DE19728276C2 - Verfahren zur Bildung eines Vorformlings, durch das Verfahren hergestellter Vorformling und Verwendung des Vorformlings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Vorformlings für die Innenhochdruck­ verformung sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Vorformling. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Vorformlings.

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 Zusammensetzen des rohr­ förmigen Körpers aus mehreren Rohrabschnitten zur Bildung eines Vorformlings gelehrt wird. Beim "hydroforming" bzw. der Innenhochdruckverformung wird das Rohr durch Anlegen eines in der Regel hydraulischen Druckes im Inneren des Rohres so verformt, daß es bis zum Anliegen an ein das Rohr umgebende Werkzeug bleibend verformt wird. Dieses Verfah­ ren ist grundsätzlich bekannt. Die bisher verwendeten rohrförmigen Vorformlinge lassen die Bildung einer Vielzahl von im wesentlichen ebenfalls rohrförmigen Körpern durch Innen­ hochdruckverformung des Vorformlings zu. Es besteht indes Bedarf an deren Arten von Kör­ pern, z. B. Behältern und insbesondere Treibstofftanks, welche bis anhin nicht durch Innen­ hochdruckverformung hergestellt worden sind. Treibstofftanks aus Metall werden heute aus zwei tiefgezogenen Hälften gebildet, welche je einen umlaufenden Flansch aufweisen. Die Hälften werden mit ihren Flanschen aufeinandergelegt und durch Rollnahtschweißung der Flansche 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 Breite aufweisen. Auch ist die Formge­ bung des Tanks durch minimal mögliche Radienwerte eingeschränkt.

DE-A-34 18 691 zeigt die Bildung von Hohlkörpern aus dünnem Blech, die mit Flanschen versehen sind und mit diesen Flanschen aufeinanderliegend verschweißt und durch Innen­ hochdruckumformung verformt werden. Ein Surfbrett wird durch die Verklebung zweier derart gebildeter Halbschalen hergestellt, die keinen Flansch aufweisen.

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

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Bildung eines Vorformlings gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen sowie einen durch dieses Verfahren herge­ stellten Vorformling und dessen Verwendung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Bildung eines Vorformlings für die Innenhochdruckverformung mit den Schritten des Anspruchs 1 ge­ schaffen wird, ein Vorformling gemäß Anspruch 5 hergestellt wird und dessen Verwendung gemäß Anspruch 6 angegeben wird.

Dadurch, daß zwei Bleche beliebiger Formgebung mit stumpf oder überlappend übereinan­ derliegenden Randbereichen miteinander verschweißt werden, entsteht ein flanschloser Vorformling beliebiger Formgebung. Wird dieser Vorformling durch Innenhochdruck in eine Form "aufgeblasen", so kann ein - innerhalb der konstruktiven Rahmenbedingungen des Verformungsverfahrens - Körper mit beliebiger Formgebung entstehen, wobei der erfin­ dungsgemäß hergestellte Vorformling Schälkräfte auf die Schweißverbindung während der Verformung weitgehend vermeidet.

Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteran­ sprüche.

Wenn in einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bleche durch Rollnahtschweißen miteinander verbunden werden, so ergibt sich die Möglichkeit, die Bleche auf einfache Art durch Widerstandsschweißen zu verbinden.

Wenn in einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bleche durch Laserschweißen miteinander verbunden werden, so können die Bleche auf einfachste Art verschweißt werden.

Wenn in einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens mindes­ tens eines der Bleche aus mindestens zwei Blechabschnitten zusammengefügt ist, so kön­ nen Bleche abschnittsweise für den speziellen Einsatzzweck geeignet ausgewählt werden.

Ein durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellter Vorformling kann zunächst als Zwischenprodukt hergestellt, zwischengelagert und dann durch Innenhochdruckverformung in das gewünschte Endprodukt umgeformt werden.

