DE19848290A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall sowie schalenförmiges Bauteil aus Metall - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) sowie ein Verfahren zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall, insbesondere von Kraftstoffbehältern wie Motorradtanks oder dergleichen, beschrieben, bei dem diese aus ebenen oder vorgeformten Blechelementen (40) mittels hydrostatischer Umformung hergestellt werden. Um insbesondere komplexe, in der Regel hinterschnittene Bauteilgeometrien bei Außen- und/oder Innenschalen von Motorradtanks auf einfache und kostengünstige Weise herstellen zu können, ohne daß die Schalen bisher notwendige Mittel-Schweißnähte aufweisen, weist die Vorrichtung (10) ein als Kernelement (11) ausgebildetes erstes Gesenkteil und ein zweites Gesenkteil (20) auf, wobei die Gesenkteile (11, 20) über Zustellmittel derart relativ gegeneinander zustellbar sind, daß sie im zugestellten Zustand einen Umformhohlraum (30) begrenzen und wobei wenigstens ein Blechelement (40) über Dichtflächen (17, 26, 27) zwischen den Gesenkteilen (11, 20) eingeklemmt wird und im Umformhohlraum (30) hydrostatisch umgeformt wird. Dabei ist das zweite Gesenkteil (20) derart um das Kernelement (11) herum angeordnet, daß das Kernelement (11) im zugestellten Zustand zumindest bereichsweise vom zweiten Gesenkteil (20) umgeben ist. Wenn das umgeformte Blechelement (40) Hinterschneidungen aufweist, ist das zweite Gesenkteil (20) zur leichteren Entformung des Blechelements (40) zweiteilig (21, 22) oder mehrteilig ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall mittels hydrostatischer Umformung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein schalenförmiges Bauteil aus Metall.

Schalenförmige Bauteile der genannten Art sind im Stand der Technik bereits in vielfältiger Weise bekannt und werden beispielsweise als Komponenten für Kraftstoffbehälter in Fahrzeugen oder dergleichen eingesetzt.

Kraftstoffbehälter können beispielsweise aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein. In der DE 195 47 148 ist ein Kraftstoffbehälter aus Kunststoffmaterial beschrieben, bei dem der Behälter aus mehreren Behälterteilen besteht, die einteilig als Blasteile hergestellt werden. Die Verbindung der einzelnen Behälterteile erfolgt dann über eine Kunststoff- Schweißnaht.

Kraftstoffbehälter, die beispielsweise als Motorradtanks verwendet werden, werden in der Regel aus Metall hergestellt. Solche Tanks bestehen aus einer Außenschale und einer Innenschale, die in ihren Randbereichen miteinander verbunden sind und die einen Behälterinnenraum zur Aufnahme des Kraftstoffs begrenzen. Derartige Motorradtanks haben eine komplexe und aufwendige Geometrie, da sie in der Regel eine oder mehrere Hinterschneidungen aufweisen. Als Hinterschneidungen werden im Lichte der vorliegenden Beschreibung Nebenformelemente wie Ausbauchungen, Vorsprünge oder dergleichen verstanden, die senkrecht zur Entformungsebene ausgebildet sind. Deshalb müssen sie bisher in einzelnen Teilen mittels Tiefziehen oder dergleichen hergestellt und anschließend über eine geeignetes Fügeverfahren miteinander verbunden werden. Dies erfordert den Einsatz von aufwendigen und kostenintensiven Verfahren.

Wenn etwa die Außenschale eines solchen hinterschnittenen Motorradtanks hergestellt werden soll, müssen bisher zunächst eine linke und eine rechte Tank-Halbschale getrennt hergestellt werden, was beispielsweise über ein Tiefziehverfahren erfolgen kann. Anschließend müssen die beiden Halbschalen über ein Fügeverfahren, beispielsweise ein Schweißverfahren, miteinander verbunden werden. Die Anordnung der Fügenaht, die auch als Mittelnaht bezeichnet wird, befindet sich im Sichtbereich und muß deshalb nachträglich bearbeitet werden. Weiterhin kann beim Fügen auch ein Verzug der beiden Halbschalen erfolgen. Um der Außenschale des Motorradtanks ein optisch ansprechendes Aussehen zu verleihen, sind deshalb eine Reihe von nachgeschalteten Arbeitsgängen erforderlich, beispielsweise Hämmern, Dengeln, Spachteln und Schleifen, die in der Regel individuell für jedes Bauteil sind. Dies ist jedoch besonders aufwendig und damit zeit- und kostenintensiv. Weiterhin fehlt diesen nachgeschalteten Arbeitsgängen die notwendige Prozeßsicherheit. Zusätzlich können sie nur in Handarbeit und von erfahrenem entsprechend ausgebildetem Fachpersonal durchgeführt werden. Darüber hinaus kann es im Bereich der Fügenähte zu ungenügenden Bindungen zwischen den einzelnen Halbschalen kommen, was eine aufwendige Prüfung der fertigen Außenschale zum Auffinden von Fehlstellen erforderlich macht. Sofern solche Fehlstellen auftauchen, wird ein Nachfügen, beispielsweise Nachschweißen oder dergleichen der Außenschale und eine erneute Dichtheitsprüfung erforderlich. Dies ist jedoch sehr zeit- und kostenintensiv.

