DE19938846A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Aluminium oder einer AluminiumlegierungInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist folgende Schritte auf: DOLLAR A - Bereitstellen zumindest eines flachen Blechzuschnitts, DOLLAR A - Falten und/oder Aufeinanderlegen des Blechzuschnitts bzw. der Blechzuschnitte und Verbinden der Randbereiche miteinander, derart, daß eine - mit Ausnahme zumindest einer Zuleitung - geschlossene Gestaltung entsteht, und DOLLAR A - Formung des Hohlkörpers durch Einbringen eines Druckmediums über die Zuleitung, wobei DOLLAR A - die Temperatur des Druckmediums während der Formung des Hohlkörpers verändert wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Herstellung von Hohlkörpern aus den genannten Materialien
kann üblicherweise aufgrund schlechterer
Verformungseigenschaften und einer schlechteren
Schweißeignung nicht mit denjenigen Verfahren durchgeführt
werden, die für Hohlkörper, beispielsweise Tanks, aus Stahl
üblich sind. Zum einen ist Aluminium nicht so problemlos
durch Tief- und Streckziehen verformbar wie Stahl. Zum
anderen besitzt es eine gegenüber Stahl schlechtere
Schweißeignung, so daß es sich nicht anbietet, zwei getrennt
voneinander geformte Halbschalen entlang des gesamten Umfangs
miteinander zu verschweißen.
Aus diesen Gründen hat sich für die Herstellung von
Hohlkörpern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung das
im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Verfahren
bewährt, das in der DE 195 31 035 A1 der Anmelderin
beschrieben ist. Demzufolge werden ein oder mehrere im
wesentlichen flache Blechzuschnitte aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung bereitgestellt und derart gefaltet
und/oder aufeinandergelegt, daß ihre Randbereiche so
miteinander verbunden werden können, daß eine geschlossene
Gestaltung entsteht. Diese geschlossene Gestaltung weist
zumindest eine Zuleitung auf, in die nachfolgend ein
Druckmedium eingebracht wird, so daß der Hohlkörper
gewissermaßen durch die Aufbringung von Innenhochdruck
geformt wird. Diese bewährte Vorgehensweise besitzt zum einen
den Vorteil, daß die Blechzuschnitte in einem weitgehend
flachen Zustand miteinander verbunden, insbesondere
miteinander verlötet werden können, so daß vergleichsweise
kleine Lötöfen verwendet werden können, und die
Investitionskosten gering gehalten werden können. Zum anderen
kann die Verformung der Aluminium- oder
Aluminiumlegierungsbleche mittels eines erhitzten
Druckmediums durchgeführt werden, das bewirkt, daß die Bleche
eine Temperatur aufweisen, bei der sie gut verformbar sind.
Dieses bekannte Verfahren ist dahingehend
verbesserungswürdig, daß das Material durch die Einwirkung
des heißen Druckmediums nicht nur eine gute Verformbarkeit
gewinnt, sondern auch an Festigkeit verliert. Dies führt
dazu, daß Tiefziehvorgänge nur mit der latenten Gefahr eines
Reißens möglich sind, weil das Material hierbei derart
verformt werden muß, daß es bei Vorliegen eines
vergleichsweise heißen Druckmediums zum Reißen, anstelle
einer fortgesetzten Verformung neigt.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, das
gattungsgemäße Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß
hierdurch sämtliche erforderlichen Verformungsvorgänge eines
Aluminium- oder Aluminiumlegierungsblechs ermöglicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1.
Demzufolge zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, daß die Temperatur des Druckmediums während der
Formung des Hohlraums verändert wird. Diese Maßnahme
gestattet es, die Temperatur des eingebrachten Druckmediums
und demzufolge die Temperatur der zu verformenden Bleche,
während des Verformungsvorgangs derart anzupassen, daß die
erforderlichen Verfahrensschritte durchgeführt werden können,
ohne daß die Gefahr besteht, daß die Bleche reißen. Hierbei
wird insbesondere der Erkenntnis Rechnung getragen, daß zum
Streck-/Tiefziehen ein heißes Druckmedium erforderlich ist,
daß jedoch gleichzeitig das heiße Druckmedium dazu führen
kann, daß das Material an Festigkeit verliert und beim
Tiefziehen reißen kann. Andererseits sind für die
Durchführung von Streckziehvorgängen, wenn das Material also
nicht nur umgeformt wird, sondern während der Umformung
zusätzlich derart gestreckt wird, daß sich seine Oberfläche
vergrößert, und die Blechdicke verringert, höhere
Temperaturen erforderlich.
