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