Aufgrund dieser Probleme besteht somit das Bedürfnis nach einem schalenförmigen Behälter, insbesondere einem Tank, der zum einen eine komplexe Geometrie aufweisen kann, bei dem aber zum anderen die geschilderten Nachteile entfallen.

Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn der Behälter aus Kunststoff besteht und in einem Blasverfahren gefertigt wird. Allerdings ist Kunststoff als Werkstoff nicht immer vorteilhaft. Eine Reihe von Behältertypen, wie beispielsweise die genannten Motorradtanks, werden vorzugsweise aus Metall hergestellt. Solche Metallbehälter mit komplexer, in der Regel hinterschnittener Geometrie der Außenschale und/oder Innenschale konnten bisher ohne die nachteiligen Fügenähte im Mittelbereich nicht hergestellt werden.

Ein Verfahren, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise auch Metallbleche oder -rohre in komplexe Geometrien umgeformt werden können, ist die hydrostatische Umformung. Bei diesem Umformverfahren wird die Arbeit der Umformung von unter hohem Druck stehenden Wasser erledigt. Sollen Bleche umgeformt werden, kann das Wasser entweder von einer, aber auch von beiden Seiten abwechselnd auf das umzuformende Blech aufgebracht werden, wodurch ein Abstrecken des Materials in die gewünschte Form erfolgt. Das hydrostatische Umformen von Blechen ist beispielsweise in den von der Anmelderin ebenfalls eingereichten Patentanmeldungen DE 44 36 436 und DE 44 36 437 beschrieben. Durch das hydrostatische Umformen von Blechen lassen sich auch komplizierte Bauteilgeometrien herstellen.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von schalenförmigen Bauteilen aus Metall bereit zustellen, mit dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden: Insbesondere sollen auf einfache und kostengünstige Weise schalenförmige Bauteile auch mit komplexen, hinterschnittenen Geometrien hergestellt werden können. Weiterhin soll ein verbessertes schalenförmiges Bauteil aus Metall, insbesondere ein Kraftstoffbehälter bereitgestellt werden, das die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall, insbesondere von wie weiter unten näher beschriebenen Bauteilen, mittels hydrostatischer Umformung, wobei die schalenförmigen Bauteile aus im wesentlichen ebenen oder vorgeformten Blechelementen hergestellt werden. Die Vorrichtung weist ein erstes Gesenkteil und ein zweites Gesenkteil auf, wobei die Gesenkteile über Zustellmittel derart gegeneinander zustellbar sind, daß sie im zugestellten Zustand einen Umformhohlraum begrenzen und wobei wenigstens ein Blechelement zwischen den Gesenkteilen eingeklemmt wird oder ist und im Umformhohlraum hydrostatisch umgeformt wird. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gesenkteil als Kernelement ausgebildet ist und daß das zweite Gesenkteil derart um das Kernelement herum angeordnet ist, daß das Kernelement im zugestellten Zustand zumindest bereichsweise vom zweiten Gesenkteil umgeben ist.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, aus ebenen oder vorgeformten Blechelementen schalenförmige Bauteile mit Bauteilgeometrien zu schaffen, die in Form, Oberfläche, Komplexität und Maßhaltigkeit mit konventionellen Verfahren bisher nicht gefertigt werden konnten.

Dabei ist die Erfindung nicht auf besondere Bauteiltypen beschränkt. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung beliebiger schalenförmiger Bauteile mit unterschiedlichsten Geometrien und Funktionen verwendet werden.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung jedoch zur Herstellung von Kraftstoffbehältern und hier insbesondere von Motorradtanks verwendet werden. Besonders bei der Herstellung von Motorradtanks kann durch die Vorrichtung und die darin durchgeführte hydrostatische Umformung erreicht werden, daß die schalenförmigen Bauteile, beispielsweise die Außenschale und/oder Innenschale des Motorradtanks, keine wie im Stand der Technik beschriebene nachteilige Mittelnaht mehr aufweisen.

Durch die Tatsache, daß die schalenartigen Bauteile in der Vorrichtung einteilig hergestellt werden können, verringert sich die Fertigungszeit durch Einsparung von Fertigungsschritten, wodurch sich letztendlich auch eine Verkürzung der gesamten Prozeßkette ergibt. Weiterhin wird die Anzahl der benötigten Teile vermindert, womit sich auch die Anzahl der benötigten Umformwerkzeuge reduziert.

