DE68907299T2

DE68907299T2 - Gewölbte Schichtstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung durch superplastische Verformung und Diffusionsschweissung.

Info

Publication number: DE68907299T2
Application number: DE89309119T
Authority: DE
Inventors: Martin Mansbridge; John Norton; David Stephen
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2009-09-09
Also published as: JPH02147124A; EP0358523B1; GB8821222D0; US5143276A; DE68907299D1; ES2041416T3; EP0358523A1; JP2561348B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf gewölbte Aufbauten, die durch ein superplastisches Form- und Diffusionsverbindungsverfahren hergestellt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung einen stark gewölbten Aufbau mit zellenartiger Konstruktion von regulärer oder irregulärer Gestalt. Der hierbei benutzte Ausdruck 'gewölbter Aufbau' und ähnliche Ausdrücke sollen einen Aufbau kennzeichnen, der zwei (oder mehrere) gegenüberliegende äußere Oberflächen besitzt, von denen eine im wesentlichen konvex und die andere im wesentlichen konkav ausgebildet ist. Der gewölbte Aufbau besitzt auf seiner konvexen Oberfläche außerdem einen Scheitelwert und der Aufbau fällt von diesem Scheitelwert in allen Richtungen ab, d.h. der Scheitelwert wird nicht durch einen geraden Rücken gebildet; in gleicher Weise wird die konkave Oberfläche nicht durch eine gerade verlaufende Furche gebildet. Der gewölbte Aufbau kann in seiner Form regelmäßig sein, z.B. in Gestalt einer Halbkugel oder eines Halbellipsoiden oder er kann irregulär sein und der Scheitelwert braucht nicht ein Punkt zu sein, sondern kann ein allgemeiner Bereich an der Kuppe des gewölbten Aufbaus sein. Der Ausdruck 'gewölbter Aufbau' umfaßt auch Aufbauten, bei denen die Wölbung nur einen Teil eines größeren Aufbaus bildet, wobei der Rest irgendeine geeignete Gestalt aufweisen kann.