Wenn der Vorformling zur Herstellung eines flanschlosen, insbesondere als Treibstofftank oder Träger einsetzbaren Körpers durch Innenhochdruckverformung in einem Werkzeug verwendet wird, so hat dieser Körper ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Einbau­ platzbedarf und Füllmenge bzw. braucht keinen rohrförmigen Querschnitt zu haben.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vorformling nach Stand der Technik;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Vorformlings nach Stand der Technik;

Fig. 3 die Ausgestaltung des Randbereichs eines Vorformlings;

Fig. 4 den Vorformling von Fig. 3 beim Laserschweißen;

Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung des Randbereiches eines Vorformlings;

Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung des Randbereichs eines Vorformlings.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Vorformling 1 nach Stand der Technik, der aus einem oberen Blech 2 und einem 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 darge­ stellten über das Blech 2 hinausragenden Teile des Bleches 3 ersichtlich wären. Die Größe der Bleche ist beliebig und kann z. B. bei einem Vorformling zur späteren Bildung eines Treibstofftanks eine Länge von 70 cm und eine Breite an der breitesten Stelle von 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 Blechmaterialien frei wählbar und wird je nach Einsatzgebiet des zu bilden­ den Körpers gewählt. Bei der Verwendung des Vorformlings 1 zur Bildung eines Treibstoff­ tanks wird für beide Bleche 2, 3 ein entsprechendes beschichtetes Blechmaterial verwendet.

Fig. 2 zeigt ebenfalls grob schematisch eine Seitenansicht eines Vorformlings nach Stand der Technik mit den beiden aufeinanderliegenden Blechen 2 und 3. Im gezeigten Beispiel sind diese Bleche eben und liegen aufeinander auf. Die Bleche sind entlang ihres Umfangs am Rand miteinander verschweißt, was durch die Schweißnaht 4 angedeutet ist. Im gezeig­ ten 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 verschlos­ sen wird und in welche bei der Innenhochdruckverformung auf bekannte Weise das Fluid für die Verformung mit Druck zwischen die beiden Bleche 2 und 3 eingeleitet wird, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird.

Der Randbereich der aufeinanderliegenden Bleche 2 und 3 wird z. B. mittels Rollenelektroden verschweißt, welche bei diesen übereinanderliegenden Blechen 2 und 3 eine Überlappungs­ schweißnaht 4 ausbilden, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Die Rollenelektroden fahren dabei den gesamten Umfang der Bleche 2 und 3 ab und verschweißen diese miteinander. Ausgespart werden dabei nur diejenigen Bereiche, welche bei der Innenhochdruckverfor­ mung zur Einleitung des Fluids dienen. Bei dieser Art der Verschweißung bleibt nach der Verformung ein Flansch am Körper bestehen.

Die Schweißung kann auch mittels eines auf die Bleche gerichteten Laserstrahls erfolgen. Auch diese Schweißmethode ist an sich bekannt und muß hier nicht näher erläutert werden.

Fig. 3 zeigt grob schematisch den Randbereich eines Vorformlings gemäß der Erfindung. Dieser umfaßt die Bleche 12 und 13, welche wiederum aufeinander aufliegen. Der Randbe­ reich beider Bleche ist mit einer eingeprägten Sicke 14 bzw. 15 versehen derart, daß die Stirnseiten der Bleche stumpf aufeinander anliegen. Zur Schweißung solcher Bleche können auf den Blechen abrollende Werkzeuge 16 und 17 vorgesehen sein, welche einen die Stirn­ seiten 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 Schwei­ ßung ausgenommen, damit später das Fluid zwischen die Bleche eingeführt werden kann. Dabei reicht es auch aus, nur einer Blechhälfte die Form einzuprägen.

Fig. 4 zeigt den Randbereich eines Vorformlings, der demjenigen von Fig. 3 gleich ist und ebenfalls Bleche 12 und 13 mit eingeprägter Sicke im Randbereich umfaßt. Die mittels der Werkzeuge 16 und 17 aneinander gepreßten Bleche werden hierbei mittels eines Laser­ strahls 10 verschweißt. Der Vorformling gemäß Fig. 3 und Fig. 4 bildet nach der Verfor­ mung einen Körper ohne Flansch.