Durch die hydrostatische Umformung lassen sich die schalenartigen Bauteile je nach Bedarf und Anwendungsfall optimal gestalten. Insbesondere können auch komplexe Bauteile mit Hinterschneidungen, wie Tankschalen oder dergleichen, einteilig hergestellt werden, was mit konventionellen Verfahren und Vorrichtungen bisher nicht möglich war.

Insbesondere bei der Herstellung von Tankschalen können die bisher unvermeidbaren Mittelfügenähte mit all ihren oben beschriebenen Nachteilen entfallen. Dadurch wird das Erfordernis einer Nachbearbeitung der schalenförmigen Bauteile nach deren Fertigung erheblich reduziert. Schließlich wird durch den Wegfall einer Mittelnaht auch das Risiko von Fehlstellen in der Fügenaht ausgeschlossen, so daß für diesen Bereich eine eventuell notwendige Nachbearbeitung durch Nachschweißen oder dergleichen sowie eine erneute Dichtheitsprüfung entfallen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ausgelegt, damit das wenigstens eine Blechelement mittels hydrostatischer Umformung umgeformt wird. Dazu wird das umzuformende Blechelement mit seinem Randbereich zunächst zwischen den zwei Gesenkteilen eingeklemmt, die über geeignete Zustellmittel, beispielsweise eine Anzahl von Zylinder-Kolbeneinheiten, relativ gegeneinander zustellbar sind. Anschließend wird das Blech in dem von den Gesenkteilen begrenzten Umformhohlraum umgeformt, indem es einer hydrostatischen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, ausgesetzt wird. Die Endform des umgeformten Blechs korrespondiert zu einer Gravur, die in einer oder beiden Gesenkteilen ausgebildet ist. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann das Blechelement zunächst einem Vorformschritt und anschließend einem Endformschritt unterworfen werden. Die Wirkungen und Effekte sowie die Funktionsweise des hydrostatischen Umformens von Blechelementen sind ausführlich in den von der Anmelderin eingereichten und oben genannten Patentanmeldungen DE 44 36 436 und DE 44 36 437 beschrieben, die bereits veröffentlicht sind, und deren Offenbarungsgehalt hiermit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß das Kernelement im zugestellten Zustand zumindest bereichsweise vom zweiten Gesenkteil umgeben ist. Im Unterschied zu den in der DE 44 36 436 und der DE 44 36 437 beschriebenen Vorrichtungen liegen bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im zugestellten Zustand nicht nur die Oberflächen der beiden Gesenkteile in einer Gesenkteilungsebene gegeneinander an. Vielmehr wird das Kernelement auch in seinen Seitenbereichen zumindest teilweise von dem zweiten Gesenkteil umgeben. Auf diese Weise lassen sich gekrümmte Bauteile wie Tankschalen oder dergleichen besonders vorteilhaft herstellen.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann das Kernelement eine langgestreckte Form aufweisen. Eine solche Form ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein im wesentlichen ebenes Blechelement umgeformt werden soll.

Dieses Blech muß zunächst einem Biegevorgang, vorzugsweise einem zweidimensionalen Biegevorgang, unterzogen werden. Diese Vorbiegung erfolgt vorteilhaft über das langgestreckte Kernelement.

Vorzugsweise kann das Kernelement eine im Hinblick auf das umzuformende Blechelement möglichst endkonturnahe Form aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung kann das Kernelement einen im wesentlichen oder annäherungsweise U-förmigen Querschnitt aufweisen. Natürlich ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Querschnitt beschränkt. Weiterhin ist es auch möglich, daß das Kernelement je nach Bedarf Bereiche mit unterschiedlichen Querschnitten aufweisen kann. Ein entsprechend U-förmiger Querschnitt gestattet ein einfaches Vorbiegen des Blechelements und ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Blechelement als Tankschale für einen Motorradtank umgeformt werden soll.

Vorteilhaft kann das Kernelement Bereiche unterschiedlicher Höhe und/oder Geometrie aufweisen. Die entsprechende Ausgestaltung des Kernelements kann je nach herzustellendem Bauteil individuell erfolgen.

So ist es beispielsweise denkbar, daß das Kernelement bei der Herstellung von Tankschalen, wenn es einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, über seine Längenausdehnung eine stetig ansteigende Höhe aufweist. Das bedeutet, daß die Schenkel des "U" immer länger werden. Gleichzeitig kann sich aber auch die Breite der abgerundeten Basis des "U" mit zunehmender hänge der Schenkel verkürzen, wodurch der Radius der Basis kleiner und damit schärfer wird. Ein solches Kernelement würde im Bereich geringerer Höhe demnach eine größere Breite aufweisen als im Bereich größerer Höhe.

