DE3418691A1 - Hohlkoerper aus duennem blech sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung durch blasumformen - Google Patents

Description

• Hohlkörper aus dünnem Blech sowie Verfahren und Vor-
• richtung zu dessen Herstellung durch Blasumformen.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlkörper und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der vorgenannten Art, wobei im allgemeinen zwei im Randbereich abdichtend miteinander verbundene Bleche zwischen ein Ober- und ein Unterwerkzeug gebracht und durch eine zwischen beide Bleche eingeleitete Druckflüssigkeit im Tiefziehverfahren geformt werden.
• Bei bekannten Verfahren zum Tiefziehen wird das Blech mit einem Formstempel durch eine Matrize gepreßt, wobei das Blech unter Streckung die Form des Formstempels annimmt. Dabei kann der Stempel oder die Matrize als Oberwerkzeug ausgefUhrt sein. Beide Werkzeuge sind aus Stahl ausgeführt und verursachen, insbesondere bei komplizierten Formgebungen, recht hohe Kosten, die für Kleinserien oder Prototypen äußerst unwirtschaftlich sind. Dementsprechend ist vorgesehen, die in Betracht kommenden Gegenstände durch Blasformen herzustellen.
• -Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 27 14 905 bekannt, das sich auf die Herstellung von Kanalplatten, z.B. für Wärmetauscher, in zwei Aufblähstufen bezieht, wobei während der ersten Aufblähstufe der Halteplattenabstand größer gewählt wird als die vorgesehene Endhöhe der Kanäle, nach dem Absenken des Drucks die in der ersten Stufe erreichte Kanalhöhe durch Verminderung des Halteplattenabstandes verkleinert wird und die Kanäle in der zweiten Aufblähstufe mit einem gegenüber der ersten Aufblähstufe erhöhten Druck des Arbeitsmittels fertiggeformt werden.
• In diesem Falle genügen als Ober- und Unterwerkzeug die besagten Halteplatten, was dadurch ermöglicht wird, daß beide Bleche im Walzschweißverfahren miteinander verbunden werden, nachdem mindestens eines der Bleche mit einem Trennmittel in der vorgesehenen Form der Kanäle bedruckt wurde.
• Ein anderes Verfahren zum Tiefziehen mittels einer Druckflüssigkeit ist aus der DE-OS 26 03 433 bekannt. Das betreffende mit Druckflüssigkeit betriebene Tiefziehwerkzeug zur Herstellung schwieriger Tiefziehteile ist dadurch charakterisiert, daß das als Wanne ausgebildete Unterwerkzeug, welches zur Formgebung von Tiefziehteilen dient, so kraftschlüssig mit dem Deckel verschlossen wird, daß ohne zusätzlichen Blechhalter und Abdichtung ein einwandfreier Tiefziehvorgang im Hydroverfahren ermöglicht wird.
• Die Nachteile beider Verfahren bestehen darin, daß diese zur Herstellung eines leichten Hohlkörpers wie eines Surfbrettes oder einer Flugzeugflosse, z.B.
• aus relativ dünnem Aluminiumblech, nicht geeignet sind. Dies beruht darauf, daß derartige Leichtbauteile infolge der geringen Blechdicke eine innere Aussteifung benötigen.
• Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hohlkörper derart auszubilden sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung derart anzugeben, daß der Hohlkörper aus relativ dünnem Blech herstellbar ist und eine innere Aussteifung aufweist.
• Diese Aufgabe wird bei den gattungsgemäßen Gegenständen der Ansprüche 1, 7, und 9 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verwendung teurer Ober- und Unterwerkzeuge aus Stahl entfällt, so daß das Verfahren auch für Kleinserien oder Prototypen interessant ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Verfahren nahezu ohne Einschränkung auch für Großserien anwendbar ist. Die Erfindungsgemäßen Hohlkörper zeichnen sich durch geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit aus und können außer als Surfbretter und Tragflügel oder Leitwerksteile fUr Ultraleichtflugzeuge z.B. als Rotorblätter für Windenergiewandler ausgeführt sein.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand der Beispielbeschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung mit eingespannten Blechen, Fig. 2 die Form gemäß Fig. 1 nach dem Formvorgang, Fig. 3 einen Querschnitt einer Form zur Herstellung eines Surfbrettes, Fig. 4 die Form gemäß Fig. 3 nach dem Formvorgang, Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Surfbrett und Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Rotor eines Windenergiewandlers.
