach der Verformung ein Flansch am Körper beste hen, doch kann dieser kleiner sein als bei der herkömmli chen Herstellung.

Fig. 4 zeigt den Randbereich eines weiteren Vorformlings mit aneinanderliegenden Blechen 2 und 3. In diesem Fall erfolgt die Schweißung mittels eines auf die Bleche gerichteten Laserstrahles 10. Auch diese Schweiß methode ist an sich bekannt und muß hier nicht näher er läutert werden. Auf diese Weise entsteht ein besonders kleiner Flansch an dem aus dem Vorformling geformten Kör per. Der Laser kann dabei aus unterschiedlichen Richtun gen auf die Bleche einfallen, so daß der Laserstrahl an stelle der gezeigten horizontalen Richtung (0°) auch in einer dazu um bis ± 90° gedrehten Richtung einfallen kann.

Fig. 5 zeigt ebenfalls grob schematisch den Randbereich eines weiteren Vorformlings. Dieser umfaßt die Bleche 12 und 13, welche wiederum aufeinander auf liegen. Der Randbereich beider Bleche ist mit einer ein geprägten Sicke 14 bzw. 15 versehen derart, daß die Stirnseiten der Bleche stumpf aufeinander anliegen. Zur Schweißung solcher Bleche können auf den Blechen abrol lende Werkzeuge 16 und 17 vorgesehen sein, welche einen die Stirnseiten zusammenpressenden Druck auf die Bleche erzeugen. Mittels zweier abrollender Schweißelektroden 18 und 19 kann dann wiederum eine Rollnahtschweißung mit der Schweißnaht 4 erzeugt werden. Auch in diesem Fall werden Randbereiche von der Schweißung ausgenommen, da mit später das Fluid zwischen die Bleche eingeführt wer den kann. Dabei reicht es auch aus nur einer Blechhälfte die Form einzuprägen.

Fig. 6 zeigt den Randbereich eines Vorform lings, der demjenigen von Fig. 5 gleich ist und eben falls Bleche 12 und 13 mit eingeprägter Sicke im Randbe reich umfaßt. Die mittels den Werkzeugen 16 und 17 an einander gepreßten Bleche werden hierbei mittels eines Laserstrahls 10 verschweißt. Der Vorformling gemäß Fig. 5 und Fig. 6 bildet nach der Verformung einen Körper ohne Flansch.

Fig. 7 zeigt den Randbereich eines weiteren Vorformlings. Dieser umfaßt die Bleche 22 und 23, welche jeweils einen abgewinkelten Randbereich 20 und 21 aufwei sen. Wie in Fig. 7 ersichtlich, stoßen die Stirnseiten dieser abgewinkelten Randbereiche stumpf aufeinander und können z. B. wiederum mittels eines Laserstrahls 10 ge schweißt werden, um eine Verbindung der Bleche mittels der Schweißnaht 4 zu erzielen. Auch hier werden unver schweißte Bereiche frei gelassen, damit das Fluid zur Innenhochdruckverformung eingeführt werden kann. Auch mit diesem Vorformling kann ein flanschloser Körper geformt werden.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung ei nes Vorformlings zu derjenigen von Fig. 7. In diesem Fall ist der abgewinkelte Randbereich 20 des Bleches 22 so ausgestaltet, daß er den abgewinkelten Randbereich 21 des Bleches 23 übergreift. Mittels eines Laserstrahls 10 kann auch hier eine Verschweißung mit der Schweißnaht 4 erzielt werden.

Fig. 9 zeigt grob schematisch in Schnittdar stellung eine weitere Ausgestaltung eines Vorformlings. Dabei ist ein größeres Blech 33 vorgesehen, auf welches ein kleineres Blech 32 mit einem zweifach abgewinkelten Randbereich aufgeschweißt ist. Die Innenhochdruckver formung der Bleche kann bei diesem Beispiel so ausge staltet sein, daß nur das Blech 32 zur Bildung eines größeren Hohlraumes verformt wird. Das Blech 33 kann da bei weitere Funktionen, z. B. als Bodenblech oder Träger, übernehmen.