In weiterer Ausgestaltung kann das Kernelement in seiner Form derart ausgebildet sein, daß seine Oberfläche in eine Ebene abwickelbar ist. Bestimmte geometrische Formen beziehungsweise deren Oberflächen lassen sich mathematisch in eine Ebene abwickeln. Derartige Formen sind für die Umformung der Blechelemente besonders geeignet, insbesondere wenn die Blechelemente in im wesentlichen ebener Form vorliegen und zunächst vorgebogen werden müssen.

Vorteilhaft kann das Kernelement und/oder das zweite Gesenkteil eine Anzahl von Kanälen aufweisen, die das Kernelement und/oder das zweite Gesenkteil durchsetzen. Über die Kanäle kann eine hydrostatische Flüssigkeit gegen das wenigstens eine Blechelement oder in den Umformhohlraum gerichtet werden oder richtbar sein. Derartige Kanäle, die auch in der in Bezug genommenen DE 44 36 436 beschrieben sind, sind über eine weitere Leitung mit einem entsprechenden Sammelbehälter für die hydrostatische Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, verbunden. Die Kanäle weisen mit ihren Öffnungen in den Umformhohlraum.

Vorzugsweise kann das zweite Gesenkteil einteilig, zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorteilhaft kann das zweite Gesenkteil auch dreiteilig, vierteilig, fünfteilig oder achtteilig ausgebildet sein. Natürlich sind auch andere Teilungsmöglichkeiten denkbar.

Eine mehrteilige Ausgestaltung des zweiten Gesenkteils ist dann sinnvoll, wenn das schalenförmige Bauteil nach Beendigung der hydrostatischen Umformung einen oder mehrere Hinterschneidungen aufweist. Derartige Hinterschneidungen, die beispielsweise bei Tankschalen für Motorradtanks vorhanden sind, würden bei einer nur einteiligen Ausgestaltung des zweiten Gesenkteils ein Auseinanderfahren des zweiten Gesenkteils und des Kernelements nach Beendigung des Umformverfahrens unmöglich machen.

Die Trennebenen der einzelnen Teile des zweiten Gesenkteils können je nach Anforderung und Bedarf beliebig ausgerichtet sein.

Eine mehrteilige Ausgestaltung in der vorstehend beschriebenen Weise ist beispielsweise auch für das Kernelement denkbar.

In weiterer Ausgestaltung kann das Kernelement und/oder das zweite Gesenkteil eine Gravur aufweisen. Die Gravur ist für die abschließende Ausgestaltung des umgeformten Blechelements formbestimmend. Die Gravur wird in dem Gesenkteil und/oder dem Kernelement eingearbeitet und entspricht einer Negativform der Endkontur des umgeformten Blechelements.

Das zweite Gesenkteil und/oder das Kernelement können zumindest im Bereich der Gravur aus einem geeigneten harten Kunststoff, beispielsweise einem hochfesten Polyurethan mit einer Shore-A-Härte von 96 bestehen.

Vorteilhaft kann das Kernelement und das zweite Gesenkteil jeweils wenigstens eine Dichtfläche aufweisen, wobei im zugestellten Zustand der Vorrichtung ein Randbereich des wenigstens einen Blechelements zwischen den Dichtflächen eingeklemmt ist. Die Dichtflächen sind vorzugsweise umlaufend geschlossen und verhindern, daß während des Umformvorgangs Flüssigkeit unkontrolliert aus der Vorrichtung austreten kann. Dabei kann im Bereich der Dichtflächen zusätzlich ein geeignetes Dichtelement vorgesehen sein.

Vorzugsweise können zwei Blechelemente zwischen dem Kernelement und dem zweiten Gesenkteil eingeklemmt oder einklemmbar sein.