• Figur 1 zeigt im Querschnitt eine Vorrichtung zum Blasumformen, bestehend aus einem Oberkasten 1 mit einem Form-Oberteil 2, einem Unterkasten 3 mit einem Form-Unterteil 4 und mehreren Bolzen 5 mit Muttern 6. Die Bezeichnungen Oberkasten, Unterteil u.s.w. resultieren aus der beispielgemäß angewendeten waagerechten Formteilung, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. In die Form sind zwei Bleche 7 und 8 eingelegt und mittels der Bolzen 5 an ihrem Rand fest eingespannt. Dabei sind die Bleche, wie auch in den folgenden Figuren, der Anschaulichkeit halber unverhältnismäßig dick dargestellt.
• Beide Bleche sind in einem umlaufenden Bereich 9 durch Kleben oder Schweißen flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Der zwischen beiden Blechen 7,8 befindliche Raum steht mit einem Druckrohr 10 in Verbindung, wohingegen die zwischen den Formteilen 2 und 4 einerseits und den Blechen 7,8 andererseits bestehenden Räume durch ein Entlüftungsrohr 11 bzw.
• durch einen im Durchführungsbereich des Druckrohres 10 bestehenden Spalt 12 mit der Umgebung verbunden sind. Wird nun durch das Druckrohr 10 eine Druckflüssigkeit, z.B. Wasser, zugeführt, so wird der durch beide Bleche 7,8 umschlossene Raum aufgebläht, wobei die Bleche 7,8 plastisch gedehnt werden und sich an die Flächen der Formteile 2,4 anlegen.
• Die zwischen den Blechen 7,8 und der Form anfänglich befindliche Luft entweicht dabei durch das Rohr 11 bzw. durch den Spalt 12.
• Figur 2 zeigt die Form gemäß Fig. 1 mit den Blechen 7,8 nach Abschluß des Formvorganges. Nachdem das Wasser abgelassen ist, wird das so hergestellte Bauteil der Form zur weiteren Bearbeitung entnommen.
• Die Teile 2 und 4 dieser Form können unter Verwen- dung eines Modells auf einfache Weise aus einem formbaren Material, wie Gips, Beton, Gießharz oder dgl. hergestellt werden. Die vorzugsweise aus Stahl gefertigten Kästen 1,3 und die Bolzen 5 nehmen die während des Formvorganges wirkenden Kräfte auf. Die Kästen 1,3 sind zerlegbar ausgeführt, damit sie für andere Formteile wieder verwendbar sind.
• Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Surfbrettes mit den Kästen 1,3 sowie den Form- Ober- und Unterteilen 2 und 4, die hier die einem Surfbrett entsprechende Formgebung aufweisen. Es sind hier vier Bleche 13, 14,15 und 16 eingelegt und mittels der Bolzen 5 in ihrem Randbereich fest eingespannt. Die beiden inneren Bleche 14,15 sind wieder in einem umlaufenden Bereich 20 dicht miteinander verbunden. In den zwischen den Blechen 14 und 15 bestehenden Raum mündet ein Druckrohr 17. Die Bleche 13 und 14 sowie 15 und 16 sind jeweils an bestimmten Stellen a und b durch Klebung fest miteinander verbunden. Die Klebstellen a sind umlaufend im Randbereich der vorgenannten Bleche angeordnet, wohingegen die Klebstellen b inselförmig ausgeführt und in einer bestimmten Verteilung angeordnet sind. Der zwischen den Blechen 13 und 14 bestehende, die Klebstellen b aufnehmende Raum steht mit einem Druckrohr 18 in Verbindung. Ebenso ist der zwischen den Blechen 15 und 16 befindliche entsprechende Raum mit einem Druckrohr 19 verbunden.