Fig. 5 zeigt den Randbereich eines weiteren Vorformlings. Dieser umfaßt die Bleche 22 und 23, welche jeweils einen abgewinkelten Randbereich 20 und 21 aufweisen. Wie in Fig. 5 ersichtlich, stoßen die Stirnseiten dieser abgewinkelten Randbereiche stumpf aufeinander und können z. B. wiederum mittels eines Laserstrahls 10 geschweißt werden, um eine Ver­ bindung der Bleche mittels der Schweißnaht 4 zu erzielen. Auch hier werden unverschweißte Bereiche frei gelassen, damit das Fluid zur Innenhochdruckverformung eingeführt werden kann. Auch mit diesem Vorformling kann ein flanschloser Körper geformt werden.

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung eines Vorformlings zu derjenigen von Fig. 5. In diesem Fall ist der abgewinkelte Randbereich 20 des Bleches 22 so ausgestaltet, daß er den abgewinkelten Randbereich 21 des Bleches 23 überlappt. Mittels eines Laserstrahls 10 kann auch hier eine Verschweißung mit der Schweißnaht 4 erzielt werden.

Aus dem Vorformling wird auf bekannte Weise durch Preßwerkzeuge, welche auf bekannte Weise bei der Innenhochdruckverformung eingesetzt werden, ein Formkörper geschaffen. Bei diesem Verfahren wird der Vorformling in die geöffnete Form aus den Formteilen einge­ legt und es werden Anschlüsse für die Zuleitung des Fluids gelegt, wobei dies in der Regel in der Trennfläche der Werkzeuge erfolgt. Danach werden die Werkzeuge geschlossen und über die Zuleitungen wird Fluid mit einigen Hundert bis einigen Tausend bar Druck in den Vorformling hinein gepreßt, damit sich dieser unter plastischer Verformung aufweitet und an die Innenflächen der Form anlegt. Nach der Verformung des Vorformlings zum gewünschten Körper wird das Fluid abgelassen und der Körper wird nach Öffnung des Werkzeugs ent­ formt. Das Fluid wird im Trennbereich der beiden Formhälften in den Vorformling eingeleitet. Dieser kann dazu, wie bereits anhand von Fig. 2 erläutert, mit seitlichen Öffnungen 6 ver­ sehen sein, an welche eine in der Form 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 gewünschte Form des aus dem Vorformling zu bildenden Körpers ausbildet.

Das Fluid kann natürlich auch durch eine andere Öffnung eingebracht werden. Es eignet sich dazu z. B. das Einfülloch des Tanks oder eine andere vorhandene Öffnung.

In diesem Fall kann die Verschweißung der Bleche ohne Unterbrechung mit durchgehender Naht erfolgen. Die einzelnen Bleche 22, 23 können ihrerseits aus mehreren Blechabschnit­ ten zusammengesetzt sein, welche miteinander verschweißt worden sind. Die Bildung sol­ cher, als "tailored blanks" bezeichneter Blechtafeln ist bekannt. In Fig. 1 ist dies für das obere Blech 2 durch die Abschnitte 2', 2'' und 2''' beispielhaft dargestellt, welche durch die strichpunktiert angedeuteten Schweißnähte 7 und 11 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Bleche abschnittsweise für den speziellen Einsatzzweck geeignet auszuwählen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bildung eines Vorformlings (1) aus Metall für die nachfolgende Innen­ hochdruckverformung, wobei mindestens zwei Bleche (12, 13; 22, 23) mit ihren Oberflächen zueinander positioniert und verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche im Randbereich mit Einprägungen (14, 15) oder Abwinkelungen (20, 21) derart versehen werden, daß die Bleche mit ihren Stirnseiten stumpf aneinander­ liegend und im Stumpfstoß oder einander überlappend und im Überlappbereich zu einem flanschlosen Vorformling verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (12, 13; 22, 23) durch Rollnahtschweißen miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (12, 13; 22, 23) durch Laserschweißen miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindes­ tens eines der Bleche aus mindestens zwei Blechabschnitten zusammengefügt ist.

5. Vorformling für die Innenhochdruckverformung, hergestellt nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4.

6. Verwendung des Vorformlings nach Anspruch 5 zur Herstellung eines flanschlosen, insbesondere als Treibstofftank oder Träger einsetzbaren Körpers durch Innenhoch­ druckverformung in einem Werkzeug.