Durch Umformung jeweils eines einzelnen Blechelements ist es möglich, Außenschalen und Innenschalen der schalenartigen Bauteile, etwa von Motorradtanks, zunächst in separaten Arbeitsschritten zu fertigen, die anschließend über ein geeignetes Fügeverfahren miteinander verbunden werden. Durch das gleichzeitige Umformen von zwei Blechelementen können die beiden Schalen der schalenartigen Bauteile in einem einzigen Arbeitsschritt umgeformt werden. Dabei können die Blechelemente vor dem Umformvorgang entweder schon gefügt oder noch nicht gefügt sein. Insbesondere bei einer vorzeitigen Fügung der beiden Blechelemente muß beim anschließenden Umformvorgang sichergestellt werden, daß die hydrostatische Flüssigkeit in ausreichender und geeigneter Weise auch zwischen die beiden Blechelemente gelangen kann.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall bereitgestellt, das insbesondere zum Herstellen von weiter unten näher beschriebenen schalenförmigen Bauteilen geeignet ist. Das Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt und ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: a) Aufbringen wenigstens eines im wesentlichen ebenen Blechelements auf das als Kernelement ausgebildete erste Gesenkteil und Vorbiegen des Blechelements in einer Weise, daß es der Kontur des Kernelements angepaßt wird, oder Aufbringen wenigstens eines vorgeformten Blechelements auf das Kernelement und wahlweise Vorbiegen des Blechelements in der genannten Weise; b) Zustellen des zweiten Gesenkteils relativ gegen das Kernelement in einer Weise, daß das Kernelement zumindest bereichsweise von dem zweiten Gesenkteil umgeben wird, wobei das Kernelement und das zweite Gesenkteil einen Umformhohlraum begrenzen und das wenigstens eine Blechelement zwischen den Gesenkteilen eingeklemmt wird; c) hydrostatisches Umformen des wenigstens einen Blechelements innerhalb des Umformhohlraums; d) Auseinanderfahren des zweiten Gesenkteils und des Kernelements nach Beendigung des hydrostatischen Umformvorgangs und Entformen des wenigstens einen umgeformten Blechelements aus der Vorrichtung.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Weise die Herstellung von schalenförmigen Bauteilen möglich, die eine komplizierte Kontur, insbesondere mit Hinterschneidungen, aufweisen können. Insbesondere können durch das Verfahren auch Schalen für Kraftstofftanks wie Motorradtanks oder dergleichen hergestellt werden, die einteilig ausgebildet sind und somit nicht mehr über die nachteilige Mittelnaht verfügen. Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen zur Vorrichtung zum Herstellen der Bauteile vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Zu erwähnen ist an dieser Stelle, daß alle Umformvorgänge während des Verfahrens fließend ineinander übergehen können, um die zeitlich ablaufende Kaltverfestigung zu beeinflussen.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft können mit dem Verfahren gleichzeitig zwei Blechelemente umgeformt werden.

In weiterer Ausgestaltung kann nach dem Entformen des wenigstens einen umgeformten Blechelements dessen Randbereich beschnitten werden. Durch die Kombination des Herstellungsverfahrens mit einem flexiblen Verfahren zum Beschneiden der umgeformten Bauteile können Kosten für die Herstellung, Instandhaltung, Lagerung von Beschneidwerkzeugen oder dergleichen für verschiedene schalenförmige Bauteile entfallen.

Vorzugsweise kann der Randbereich mit einem Wasserstrahl oder einem Laserstrahl beschnitten werden. Durch diese Art der Beschneidung werden mechanische Beschneideinrichtungen überflüssig, so daß auch ein bisher erforderlicher Werkzeugwechsel in regelmäßigen Abständen entfallen kann. Der Laserstrahl als thermisches Werkzeug oder ein entsprechender Wasserstrahl weist gegenüber anderen mechanischen Bearbeitungsprozessen eine extrem hohe Flexibilität auf. Natürlich sind auch andere Verfahren zum Beschneiden des Randbereichs möglich.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein schalenförmiges Bauteil aus Metall, insbesondere ein Kraftstoffbehälter, bereitgestellt, das eine Außenschale und eine Innenschale aufweist, wobei die Außenschale und die Innenschale einen Bauteilinnenraum begrenzen. Dieses schalenförmige Bauteil ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschalen und/oder die Innenschale einteilig ausgebildet ist/sind.

Ein solches Bauteil ist deshalb besonders als Motorradtank geeignet. Zu den Vorteilen, Wirkungen und Effekten eines solchen schalenförmigen Bauteils wird auf die vorstehenden Ausführungen zur Vorrichtung und dem Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Bauteilen vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des schalenförmigen Bauteils ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorzugsweise kann die Außenschale und/oder die Innenschale mittels hydrostatischer Umformung hergestellt sein.

In weiterer Ausgestaltung kann die Außenschale und/oder die Innenschale wenigstens eine Hinterschneidung aufweisen.

Vorteilhaft können die Außenschale und die Innenschale über eine Fügeverbindung miteinander verbunden sein. Geeignete Fügeverbindungen sind beispielsweise - jedoch nicht ausschließlich - Kleben, Nieten, Schrauben, Schweißen, Kombinationen dieser Fügearten oder dergleichen. Eine besonders bevorzugte Fügeverbindung ist eine Schweißverbindung.

Die Fügeverbindung ist vorteilhaft im Randbereich der Schalen vorgesehen, was in bezug auf das gesamte Bauteil einen unkritischen Bereich darstellt: Da die Außenschale und die Innenschale einteilig ausgebildet sind und eine bisher erforderliche Mittelnaht entfällt, wie dies weiter oben ausführlich beschrieben wurde, kann nunmehr auch eine Nahtkreuzung im Bereich der im Randbereich der Schalen umlaufenden Fügenaht mit einer Mittelnaht vermieden werden. Diese im Stand der Technik zwangsläufig auftretende Nahtkreuzung führte häufig zu Fehlstellen bei der Dichtheitsprüfung, was eine aufwendige Nachbearbeitung mit erneuter Dichtheitsprüfung notwendig machte.