• Zur Herstellung der vorgenannten Klebverbindungen kann ein flüssiger Klebstoff gemäß der vorbestimmten Anordnung der Inseln b auf die betreffenden Bleche zweckmäßig mittels einer ensprechenden Schablone aufgetragen werden. Bei Anwendung eines Klebstoffs in Folienform kann dieser evtl. als auf einer Trägerfolie haftende Zuschnitte von bestimmter Form und Anordnung konfektioniert angeliefert werden. Zur Durchführung der Klebevorgänge ist eine einfache ggf.
• beheizbare Klebepresse verwendbar, da alle Klebungen an ebenen Blechen ausgeführt werden.
• Bei Zuführung einer Flüssigkeit bis zu einem vorbestimmten Druck p1 wird der zwischen den Blechen 14 und 15 befindliche Raum aufgebläht, so daß sich die Bleche 13 und 14 als Doppelblech der Oberform 2 und die Bleche 15 und 16 ebenfalls als Doppelblech der Unterform 4 anpassen. Dabei entweicht die verdrängte Luft durch die im Durchführungsbereich der Druckrohre 17, 18, 19 bestehenden Spalte. Nachdem dieser erste Formvorgang abgeschlossen ist, wird durch die Rohre 18 und 19 weitere Flüssigkeit bis zu einem Druck p2 > p1 zugeführt, wodurch in einem zweiten Formvorgang die innerhalb des oberen und des unteren Doppelbleches befindlichen Hohlräume aufgrund des hier wirkenden Differenzdruckes p2 - p1 aufgebläht werden. Eine gleichwertige Maßnahme zur Herstellung eines entsprechenden Differenzdruckes besteht darin, daß der über das Rohr 17 aufrecht erhaltene Druck zur Durchführung des zweiten Formvorganges abgesenkt wird. Durch das damit bewirkte Aufblähen der Doppelbleche entstehen unter alleiniger Formung der Bleche 14 und 15 Längskanäle 21 und Querkanäle 22, deren Querschnitt und Verlauf durch die Anordnung der Klebe-Inseln b bestimmbar ist.
• Figur 4 zeigt die Form gemäß Fig. 3 mit den vorgenannten Blechen, nachdem der zweite Formvorgang abgeschlossen ist. Hier erscheinen die Längskanäle 21 im Schnitt und die Querkanäle 22 in der Ansicht. Diese Kanäle bilden ein Versteifungsgitter, wodurch diese schalenförmigen Bauteile eine sehr hohe Formsteifigkeit bei äußerst niedrigem Gewicht aufweisen. Nachdem die Druckflüssigkeiten auf Umgebungsdruck entspannt und abgelassen sind, wird der #ohlkörper-Rohling der Form entnommen. Danach wird der Rohling längs den in Fig. 4 eingezeichneten Strich-punktierten Linien in zwei Halbschalen zerlegt. Dabei kann die Qualität der Klebverbindungen durch einfache Sichtkontrolle erfolgen. Bei dieser Kontrolle sind fehlerhafte Klebungen daran zu erkennen, daß die Kanäle an diesen Stellen von der vorbestimmten Form abweichen.
• Zur Erzielung optimaler Eigenschaften des Hohlkörpers können Bleche von unterschiedlichen Dicken aus unterschiedlichen Werkstoffen verwendet werden, wobei die Auswahl aufgrund der geforderten Werkstoffeigenschaften erfolgt.
• Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Surfbrett, bestehend aus einer Oberschale 23 und einer Unterschale 24. Die Oberschale 23 besteht aus den Blechen 13 und 14, die Unterschale aus den Blechen 15 und 16. Dabei weisen die jeweils inneren Bleche 14, 15 eine durch die Längs- und Querkanäle 21 bzw. 22 gebildete gitterförmige Prägung auf. Beide Halbschalen sind längs einer umlaufenden Fuge 25 durch Klebung miteinander verbunden.
• Die vorbeschriebene Ausbildung eines Surfbrettes bietet den Vorteil einer erhöhten Sicherheit gegen Leckbildung, da dessen gesamte Außenhaut mindestens aus zwei Blechen besteht.
