DE4211575A1

DE4211575A1 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Sandwich-Formkörpers und Fertigungslinie zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4211575A1
Application number: DE19924211575
Authority: DE
Inventors: Horst Otting; Helmut Gerlach
Original assignee: FRESE METALLWERK
Current assignee: FRESE METALLWERK
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1993-10-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Sandwich-Formkörpers und eine Fertigungs linie zur Durchführung des Verfahrens.

Bei modernen Kraftfahrzeugen ist vielfach im Tunnel, der vom Motorraum zum Auspuff führt, und zwar etwa im Bereich des Getriebes bzw. der Schaltung des Getriebes ein Kataly sator angeordnet. Dieser Katalysator stellt eine extreme Wärmequelle dar, deren Wärmestrahlung gegenüber dem Inne ren des Fahrgastraumes abgeschirmt werden muß. Es ist be reits bekannt, ein Hitzeschutzschild zwischen Katalysator und PKW-Boden anzubringen, der als Sandwich-Formkörper aus gebildet ist und aus zwei Deckelementen mit einer dazwischen angeordneten Hitzeschutzmatte besteht.

Da der Hitzeschutzschild im Spritzwasserbereich des PKW an geordnet ist, besteht das Erfordernis einer wassergeschützten Verbindung der beiden Deckbleche im Randbereich, um die Funktionsfähigkeit der Hitzeschutzmatte während der gesam ten Lebensdauer des Kraftfahrzeuges zu gewährleisten.

Bei den bekannten Hitzeschutzschilden ist ein solcher wasser dichter Schutz der inneren Hitzeschutzmatte bisher nur durch Verschweißen der als äußere Abdeckung dienenden Metallfolien oder Metallblechen im Randbereich erzielt worden.

Der Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht aber darin, daß Schweißnähte unter der ständigen Einwirkung von Vibrationen des Kraftfahrzeuges brechen und damit un dicht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dreidimensio nalen Sandwich-Formkörper mit einer dauerhaften und in sich ausreichend elastischen, aber dichten Verbindung der Deck elemente zu schaffen, die sich preiswert in einer kurzen Fertigungszeit herstellen läßt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die Ausbildung und das zwei- oder dreistufige Umlegen eines vollständig überstehenden umlaufenden Randes eine formschlüssige Verbindung der beiden äußeren Metall bleche erzielt wird, die vibrationsbeständig ist und die die im Inneren vorgesehene Hitzeschutzmatte nach außen wasserdicht verschließt. Diese Art der Umbördelung schützt außerdem vor Verletzungen. Der erfindungsgemäße Sandwich-Formkörper ist auch gegenüber dem bekannten Stand der Technik preisgünstiger herstellbar.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zei gen

Fig. 1 ein Ziehwerkzeug zur Ausbildung der Profilform des oberen Metallbleches im Schnitt

Fig. 2 ein Ziehwerkzeug zur Ausbildung der Profilform des unteren Metallbleches im Schnitt

Fig. 3 ein Schneidwerkzeug zum Beschneiden des vollständig überstehenden umlaufenden Randes der aufeinander liegenden beiden Metallbleche im Schnitt

Fig. 4 ein Biegewerkzeug zum rechtwinkligen Abkanten eines äußeren Bereiches des vollständig überstehenden um laufenden Randes der aufeinanderliegenden beiden Metallbleche im Schnitt

Fig. 5 ein Biegewerkzeug zum Abwinkeln des abgekanteten Randbereiches auf 45° im Schnitt

Fig. 6 ein kombiniertes Preß- und Lochwerkzeug zum Umlegen und Zusammendrücken des abgewinkelten Randbereiches und zur Ausbildung von Durchgangslöchern für die Be festigung des Sandwich-Formkörpers im Schnitt.

Die folgenden Darlegungen beziehen sich beispielhaft auf die Herstellung eines Wärme- oder Hitzeschildes für den Katalysator eines Personenkraftwagens, womit sich aber die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung keinesfalls erschöp fen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ziehwerkzeug zur Herstellung des oberen Metallbleches 1 umfaßt eine Matrize 4, einen ent sprechend der äußeren Form des Hitzeschildes vollständig umlaufenden Blechhalter 5 mit einem Ziehbolzen 6 sowie ein auf einer Grundplatte 7 angeordnetes Ziehbein 8. Die Matrize 4 und der Blechhalter 5 werden dabei durch zwei Führungssäulen 9 geführt, die in der Grundplatte 7 gela gert sind. Die Matrize 4 und das Ziehbein 8 weisen eine halbrunde Profilform auf, die etwa der Form des Tunnels entspricht, der vom Motorraum zum Auspuff des PKW führt und in dem sich regelmäßig der Katalysator befindet. Zur Herstellung des oberen Metallbleches 1 wird eine ebene Blechplatine in das Ziehwerkzeug eingelegt und durch die auf das Werkzeug einwirkende Umformkraft entsprechend des vorgegebenen Profiles verformt. Die ebene Fläche des Blech halters 5 verhindert dabei ein Hochstellen der noch ebenen Blechplatine sowie eine Faltenbildung durch überschüssigen Werkstoff und gewährleistet somit die Ausbildung eines ge raden vollständig überstehenden umlaufenden Randes 10 des Metallbleches 1.