Vorteilhaft können die Außenschale und/oder die Innenschale aus einem kaltverformbaren Metall gebildet sein.

Das vorstehend beschriebene schalenförmige Bauteil aus Metall kann besonders vorteilhaft als Kraftstoffbehälter, insbesondere als Motorradtank, verwendet werden. Ebenso können die vorstehend beschriebene Vorrichtung und das Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Bauteilen aus Metall besonders vorteilhaft zur Herstellung von Kraftstofftanks, insbesondere von Motorradtanks, verwendet werden.

Die Erfindung wird nun auf exemplarische Weise anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 bis 7 verschiedene perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall sowie ein solches Bauteil, wobei aus diesen Figuren ebenfalls ein Herstellungsverfahren für solche Bauteile ersichtlich wird.

Anhand der Fig. 1 bis 7 wird nachfolgend die Herstellung einer Außenschale für einen Motorradtank beschrieben.

Die Herstellung der Außenschale erfolgt in einer Vorrichtung 10 zum Herstellen schalenförmiger Bauteile, wie sie übersichtsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die Vorrichtung weist ein als Kernelement 11 ausgebildetes erstes Gesenkteil und ein zweites Gesenkteil 20 auf. Das zweite Gesenkteil 20 besteht aus zwei Gesenkteilhälften 21 und 22.

Das Kernelement 11 hat eine langgestreckte Form und einen angenähert U-förmigen Querschnitt 12. Die Gesenkteilhälften 21 und 22 sind derart relativ gegen das Kernelement 11 zustellbar, daß sie im zugestellten Zustand einen Umformhohlraum 30 begrenzen. Weiterhin ist das Kernelement 11 im zugestellten Zustand bis auf seine Stirnseiten 13 komplett von den Gesenkteilhälften 21, 22 umgeben.

Die Positionierung der Gesenkteilhälften 21, 22 und des Kernelements 11 wird durch entsprechende Fixierbereiche 14, 15, 23, 24 unterstützt.

Zum Festklemmen eines Blechelements 40 bei der späteren hydrostatischen Umformung weist das Kernelement 11 eine Dichtfläche 17 auf, die mit entsprechenden Dichtflächen 26, 27 der Gesenkteilhälften 21 und 22 korrespondiert. Das Blechelement 40 wird zwischen den Dichtflächen 17, 26, 27 festgeklemmt. Die Dichtflächen haben weiterhin die Aufgabe, die während des Umformprozesses in den Umformhohlraum 30 eintretende hydrostatische Flüssigkeit am unkontrollierten Austreten aus der Vorrichtung 10 zu hindern. Im Bereich der miteinander kommunizierenden Dichtflächen 17, 26, 27 kann ein geeignetes Dichtelement vorgesehen sein.

Innerhalb des Kernelements 11 sind eine Reihe von nicht dargestellten Kanälen vorgesehen, die mit einem ebenfalls nicht dargestellten Sammelbehälter für die hydrostatische Flüssigkeit verbunden sind. Über die Kanäle, die das Kernelement 11 - und je nach Bedarf auch das zweite Gesenkteil 20 - durchsetzen, wird die hydrostatische Flüssigkeit während des Umformvorgangs gegen das Blechelement 40 gepreßt, so daß sich dieses plastisch verformt. Die Gestalt des umgeformten Blechelements 40 wird durch die formbestimmende Gravur 25 im zweiten Gesenkteil 20 festgelegt. Je nach Bedarf kann eine solche Gravur auch im Kernelement 11 ausgebildet sein.

Die Form des Kernelements 11 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Das Kernelement 11 weist den angenähert U-förmigen Querschnitt 12 auf. An seiner Stirnseite 13 weist das Kernelement 11 eine Höhe h1 auf, wobei die Höhe bis zu der gegenüberliegenden Stirnseite stetig auf eine Höhe h2 ansteigt. Gleichzeitig reduziert sich mit steigender Höhe der Radius von der Basis des "U" im Querschnitt 12. Die Schenkel des "U" im Querschnitt 12 stehen bei der Höhe h2 enger zusammen und sind somit steiler ausgebildet, als dies bei der Höhe h1 der Fall ist. Das Kernelement hat somit eine unebene Form. Allerdings läßt sich die Oberfläche 16 des Kernelements 11 (siehe Fig. 1) mathematisch in einer Ebene abwickeln. Das Kernelement 11 weist durch seine Ausgestaltung eine für die herzustellende Außenschale des Motorradtanks geeignete und möglichst endnahe Kontur auf.

Wenn nun die Außenschale des Motorradtanks aus einem im wesentlichen ebenen Blechelement 40 hergestellt werden soll, muß das Blechelement 40 zunächst auf zweidimensionale Weise vorgebogen werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Dazu wird das Blechelement 40 über den Scheitel des Kernelements 11 umgebogen. Das über das Kernelement 11 umgebogene Blechelement 40 ist aus Fig. 2 ersichtlich.