Fig. 10 zeigt grob schematisch in Schnitt darstellung einen Teil der Preßwerkzeuge 25 und 26, wel che auf bekannte Weise bei der Innenhochdruckverformung eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren wird der Vorform ling in die geöffnete Form aus den Formteilen 25 und 26 eingelegt und es werden Anschlüsse für die Zuleitung des Fluids gelegt, wobei dies in der Regel in der Trennfläche der Werkzeuge 25 und 26 erfolgt. Danach werden die Werk zeuge geschlossen und über die Zuleitungen wird Fluid mit einigen Hundert bis einige Tausend bar Druck in den Vor formling hinein gepreßt, damit sich dieser unter plasti scher Verformung aufweitet und an die Innenflächen der Form 25, 26 anlegt. Nach der Verformung des Vorformlings zum gewünschten Körper wird das Fluid abgelassen und der Körper wird nach Öffnung des Werkzeugs 25, 26 entformt. Wie in Fig. 10 ersichtlich ist, kann für den neuen Vor formling gemäß der Erfindung eine Einspannung im Randbe reich zwischen den beiden Formhälften 25 und 26 vorgese hen sein. Dabei kann z. B. die eine Formhälfte 26 eine Ausnehmung aufweisen und die andere Formhälfte 25 eine entsprechende Ausformung 25 aufweisen, so daß beim Schließen der Formhälften der Vorformling in seinem Randbereich verformt und zwischen den beiden Formhälften 25 und 26 eingeklemmt wird. Die Haltekraft kann aber auch. über reine Reibkräfte ebener Begrenzungsflächen aufge bracht werden. Auf diese Weise kann eine Reduktion der Belastung der Schweißnaht während der Innenhochdruck verformung erreicht werden. In Fig. 10 nicht ersichtlich ist, wie das Fluid im Innenbereich der beiden Formhälften 25 und 26 in den Vorformling eingeleitet wird. Dieser kann dazu wie bereits anhand von Fig. 2 erläutert, mit seitlichen Öffnungen 6 versehen sein, an welche eine in der Form 25, 26 ausgebildete Fluidzuleitung anpreßbar ist, so daß das Fluid zwischen die beiden Bleche 2 und 3 gelangt. Beim Einleiten des Fluids zwischen die Bleche werden diese nach und nach verformt, so daß sich die ge wünschte Form des aus dem Vorformlings zu bildenden Kör pers ausbildet.

Das Fluid kann natürlich auch durch eine an dere Öffnung eingebracht werden. Es eignet sich dazu z. B. das Einfülloch des Tanks oder andere vorhandene Öffnungen. In diesem Fall kann die Verschweißung der Bleche ohne Unterbruch mit durchgehender Naht erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Vorformlings (1) aus Metall für die nachfolgende Innenhochdruckver formung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bleche (2, 3; 12, 13; 22, 23) mit ihren Oberflächen zu einanderweisend positioniert und verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bleche in der Schweißzone mit ihren Oberflächen überlappend aneinander anliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eines der Bleche in der Schweißzone mit seiner Stirnseite gegen das andere Blech weist und stumpf am anderen Blech anliegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche durch Roll nahtschweißen miteinander verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche durch Laser schweißen miteinander verbunden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bleche (2) aus mindestens zwei Blechabschnitten (2′, 2′′, 2′′′) zusammengefügt ist.

7. Vorformling für die Innenhochdruckverfor mung hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Verfahren zur Herstellung eines Körpers unter Verwendung eines Vorformlings nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß der Vorformling (1) in ein Werkzeug (25, 26) eingebracht und in diesem durch Innen hochdruckverformung verformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorformling im Werkzeug bereichsweise eingespannt wird.

10. Körper hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9.

11. Körper nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß dieser ein Behälter ist, insbesondere ein Treibstofftank.

12. Körper nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Körper ein offener Hohlkörper, insbe sondere ein Träger, ist.