Das Ziehwerkzeug gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem Aufbau des vorbeschriebenen Ziehwerkzeuges entsprechend Fig. 1. Der Blechhalter 5 und das Ziehbein 6 weist ledig lich je eine abgesetzte Fläche auf, wodurch bei der Verfor mung der eingebrachten ebenen Blechplatine eine im unteren Metallblech 2 vollständig umlaufende Sicke ausgebildet wird. Die Sicke im Metallblech 2 schafft beim Aufeinanderlegen der beiden Metallbleche 1 und 2 einen Hohlraum zur Aufnahme einer wärmedämmenden Matte 3 aus Keramikfaser-Vlies, deren Grundfläche kleiner als die der beiden Metallbleche 1 und 2 ist.

Die aufeinandergelegten Metallbleche 1 und 2 mit der dazwi schen befindlichen Matte 3 werden in ein Schneidwerkzeug (Fig. 3) zum Beschneiden des Randes 10 eingebracht. Dieses Schneidwerkzeug besteht aus einer Kopfplatte 11, in der zwei Führungssäulen 12 gelagert sind, die über eine Bund buchse 13 eine Grundplatte 14 führen. Zwischen den Führungs säulen 12 ist ein Schnittrahmen 15, der eine Schnittkante aufweist, an der Unterseite der Kopfplatte 11 befestigt. Dabei ist der Schnittrahmen 15 entsprechend der äußeren Form des Hitzeschildes vollständig umlaufend ausgebildet. Fluchtend mit der Innenwand des Schnittrahmens 15 und sei nen unteren Abschnitt überdeckend ist weiterhin ein recht eckiger Stahlrahmen 16 angeordnet, der mit der Grundplatte 14 verbunden ist. Innerhalb des Schnittrahmens 15 befindet sich ein gegossenes Kunststoffoberteil 17, das sich über Druckfedern 19 auf der Kopfplatte 11 abstützt. Innerhalb des Stahlrahmens 16 befindet sich ein gegossenes Kunst stoffunterteil 18, das mit der Grundplatte 14 in Verbin dung steht. In die nach innen weisende Fläche des Kunst stoffoberteils 17 sowie des Kunststoffunterteils 18 ist jeweils das Profil des oberen bzw. unteren Metallbleches 1 und 2 eingearbeitet.

Durch die auf die Kopfplatte 11 wirkende Schneidkraft be wegt sich der Schnittrahmen 15 nach unten und beschneidet mit seiner Schneidkante den äußeren Bereich des Randes 10 an der Schnittstelle zwischen der Innenwand des Schnitt rahmens 15 und der Außenwand des Stahlrahmens 16. Das in Fig. 4 gezeigt Biegewerkzeug zum rechtwinkligen Abkantes eines äußeren Bereiches des Randes 10 entspricht im wesentlichen dem Aufbau des vorbeschriebenen Schneid werkzeuges gemäß Fig. 3.

Anstelle des Schnittrahmens 15 ist ein rechteckiger oberer Stahlrahmen 20 an der Kopfplatte 11 befestigt, der ent sprechend der äußeren Form des Hitzeschildes vollständig um laufend ausgebildet ist. Parallel und um die Materialstärke der aufeinander liegenden Metallbleche 1 und 2 zur Außenwand des oberen Stahlrahmens 20 versetzt, ist ein rechteckiger umlaufender unterer Stahlrahmen 21 auf der Grundplatte 14 angeordnet. Durch die auf die Kopfplatte 11 wirkende Druck kraft wird der Rand 10 der beiden Metallbleche 1 und 2 zu nächst gegen einen ebenen Bereich des Kunststoffunterteils 18 gedrückt und damit positioniert. Beim weiteren Nieder gang der Kopfplatte 11 mit dem oberen Stahlrahmen 20 wird ein überstehender Randbereich 22 von ca. 10 mm zwischen der Außenwand des oberen Stahlrahmens 20 und der Innen wand des unteren Stahlrahmens 21 rechtwinklig abgekantet.