Anschließend werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, die zwei Gesenkteilhälften 21, 22 des zweiten Gesenkteils 20 derart relativ gegen das Kernelement 11 zugestellt, daß sie im zugestellten Zustand den Umformhohlraum 30 begrenzen. Gleichzeitig wird das Blechelement 40 zwischen den Dichtflächen 17, 26, 27 eingeklemmt und fixiert.

Eine relative Zustellbewegung des Kernelements gegen das zweite Gesenkteil 20 kann bedeuten, daß zum einen, wie dies im Ausführungsbeispiel dargestellt ist, das Kernelement 11 unbeweglich fixiert ist, während das zweite Gesenkteil 20 beweglich in der Vorrichtung 10 angeordnet ist. Natürlich ist auch der umgekehrte Fall denkbar, daß das zweite Gesenkteil 20 unbeweglich und das Kernelement 11 beweglich angeordnet ist. Schließlich können sowohl das Kernelement 11, als auch das zweite Gesenkteil 20 beweglich zueinander angeordnet sein.

Der zugestellte Zustand der Vorrichtung 10 kurz vor dem eigentlichen Umformvorgang ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Mit Beginn der hydrostatischen Umformung wird die hydrostatische Flüssigkeit durch die entsprechenden Kanäle im Kernelement 11 gegen das Blechelement 40 gepreßt. Dadurch wird das Kernelement 40 im Bereich des Umformhohlraums 30 einer plastischen Verformung ausgesetzt, und zwar soweit, bis sich der umgeformte Bereich 42 des Blechelements 40 gegen die im zweiten Gesenkteil 20 befindliche Gravur 25 angelegt hat. Dieser Zustand ist in Fig. 5a dargestellt.

Wie aus Fig. 5a besonders deutlich ersichtlich ist, weist das Blechelement 40 einen Randbereich 41 auf, der zwischen den Dichtflächen 17, 26, 27 eingeklemmt ist und somit von einer Verformung praktisch ausgeschlossen ist. Eine Verformung des Blechelements 40 erfolgt in der Regel nur im Umformbereich 42. Gegebenenfalls kann Blech aus dem Randbereich in die Umformzone nachfließen.

Nach Beendigung der hydrostatischen Umformung werden die beiden Gesenkteilhälften 21 und 22 auseinander gefahren, so daß das umgeformte Blechelement 40, das nunmehr die Form einer Außenschale eines Motorradtanks aufweist, ohne Probleme entformt werden kann. Die Aufteilung des zweiten Gesenkteils 20 in mehrere Teile ist bei der Herstellung von Außenschalen für Motorradtanks besonders vorteilhaft, wenn diese eine oder mehrere Hinterschneidungen aufweisen, was bei nur einteiliger Ausgestaltung des zweiten Gesenkteils 20 eine Entformung des umgeformten Blechelements 40 aus der Vorrichtung 10 unmöglich machen würde.

Nach der Entformung aus der Vorrichtung 10 hat das umgeformte Blechelement die in Fig. 5b dargestellte Kontur. Nunmehr muß der Randbereich 41 des Blechelements noch weggeschnitten werden, was über ein geeignetes Schneidverfahren, beispielsweise unter Verwendung eines Laserstrahls oder eines Wasserstrahls, erfolgen kann.

Die fertige Außenschale 40 für den Motorradtank ist in Fig. 6 dargestellt. Wie man dieser Figur deutlich entnehmen kann, ist die Außenschale einteilig ausgebildet, so daß die bisher zwangsläufig auftretenden Mittelnaht, die bei der bekannten Herstellung der Außenschale aus einer linken und einer rechten Halbschale entstand, entfällt.

In den Figuren ist die Herstellung einer Außenschale für einen Motorradtank beschrieben worden. Auf die gleiche Weise lassen sich auch Innenschalen für einen solchen Tank herstellen. Bei entsprechender Modifizierung der Vorrichtung 10 ist es aber auch möglich, gleichzeitig zwei Blechelemente umzuformen, so daß in einem einzigen Arbeitsgang sowohl die Außenschale, als auch die Innenschale gefertigt werden können.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung zum Herstellen schalenförmiger Bauteile

11

Kernelement

12

U-förmiger Querschnitt

13

Stirnseite

14

Fixierbereich

15

Fixierbereich

16

Oberfläche

17

Dichtfläche

20

zweites Gesenkteil

21

Gesenkteilhälfte

22

Gesenkteilhälfte

23

Fixierbereich

24

Fixierbereich

25

Gravur

26

Dichtfläche

27

Dichtfläche

30

Umformhohlraum

40

Blechelement/Außenschale

41

Randbereich

42

Umformbereich
h1 Höhe Kernelement
h2 Höhe Kernelement

Claims (21)