Wenn nunmehr die Umformung des Blechs derart gesteuert wird,
daß zunächst bis zu einem bestimmten Ausmaß Tiefziehvorgänge
durchgeführt werden, und nachfolgend ein Streckziehen erfolgt
oder umgekehrt, so können durch das erfindungsgemäße
Verfahren diejenigen Randbedingungen geschaffen werden, die
die Durchführung beider Verfahrensschritte unter geeigneten
Bedingungen und ohne die Gefahr eines Reißens der Bleche, und
somit die Ausbildung komplizierter Tankformen ermöglichen.
Dies erfolgt, wie erwähnt, durch eine Veränderung der
Temperatur des Druckmediums während der Umformung der Bleche
derart, daß während der Durchführung von Tiefziehvorgängen
geringere Temperaturen herrschen, als während der
Durchführung von Streckziehvorgängen.
Im übrigen befaßt sich die Erfindung in erster Linie mit dem
Verfahrensschritt, der das Einbringen eines Druckmediums in
den Hohlraum betrifft, wodurch der Hohlkörper, insbesondere
im Tank, ausgebildet wird. Im Hinblick auf sämtliche übrige
Verfahrensschritte darf auf die DE 195 31 035 A1 sowie
ergänzend auf die DE 198 51 259 der Anmelderin verwiesen
werden, deren Offenbarung in diesem Zusammenhang durch den
Verweis vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden
Anmeldung gemacht wird. Zusätzlich zu denjenigen Verfahren,
die in den genannten Dokumenten für das Verbinden der
Blechzuschnitte entlang ihrer Ränder vorgeschlagen werden,
sei erwähnt, daß dies nicht nur durch Löten oder Schweißen,
sondern auch durch Kleben möglich ist.
Bevorzugte Weiterbildung in der Erfindung sind in den
weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Veränderung der Temperatur des Druckmediums während der
Umformung des Blechzuschnitts oder der Blechzuschnitte, kann
in beliebiger Art und Weise erfolgen. In bestimmten
Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur
kontinuierlich verändert wird, so daß sich entsprechend auch
die Temperatur der Blechzuschnitte kontinuierlich verändert
und zu dem jeweiligen Zeitpunkt diejenigen
Temperaturverhältnisse herrschen, welche die besten
Randbedingungen für den jeweils durchgeführten
Verformungsvorgang schaffen. Insbesondere kann die Temperatur
des zusätzlich eingebrachten Mediums verändert werden. Da
sich das Volumen des Hohlraums fortlaufend vergrößert,
verändert sich auch die Temperatur des jeweils in den
Hohlraum befindlichen Druckmediums.
Alternativ wurden bei Versuchen gute Ergebnisse mit einer
Veränderung der Temperatur des Druckmediums in diskreten
Schritten festgestellt. Mit anderen Worten erfolgt in diesem
Fall über einen gewissen Zeitraum die Einbringung des
Druckmediums mit einer bestimmten Temperatur, und nachfolgend
wird das Druckmedium abrupt mit einer anderen Temperatur
eingebracht, so daß sich die Temperatur der in dem
fortlaufend ausgebildeten Hohlraum vorliegenden Mischung
allmählich verändert. Die in dieser Weise vorgenommene
Änderung der Temperatur des Druckmediums kann derart
gesteuert werden, daß ab einem bestimmten Zeitpunkt, ab dem
beispielsweise ein Streckziehen durchgeführt wird, die
hierfür erforderliche Mindesttemperatur vorliegt, während die
Temperatur bis zu diesem Zeitpunkt, während also
beispielsweise ein Tiefziehen erfolgt, niedrig genug gehalten
wird, so daß die Aluminium- oder Aluminiumslegierungsbleche
die erforderliche Festigkeit behalten.
Die Veränderung der Temperatur des Druckmediums während der
Umformung der Bleche kann jedoch auch dadurch erfolgen, daß
ein in einer ersten Stufe eingebrachtes Druckmedium
nachfolgend, also gewissermaßen in der zweiten Stufe, durch
ein Druckmedium mit anderer Temperatur ersetzt wird. Mit
anderen Worten wird nach der Durchführung einer bestimmten
Verformung unter hierfür geeigneten Temperaturverhältnissen
das hierfür eingebrachte Druckmedium dadurch abgelassen, daß
es durch ein nachfolgend eingebrachtes Druckmedium anderer
Temperatur hinausgeschoben wird. Durch geeignete Steuerung
der Zu- und Abflußventile wird somit das Druckmedium der
ersten Stufe zunächst ersetzt, und nachfolgend wird weiteres
Druckmedium der zweiten Stufe, also mit einer anderen
Temperatur, eingebracht, um die Verformung unter anderen,
geeigneten Temperaturbedingungen fortzusetzen.