Das Biegewerkzeug gemäß Fig. 5 zum Abwinkeln des abgekan teten Randbereiches 22 entspricht ebenfalls im wesentlichen dem Aufbau der bereits beschriebenen Werkzeuge entsprechend Fig. 3 und 4.

Der obere Stahlrahmen 20 ist dabei als Biegerahmen 23 aus gebildet, wobei seine Innenwand zur Außenwand des unteren Stahlrahmens 21 nicht fluchtend, sondern um annähernd die Hälfte der Stärke des Biegerahmens 23 versetzt angeordnet ist. An der Innenwand des unteren Abschnitts des Biegerah mens 23 ist eine rechteckige Aussparung vorgesehen, die unter einem Winkel α von 44° ausläuft, wie das bei "X" dargestellt ist.

Die in das Biegewerkzeug eingelegten Metallbleche 1 und 2 mit der dazwischen befindlichen Matte 3 liegen mit dem geraden Rand 10 auf der umlaufenden Deckfläche des unteren Stahlrahmens 21 auf, wobei der abgekantete Randbereich 22 bündig mit der Außenwand des Stahlrahmens 21 abschließt.

Durch die auf die Kopfplatte 11 ausgeübte Druckkraft be wegt sich der Biegerahmen 23 nach unten, die Wand der rechteckigen Aussparung schiebt sich an dem abgekanteten Randbereich 22 und an der Außenwand des unteren Stahlrah mens 21 vorbei und biegt beim weiteren Niedergang des Bie gerahmens 23 den rechtwinkligen Randbereich 22 um einen Winkel von 45°.

Das in Fig. 6 dargestellte Preß- und Lochwerkzeug zum Um legen und Zusammendrücken des abgewinkelten Randbereiches 22 und zur Ausbildung von Durchgangslöchern hat den glei chen Grundaufbau wie die beschriebenen Werkzeuge gemäß Fig. 3 bis 5.

Die unterschiedliche Ausführung des Werkzeuges nach Fig. 6 besteht darin, daß der obere und untere Stahlrahmen 20 und 21 fluchtend übereinander angeordnet ist und der obere Stahlrahmen 20 nicht mit der Kopfplatte 11 verbunden, son dern in das Kunststoffoberteil 17 eingelassen ist. Parallel zu den beiden Stahlrahmen 20 und 21 verlaufend ist eine Locheinrichtung vorgesehen, die sich durch das Kunststoff oberteil und Kunststoffunterteil 17 und 18 bis zur Kopf platte 11 einerseits und bis zur Grundplatte 14 anderer seits hin erstreckt.

Die Locheinrichtung besteht aus einer Schnittbuchse 24, die im Kunststoffunterteil 18 eingelassen ist und einem Lochstempel 25. Der Lochstempel 25 ist über einen Halte ring 26 und eine Druckplatte 27 mit der Kopfplatte 11 ver bunden und wird so innerhalb des Werkzeuges positioniert.

Nach dem Einlegen der Metallbleche 1 und 2 mit der dazwi schen angeordneten Matte 3 in das Preß- und Lochwerkzeug befindet sich der abgewinkelte Randbereich 22 zwischen dem oberen und unteren Stahlrahmen 20 und 21 und ist bündig zu den Außenwänden dieser Stahlrahmen ausgerichtet.

Die auf die Kopfplatte 11 ausgeübte Druckkraft wird über die Druckfedern 19 auf das Kunststoffoberteil 17 mit dem eingebetteten oberen Stahlrahmen 20 übertragen und der ab gewinkelte Randbereich 22 wird mit dem Niedergehen des obe ren Stahlrahmens 20 weiter umgebogen und schließlich zusam men gedrückt. Mit der Abwärtsbewegung der Kopfplatte 11 be wegt sich der Lochstempel nach unten und schneidet im Rand 10 ein Durchgangsloch aus.

Die Herstellung des dreidimensionalen Sandwich-Formkörpers, insbesondere der formschlüssigen Verbindung der beiden Me tallbleche im Randbereich kann sowohl mehrstufig in einer Maschine als auch in einer kontinuierlichen Straßenferti gung erfolgen.