1. Vorrichtung zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall, insbesondere von Bauteilen nach einem der Ansprüche 15 bis 19, mittels hydrostatischer Umformung, wobei die schalenförmigen Bauteile aus im wesentlichen ebenen oder vorgeformten Blechelementen hergestellt werden, mit einem ersten Gesenkteil (11) und mit einem zweiten Gesenkteil (20), wobei die Gesenkteile (11, 20) über Zustellmittel derart relativ gegeneinander zustellbar sind, daß sie im zugestellten Zustand einen Umformhohlraum (30) begrenzen und wobei wenigstens ein Blechelement (40) zwischen den Gesenkteilen eingeklemmt wird oder ist und im Umformhohlraum (30) hydrostatisch umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gesenkteil als Kernelement (11) ausgebildet ist und daß das zweite Gesenkteil (20) derart um das Kernelement (11) herum angeordnet ist, daß das Kernelement (11) im zugestellten Zustand zumindest bereichsweise vom zweiten Gesenkteil (20) umgeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) eine langgestreckte Form aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) einen im wesentlichen oder annäherungsweise U-förmigen Querschnitt (12) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) Bereiche unterschiedlicher Höhe (h1, h2) und/oder Geometrie aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) in seiner Form derart ausgebildet ist, daß seine Oberfläche (16) in eine Ebene abwickelbar ist.

6. Vorrichtung nach einem dar Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) und/oder das zweite Gesenkteil (20) eine Anzahl von Kanälen aufweist, die das Kernelement (11) und/oder das zweite Gesenkteil (20) durchsetzen, und daß über die Kanäle eine hydrostatische Flüssigkeit gegen das wenigstens eine Blechelement (40) oder in den Umformhohlraum (30) gerichtet wird oder richtbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gesenkteil (20) einteilig, zweiteilig (21, 22) oder mehrteilig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) und/oder das zweite Gesenkteil (20) eine Gravur (25) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (11) wenigstens eine Dichtfläche (17) aufweist, daß das zweite Gesenkteil (20) wenigstens eine Dichtfläche (26, 27) aufweist und daß im zugestellten Zustand ein Randbereich (41) des wenigstens einen Blechelements (40) zwischen den Dichtflächen (17, 26, 27) eingeklemmt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Blechelemente zwischen dem Kernelement (11) und dem zweiten Gesenkteil (20) eingeklemmt oder einklemmbar sind.

11. Verfahren zum Herstellen schalenförmiger Bauteile aus Metall, insbesondere von Bauteilen nach einem der Ansprüche 15 bis 19, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Aufbringen wenigstens eines im wesentlichen ebenen Blechelements auf das als Kernelement ausgebildete erste Gesenkteil und Vorbiegen des Blechelements in einer Weise, daß es der Kontur des Kernelements angepaßt wird, oder Aufbringen wenigstens eines vorgeformten Blechelements auf das Kernelement und wahlweise Vorbiegen des Blechelements in der genannten Weise; b) Zustellen des zweiten Gesenkteils relativ gegen das Kernelement in einer Weise, daß das Kernelement zumindest bereichsweise von dem zweiten Gesenkteil umgeben wird, wobei das Kernelement und das zweite Gesenkteil einen Umformhohlraum begrenzen und das wenigstens eine Blechelement zwischen den Gesenkteilen eingeklemmt wird; c) hydrostatisches Umformen des wenigstens einen Blechelements innerhalb des Umformhohlraums; d) Auseinanderfahren des zweiten Gesenkteils und des Kernelements nach Beendigung des hydrostatischen Umformvorgangs und Entformen des wenigstens einen umgeformten Blechelements aus der Vorrichtung.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Blechelemente umgeformt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entformen des wenigstens einen umgeformten Blechelements dessen Randbereich beschnitten wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich mit einem Wasserstrahl oder Laserstrahl beschnitten wird.

15. Schalenförmiges Bauteil aus Metall, insbesondere Kraftstoffbehälter, das eine Außenschale (40) und eine Innenschale aufweist, wobei die Außenschale (40) und die Innenschale einen Bauteilinnenraum begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (40) und/oder die Innenschale einteilig ausgebildet ist/sind.

16. Schalenförmiges Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (40) und/oder die Innenschale mittels hydrostatischer Umformung hergestellt ist/sind.

17. Schalenförmiges Bauteil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (40) und/oder die Innenschale wenigstens eine Hinterschneidung aufweist/ aufweisen.

18. Schalenförmiges Bauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (40) und die Innenschale über eine Fügeverbindung miteinander verbunden sind.

19. Schalenförmiges Bauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (40) und/oder die Innenschale aus einem kaltverformbaren Metall gebildet ist.

20. Verwendung eines schalenförmigen Bauteils nach einem der Ansprüche 15 bis 19 als Kraftstoffbehälter, insbesondere als Motorradtank.

21. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 zur Herstellung von Kraftstoffbehältern, insbesondere von Motorradtanks.