DE19938846B4

DE19938846B4 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE19938846B4
Application number: DE19938846A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. Rösch
Original assignee: Alcan Deutschland GmbH
Current assignee: Novelis Deutschland GmbH
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: US20020104209A1; WO2001012354A1; DE19938846A1; AU7410200A

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 Patentanspruchs 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 der DE 197 53 258 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern mittels Innenhochdruckumformen bekannt. Dieses Verfahren kann insbesondere zum Umformen rohr- oder platinenförmiger Ausgangswerkstücke angewandt werden. Ein Druckmedium, das in einem beliebigen Aggregatzustand und in jeder beliebigen Übergangsphase zwischen seinen Aggregatzuständen vorliegen kann, wird in den Hohlraum des umzuformenden Werkstücks gefüllt. Der Aggregatzustand des Druckmediums wird beibehalten oder unter Einwirkung von Elektrizität, Wärme, Kälte oder Magnetismus verändert, bevor das Druckmedium mit Druck beaufschlagt wird, um das Werkstück zu verformen.

Insbesondere hat sich für die Herstellung von Hohlkörpern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auch 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 verändert wird, während das Druckmedium unter Druck steht und so das Werkstück verformt. 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 A1 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

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, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Mediums verändert wird, während das Druckmedium im Innenraum des Hohlkörpers unter Druck steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Druckmediums kontinuierlich verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Druckmediums in diskreten Schritten verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einer ersten Stufe eingebrachtes Druckmedium durch ein Druckmedium anderer Temperatur ersetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gefalteten und/oder aufeinandergelegten Blechzuschnitte vor dem Einbringen des Druckmediums in eine verschließbare Form eingelegt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium ein hydraulisches Medium, insbesondere Öl verwendet wird.