Als Hitzeschutzelemente zwischen den Deckelementen des Sandwich- Formkörpers können Hitzeschutzmatten, beispielsweise aus Steinwolle, Keramikfaser-Vlies, Glasfaser-Vlies oder aus miteinander verdrehten dünnen strukturierten Aluminium-Folien verwendet werden. Auch andere mit den Deckelementen verformbare mattenförmige oder bahnförmige Hitzeschutzelemente sind denkbar.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Sandwich- Formkörpers, gekennzeichnet durch folgende Schritte

a) Tiefziehen eines plattenförmigen oberen Metallbleches entsprechend einer vorgegebenen Profilform;
b) Tiefziehen eines plattenförmigen unteren Metallbleches entsprechend einer vorgegebenen Profilform mit einer vollständig umlaufenden Sicke im Randbereich;
c) Einlegen eines ebenen biegsamen Flächengebildes zwi schen das obere und untere Metallblech, wobei die Grundfläche des Flächengebildes kleiner als die der beiden Metallbleche ist;
d) Beschneiden des vollständig überstehenden umlaufenden Randes der in diesem Bereich aufeinanderliegenden bei den Metallbleche;
e) rechtwinkliges Abkanten des äußeren Bereiches des voll ständig überstehenden umlaufenden Randes der aufeinan derliegenden beiden Metallbleche;
f) Abwinkeln des abgekanteten Randbereiches der beiden Metallbleche in einem Arbeitsgang auf einen Winkel von 45° oder in zwei Arbeitsgängen auf 90°;
g) Umlegen und Zusammendrücken des abgewinkelten Randbe reiches der beiden Metallbleche und Lochen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und untere Metallblech aus Aluminiumblech be steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene biegsame Flächengebilde eine wärmedämmende Mat te aus Vliesmaterial ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmedämmende Matte aus Keramikfaser-Vlies besteht.

5. Fertigungslinie zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Werk zeuge umfaßt:

- ein Ziehwerkzeug zur Herstellung des oberen Metall bleches (1)
- ein Ziehwerkzeug zur Herstellung des unteren Metall bleches (2)
- ein Schneidwerkzeug zum Beschneiden des vollständig überstehenden umlaufenden Randes (10) der in diesem Bereich aufeinanderliegenden Metallbleche (1, 2)
- ein Biegewerkzeug zum rechtwinkligen Abkanten des äußeren Bereiches (22) des vollständig überstehenden umlaufenden Randes (10) der Metallbleche (1, 2)
- ein Biegewerkzeug zum Abwinkeln des abgekanteten Be reiches (22) des Randes (10) auf einen Winkel von 45°
- ein kombiniertes Preß- und Lochwerkzeug zum Umlegen und Zusammendrücken des abgewinkelten Bereiches (22) des Randes (10) der beiden Metallbleche (1, 2); wobei die Ziehwerkzeuge eine mittels Führungssäulen (9) geführte und ein mit einer Grundplatte (7) ver bundenes Ziehbein (8), in die die Profilform des obe ren und unteren Metallbleches (1, 2) eingearbeitet ist, sowie einen vollständig umlaufenden Blechhalter (5) mit einem Ziehbolzen (6) umfaßt; und das Schneidwerk zeug, die Biegewerkzeuge sowie das Preß- und Loch werkzeug über einen gleichen Grundaufbau verfügt, der eine Kopfplatte (11) mit darin gelagerten Führungssäu len (12) und einen zwischen diesen angeordneten voll ständig umlaufenden oberen Stahlrahmen (15, 20, 23), eine von diesem umschlossenes gegossenes Kunststoff oberteil (17) sowie einen mit einer Grundplatte (14) verbundenen vollständig umlaufenden unteren Stahl rahmen (16, 21) und ein von diesem umschlossenes ge gossenes Kunststoffunterteil (18) aufweist; und die Stahlrahmen (15, 16, 20, 21) des Schneidwerkzeuges so wie des Biegewerkzeuges zum Abkanten parallel und sich teilweise einander überdeckend, die Stahlrahmen (21, 23) des Biegewerkzeuges zum Abwinkeln übereinander und teilweise versetzt zueinander sowie die Stahlrahmen (20, 21) des Preß- und Lochwerkzeuges fluchtend über einander angeordnet sind; und an der Innenwand des unteren Abschnitts des oberen Stahlrahmens (23) des Biegewerkzeuges zum Abwinkeln eine rechteckige Aus sparung, die unter einen Winkel von 45° ausläuft, ausgebildet ist und das Preß- und Lochwerkzeug mit einer Locheinrichtung versehen ist, die sich durch das Kunststoffoberteil und -unterteil (17, 18) bis zur Kopfplatte (11) hin erstreckt und aus einer Schnittbuchse (24) und einem Lochstempel (25) be steht, der sich über einen Haltering (26) und eine Druckplatte (27) auf der Kopfplatte (11) abstützt.