• Um ein derartiges Brett auch für den Fall einer gewaltsamen Leckbildung unsinkbar zu machen, kann dessen Innenraum durch einen geeigneten Hartschaum von äußerst niedriger Dichte ausgefüllt werden. Die Zulässigkeit einer solchen Füllung von einer derart niedrigen Dichte folgt daraus, daß diese Füllung nicht, wie sonst üblich, zur Festigkeit des Hohlkörpers beitragen muß. Es ist daher zu erwarten, daß ein erfindungsgemäß ausgebildetes Surfbrett einschließlich einer derartigen Schaumfullung von geringerem Gewicht ist, als ein vergleichbares, in bisheriger Bauweise ausgeführtes Brett.
• Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Rotorblatt eines Windenergiewandlers von der Profiltiefe T. Dieser Hohlkörper wird im wesentlichen aus den Blechen 26 und 27 gebildet, deren letzteres wieder ein Versteifungsgitter aufweist, das durch Längsrippen 28, 29, 30, 31, 32,33, und Querrippen 34 gebildet ist. Zur Erzielung einer spitzen Hinterkante ist ein Endprofil 35 eingestzt. Die an der Position Tk an der Ober- bzw, an der Unterschale befindlichen Längsrippen 29 und 32 sind dermaßen tief gezogen, daß sie sich in einer Fläche von der Breite B berühren.
• Zur Herstellung eines derartigen Blattes werden zunächst zwei geeignete ebene Bleche in inselförmigen Bereichen von vorbestimmter Größe und Anordnung bzw.
• in durchgehenden Längsstreifen mittels einer Klebepresse miteinander verklebt. Dabei erstrecken sich diese Längsstreifen in Querrichtung von den während des Formens eingespannten Blechrändern bis zu den Stellen x und y, an denen die Querrippen 34 beginnen bzw. enden. Die Formvorgänge zum Herstellen der Außenkontur und der Versteifungsrippen werden im Prinzip wie vorbeschrieben durchgeführt. Das Innere des Rotors ist durch die beiden Längsrippen 29 und 32 in zwei Hohlräume 36 und 37 geteilt, die während des Formens der Rippen 28, 29, 30, 31, 32, 33 über eine Ausgleichsleitung miteinander verbunden sein sollten. Nach dem Entformen werden die Blechränder 38 und 39 zur Anpassung an das Endprofil 35 auf Maß gebracht. Zum Schluß wird eine Klebverbindung zwischen den Rippen 29 und 32 hergestellt und das Endprofil 35 montiert. Die Rippen 29,30 bilden einen Holm, der wesentlich zur Festigkeit des Blattes beiträgt.
• Es ist auch denkbar, daß ein derartiger Hohlkörper aus einer Ober- und einer Unterschale besteht, die aber erst nach Ausführung von Anpassungsarbeiten endgültig miteinander verbunden werden, etwa wie am Beispiel des Surfbrettes gezeigt. Die konstruktiven Einzelheiten derartiger Hohlkörper sind je nach Anwendungsgebiet sehr verschieden. So sind zum Verbinden der Halbschalen außer Kleben alle zweckmäßigen Verfahren denkbar, wie Nieten, Schrauben und Schweißen. Weiterhin ist es denkbar, daß mindestens ein äußeres Blech durch vorzugsweise eingeklebte innere Blechlagen örtlich verstärkt ist. Weitere konstruktive Ausgestaltungen sind nicht Gegenstand der Erfindung, sondern liegen im Rahmen fachüblicher Überlegungen und Maßnahmen.
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Claims (10)

1. Hohlkörper aus dünnem Blech sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung durch Blasumformen.

   Patentanspruche 1. Hohlkörper aus dünnem Blech mit einer, im allgemeinen räumlich gekrümmten Außenhaut, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Außenhaut aus mindestens zwei miteinander verklebten Blechen (13,14;15,16;26,27) besteht, wobei die betreffenden Klebeverbindungen inselförmig ausgefUhrt und derart angeordnet sind, daß die nicht geklebte Fläche eine Gitterform aufweist und mindestens das innere Blech (14,15;27) ein dieser Gitterform entsprechendes Versteifungsgitter mit Kanälen (21,22,28,29,30,31,32,33) bildet.