Hintergrund der Erfindung

Metalle mit superplastischen Eigenschaften haben eine Zusammensetzung und einen Mikroaufbau derart, daß bei Erhitzung auf einen entsprechenden Temperaturbereich und bei Deformation mit einer Beanspruchungsrate innerhalb eines geeigneten Bereichs diese Metalle die Strömungscharakteristiken einer viskosen Flüssigkeit einnehmen. Bei derartigen Metallen sind große Verformungen ohne Bruchgefahr möglich. Die Diffusionsverbindung ist ein Verfahren, durch welches eine metallurgische Verbindung durch die Anwendung von Hitze und Druck auf die metallischen Teile bewirkt wird, wenn diese Teile in dichter Berührung miteinander eine bestimmte Zeitlang gehalten werden. Man nimmt an, daß die Verbindung durch Bewegung der Atome über die benachbarten Flächen der Teile bewirkt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Verbindung von Metallen ohne wesentliche Änderung ihrer physikalischen oder metallurgischen Eigenschaften. Die Temperaturbereiche, bei denen die Superplastizität und die Diffusionsbindung auftritt, können die gleichen sein oder auch nicht, je nach dem zu verbindenden Material.
Aus der GB-A-1378421 ist es bekannt, eine aufblasbare Hülle dadurch herzustellen, daß die Randabschnitte von zwei im wesentlichen flachen Flächen aus einem Metall verbunden werden, das superplastische Eigenschaften besitzt, wobei die Hülle innerhalb des Temperaturbereichs für eine Superplastizität der Metallegierung erhitzt wird und ein Differentialdruck zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Hülle angelegt wird, während diese sich innerhalb des erwähnten Temperaturbereiches befindet, so daß sich die Hülle wie ein Ballon ausdehnt. Das Enderzeugnis ist ein Kugelbehälter, der geeignet ist zur Benutzung als Druckgefäß.
In der GB-A-1429054 ist ein Verfahren zur Herstellung einer versteiften Tafel beschrieben, bei dem ein Innenblech zwischen zwei äußere Bleche gefügt wird und die Innenseiten der äußeren Bleche direkt mit den jeweils benachbarten Flächen des inneren Bleches durch metallurgische Verbindungsbereiche verbunden sind. Dabei besteht wenigstens das Innenblech aus einem superplastischen Material. Die Blechrohlinge werden längs ihres Umfangs miteinander verschweißt, um eine abgedichtete Umhüllung zu schaffen, die innen mit einem inerten Druckgas gefüllt wird, so daß, wenn das Innenblech superplastisch ist, die äußeren Bleche um einen vorbestimmten Betrag gespreizt werden, um Wellungen des Innenblechs zu bewirken, wodurch ein Zellenaufbau mit einer 'Zick-Zack'-artigen Konstruktion zustandekommt.
Bei einer weiteren bekannten Anordnung, wie sie beispielsweise aus der US-A-4217392 und 4351470 hervorgeht, bilden innere Doppelbleche eine abgedichtete Umhüllung und sie werden miteinander über metallurgisch verbundene Bereiche verbunden und es wird ein inertes Gas unter Druck zugeführt, wodurch die Bleche veranlaßt werden, sich voneinander weg innerhalb eines Begrenzungsaufbaus zu bewegen, der Abdeckbleche aufweisen kann, wobei die Umhüllung gegen die Abdeckbleche ausgedehnt wird, um eine Reihe von Hohlräumen zwischen den Blechen zu bilden, wobei diese Hohlräume vorzugsweise eine im wesentlichen rechteckige Form besitzen.
Schließlich zeigt die US-A-4526312 ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Schichtenkörpers durch superplastische Verformung und durch Diffusionsbindung unter Benutzung eines Dreifachblech-Stapelaufbaus von Rohlingen. Während aber bei den vorerwähnten Beispielen des Standes der Technik der expandierte Aufbau im wesentlichen flach verbleibt, muß bei diesem Ausführungsbeispiel der Schichtenkörperaufbau eine Wölbungsform in einer Richtung aufweisen, d.h. der Aufbau besitzt einen gerade verlaufenden Rücken längs einer äußeren Oberfläche. Der flache Stapel wird in eine Form eingebracht und gleichzeitig oder danach auf eine gewünschte Wölbung gebracht; dann wird der Aufbau beschnitten und der beschnittene Stapel wird in einer weiteren Form untergebracht, welche die Grenzen der gewünschten Komponentenform definiert und dann wird er in den expandierten Schichtenkörperaufbau verformt. Bei dieser Anordnung liegen die wellenförmigen oder Zick-Zack-artigen Versteifungen quer zum Radius der Krümmung, d.h. die Versteifungen liegen parallel zu dem Rücken. Ein solches Verfahren kann jedoch nicht benutzt werden, um einen kuppelförmigen Aufbau zu erzielen.
Die US-A-4304821 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Tafel aus einem Zellenaufbau mit zwei Abdeckblechen und wenigstens einem Kernblech, wobei das eine Kernblech oder mehrere Kernbleche innerhalb eines Hohlraums superplastisch expandieren, wobei der Hohlraum durch die Abdeckbleche gebildet wird, die im Abstand zueinander in einem festen Aufbau gehatten werden. Die Kernbleche oder das Kernblech werden miteinander oder mit einem Abdeckblech verschweißt, bevor die superplastische Formgebung erfolgt.
Die GB-A-1495655 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer ebenen Tafel aus einem Zellenaufbau durch superplastisches Expandieren eines Blechstapels innerhalb eines Formhohlraumes; die Bleche werden innerhalb des Stapels miteinander verschweißt, bevor die superplastische Formgebung durchgeführt wird.
Obgleich die erwähnten bekannten Verfahren ein tiefgezogenes Druckgefäß und andere Anordnungen mit zellenförmigen oder Schichtenaufbauten zeigen, wobei eine superplastische Formgebung und/oder eine Diffusionsverbindungstechnik benutzt wird, so scheint es jedoch keinen bekannten Aufbau oder kein bekanntes Konstruktionsverfahren zu geben, um einen tiefgezogenen kuppelförmigen Zellenaufbau zu erzeugen, beispielsweise in Gestalt eines Druckrumpfspantes in einem Flugzeugrumpf. Derartige Teile wurden bisher durch herkömmliche Mittel unter Benutzung einer Vielzahl von Teilen erzeugt, die miteinander vernietet wurden und die Benutzung geeigneter Dichtungsmittel erforderten, um einen druckdichten Aufbau zu gewährleisten. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines kuppelförmigen Zellaufbaus zu schaffen, bei dem eine superplastische Verformung und eine Diffusionsbindung benutzt wird.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines kuppelförmigen metallischen Zellenaufbaus vorgesehen, der eine konvexe Oberfläche mit einer Kuppe und eine konkave Oberfläche gegenüber der konvexen Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren in den beiliegenden Ansprüchen 1 - 7 gekennzeichnet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen kuppelförmigen Aufbau, wie er in den beiliegenden Ansprüchen 8 - 11 gekennzeichnet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nunmehr in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 veranschaulicht im Querschnitt einen Teil eines aus vier Schichten bestehenden Aufbaus vor der Formgebung;
Fig. 2 veranschaulicht im Querschnitt den Vierschichtenaufbau gemäß Fig. 1 aufgeblasen zu einem kuppelförmigen Aufbau;
Fig. 3 veranschaulicht im Querschnitt den frei aufgeblasenen Aufbau nach Fig. 2, angeordnet innerhalb eines Formwerkzeugs;
Fig. 4a veranschaulicht eine Einzelheit von Fig. 4;
Fig. 5 veranschaulicht im Querschnitt einen Teil eines aus drei Blechen bestehenden Aufbaus vor der Formgebung;
Fig. 6 veranschaulicht im Querschnitt den aus drei Blechen bestehenden Aufbau gemäß Fig. 5, welcher frei zu einer kuppelförmigen Gestalt aufgeblasen wurde;
Fig. 7 veranschaulicht im Querschnitt den frei aufgeblasenen Aufbau gemäß Fig. 6, angeordnet innerhalb eines Formwerkzeugs;
Fig. 8 veranschaulicht im Querschnitt den frei aufgeblasenen Aufbau nach Fig. 7 nach seiner Formgebung in einen expandierten Zellenaufbau;
Fig. 9 veranschaulicht im Querschnitt einen Teil eines aus zwei Blechen bestehenden Aufbaus vor der Formgebung;
Fig. 10 veranschaulicht im Querschnitt den aus zwei Blechen bestehenden Aufbau nach Fig. 9 in einem frei aufgeblasenen kuppelförmigen Aufbau;
Fig. 11 veranschaulicht im Querschnitt den frei aufgeblasenen Aufbau gemäß Fig. 10, eingeschlossen in einem Formwerkzeug;
Fig. 12 veranschaulicht im Querschnitt den frei aufgeblasenen Aufbau gemäß Fig. 11 nach seiner Formgebung zu einem expandierten zellenförmigen Aufbau;
Fig. 13 veranschaulicht schematisch in Grundrißansicht einen kreisförmigen Aufbau von Blechen vor ihrer Formgebung;
Fig. 14 veranschaulicht im Grundriß einen typischen Rohling unregelmäßiger Gestalt;
Fig. 15 veranschaulicht im Querschnitt einen aus vier Blechen bestehenden Aufbau, der frei aufgeblasen wurde in teilweise aufgeblasener Gestalt;
Fig. 16 veranschaulicht im Querschnitt den voll aufgeblasenen Aufbau gemäß Fig. 15 nach seiner Formgebung zu einem expandierten unregelmäßigen Aufbau in Zellform innerhalb eines Formwerkzeuges gemäß Fig. 16;
Fig. 18 veranschaulicht eine typische Schnittansicht durch den Rand eines fertig geformten kuppelförmigen Aufbaus.