Allgemein werden somit durch die Einbringung von Druckmedium
mit geeigneter Temperatur die Verformungseigenschaften des
Werkstoffs anforderungsgerecht gesteuert. Hierbei kann die
Verformung der gefalteten und/oder aufeinandergelegten und an
den Rändern miteinander verbundenen Blechzuschnitte besonders
günstig dadurch gesteuert werden, daß diese vor dem
Einbringen eines Druckmediums in eine verschließbare Form
eingelegt werden. Diese Form kann in vorteilhafter Weise
derart gestaltet werden, daß Tiefzieh- und Streckziehvorgänge
in definierte Abgrenzung voneinander stattfinden, so daß
beispielsweise bis zu einem bestimmten Volumen des
auszubildenden Hohlkörpers ein Druckmedium mit einer
geeigneten Temperatur eingebracht wird, und nachfolgend, wenn
die Form derart gestaltet ist, daß die weitere Verformung
durch Streckziehen erfolgt, entsprechend heißeres Druckmedium
eingebracht wird, um hierfür die geeigneten Rahmenbedingungen
zu schaffen.
Schließlich wird als Druckmedium ein hydraulisches Medium,
insbesondere Öl bevorzugt, wenngleich auch die Verwendung von
heißen Gasen möglich ist.
Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei die folgende
Vorgehensweise geschildert. Wenn als Endprodukt ein Tank aus
Aluminiumblechen oder Aluminiumlegierungsblechen mit einem
Volumen von 80 l erzeugt werden soll, so kann dieser in
folgenden zwei Schritten geformt werden. Im ersten Schritt
wird der Tank, ausgehend von gefalteten und/oder
aufeinandergelegten und an deren Ränder miteinander
verbundenen Blechzuschnitten durch Einbringen von Öl mit
einer Temperatur von ca. 120°C auf ein Volumen von 40 l
verformt, also gewissermaßen aufgepumpt. Bei einem Öl mit der
angegebenen Temperatur wird die Festigkeit der Bleche noch
nicht beeinträchtigt, so daß das Tiefziehen problemlos
möglich ist.
Wenn im zweiten Schritt ein Streckziehvorgang durchgeführt
werden soll, bei dem eine höhere Temperatur des Hydrauliköls,
beispielsweise 120°C bis 200°C erforderlich ist, so kann dies
dadurch realisiert werden, daß zu den bereits in dem
Hohlkörper vorliegenden 40 l Öl mit 120°C weitere 40 l Öl mit
280°C eingebracht werden. Dies bedeutet, daß sich das
vorliegende Öl mit 120°C fortlaufend bis auf eine Temperatur
von etwa 200°C erhöht, wobei der besagte Temperaturbereich,
120°C bis 200°C, für die Durchführung des Streckziehvorgangs
geeignet ist. Mit anderen Worten kann durch das Vorliegen
einer Mischung von Hydrauliköl mit der genannten Temperatur
der Streckziehvorgang in geeigneter Weise durchgeführt
werden, wobei gleichzeitig das im ersten Schritt
durchgeführte Tiefziehen durch die Verwendung von kühlerem Öl
unter ebenso geeigneten Bedingungen durchgeführt werden kann.
Hierbei ist selbstverständlich auch die umgekehrte
Reihenfolge denkbar, wonach im ersten Schritt
Streckziehvorgänge durch die Einbringung von vergleichsweise
heißem Öl, also beispielsweise mit 200°C, durchgeführt
werden, und nachfolgend durch die Vermischung des heißen Öls
mit deutlich kühlerem Öl eine Temperatur des Druckmediums
realisiert wird, bei dem ein Tiefziehen des Materials möglich
ist, weil die hierfür günstigen Verformungseigenschaften von
Aluminium oder Aluminiumlegierungen beibehalten werden, ohne
zu der Gefahr eines Reißens zu führen. Wie oben ausgeführt,
ist es ebenso möglich, die Temperatur kontinuierlich zu
verändern, oder ein bereits eingebrachtes Druckmedium, das
eine bestimmte Temperatur aufweist, durch ein Druckmedium,
das eine andere Temperatur aufweist, auszuschieben, und die
weitere Verformung mittels des später eingebrachten
Druckmediums durchzuführen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit folgenden
Schritten:
- - Bereitstellen zumindest eines flachen Blechzuschnitts,
- - Falten und/oder Aufeinanderlegen des Blechzuschnitts bzw. Blechzuschnitte und Verbinden der Randbereiche miteinander derart, daß eine - mit Ausnahme zumindest einer Zuleitung - geschlossene Gestaltung entsteht, und
- - Formung des Hohlkörpers durch Einbringen eines Druckmediums über die Zuleitung,
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des Druckmediums kontinuierlich verändert
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatur des Druckmediums in diskreten Schritten
verändert wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein in einer ersten Stufe eingebrachtes Druckmedium
durch ein Druckmedium anderer Temperatur ersetzt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die gefalteten und/oder aufeinandergelegten
Blechzuschnitte vor dem Einbringen des Druckmediums in
eine verschließbare Form eingelegt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Druckmedium ein hydraulisches Medium, insbesondere
Öl verwendet wird.
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