2. 2. Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die Außenhaut aus zwei Halbschalen (23,24) besteht, die durch Kleben oder eine gleichwertige Verbindung miteinander verbunden sind.
3. 3. Hohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß Ober- und Unterschale mindestens ein durchgehendes Blech (26, 27) aufweisen.
4. 4. Hohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens zwei in Bezug auf die Profiltiefe (T) an gleicher Position (TK) befindliche, sich gegenüberliegende Kanäle (29,32), dermaßen tiefgezogen sind, daß sie sich in einer Fläche von der Breite (B) berUhren.
5. 5. Hohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Innenraum durch einen Hartschaum von äußerst niedriger Dichte ausgefUllt ist.
6. 6. Höhlkörper nach einem der AnsprUche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein äußeres Blech (13,16,26) durch mindestens eine vorzugsweise eingeklebte Blechlage örtlich verstärkt ist.
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Blasumformen dünner Bleche innerhalb einer Form mittels einer DruckflUssigkeit, im wesentlichen g e k e n n z e i c h n e t, durch folgende Verfahrensschritte a. Auftragen eines Klebstoffes in einem durch die Formgebung des Hohlkörpers gegebenen umlaufenden Bereich (9,20) auf ein Blech (8,15); b. Verkleben des Bleches (8,15) mit einem zweiten Blech (7,14) vorzugsweise mittels einer Klebepresse; c. Anbringen einer Druckleitung (10) an einem der Bleche (7,8,14,15) derart, daß die Druckleitung (10) mit dem von den Blechen eingeschlossen Hohlraum in Verbindung steht; d. Einlegen und Einspannen der Bleche (7,8,14,15) in eine Form, im wesentlichen bestehend aus einem Oberteil (2) und einem Unterteil (4); e. Blasumformen der Bleche (7,8,14,15) durch Einleiten einer Druckflüssigkeit in den von den Blechen (7,8,14,15) umschlossenen Hohlraum bis zur Erreichung eines vorbestimmten Druckes pl; f. Absenken des Druckes Pl auf Umgebungsdruck und Ablassen der Druckflüssigkeit sowie Entnahme des Hohlkörper-Rohlings aus der Form (2,4,).
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, g e k e n nz e i c h n e t, durch folgende zusätzliche Verfahrensschritte: g. Auftragen eines Klebstoffes auf mindestens ein Blech (14,15) in einem durch die Formgebung des Hohlkörpers gegebenen, umlaufenden Bereich (9,20) sowie an inselförmigen Stellen (b) derart, daß die ohne Klebstoffauftragung bleibende Fläche eine Gitterform aufweist; h. Anbringen einer Druckleitung (18,19) an einem der Bleche (14,16) derart, daß die Druckleitung (18,19) mit dem von den Blechen (13,14, 15,16) eingeschlossenen gitterförmigen Hohlraum in Verbindung steht; i. Blasumformen der Bleche (14,15,27) durch Einleiten einer Druckflüssigkeit in den von den Blechen (13,14;15,16;26,27) eingeschlossenen gitterförmigen Hohlraum bis zur Erreichung eines vorbestimmten Druckes pL! -r pl; j. Absenken des Druckes p2 auf Umgebungsdruck und Ablassen der Druckflüssigkeit.
9. 9. Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Blasumformen dünner Bleche unter Einleitung mindestens einer Druckflussigkeit mit einem vorbestimmten Druck, wobei die Form vorzugsweise aus zwei Hälften besteht, die zusammen einen Hohlraum von der äußeren Formgebung des Hohlkörpers definieren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Formhälften (2,4) aus einem formbaren Material wie Gips, Beton, Gießharz oder dergleichen bestehen und jeweils in einen vorzugsweise aus Stahl bestehenden Kasten (1,2) eingesetzt sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die Kästen (1,2) zerlegbar ausgeführt sind.