Einzelbeschreibung der Zeichnungen

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 5, 9 und 13 der Zeichnung werden zunächst drei mögliche Laminatschichtungsanordnungen erörtert. Fig. 1 zeigt einen aus vier Blechen bestehenden Schichtenaufbau; dabei liegen zwei Innenbleche 10 zwischen zwei äußeren Blechen 11 und 12 (oder Deckblechen) und sie bilden so einen Stapel 19. Die inneren Bleche 10 sind bei 13 metallurgisch miteinander verbunden, aber sie sind nicht mit den äußeren Blechen 11 und 12 verbunden. Die Lage der Verbindungen ist in Fig. 13 dargestellt und wie ersichtlich, verlaufen die Verbindungsnähte 13 entlang von radial verlaufenden Linien und entlang von Umfangslinien in Bezug auf einen Punkt (oder einen Bereich) 20, der die Kuppe des gewünschten kuppelförmigen Aufbaus bildet. Die Verbindungsnähte 13 müssen nicht kontinuierlich über die angedeuteten Linien verlaufen und sie können tatsächlich, wie unten erwähnt, vorzugsweise nicht kontinuierlich ausgebildet sein; geeignete Verbindungspunkte verlaufen längs der angegebenen Linien und dies ist zufriedenstellend. Die metallurgischen angedeuteten Verbindungen können Widerstandsschweißnähte, Elektronenstrahlschweißnähte oder Diffusionsverbindungen sein und sie können als Naht oder als Punkte ausgebildet sein, je nach Zweckmäßigkeitserwägungen. Die vier Bleche 10, 11 und 12 sind kreisrund, um eine Kuppel mit kreisförmigem Grundriß zu schaffen und sie bestehen aus superplastischem Material, d.h. wenn sie auf eine geeignete Temperatur erhitzt werden, zeigen sie superplastische Eigenschaften.
In Fig. 5 ist eine aus drei Blechen bestehende Anordnung dargestellt, wobei ein superplastisches Innenblech 14 in Sandwichform zwischen zwei äußeren Deckblechen 16 und 17 eingefügt ist, um einen Stapel 19 zu bilden. Das Innenblech 14 ist metallurgisch mit dem unteren Deckblech 17 verbunden, wie bei Fig. 13 dargestellt, wobei die Lage der Verbindung die gleiche ist wie bei dem Vierblechaufbau, d.h. wie in Fig. 13 dargestellt. Die Bleche 14 und 16 sind nicht miteinander verbunden. In Fig. 9 ist ein Doppelblechaufbau dargestellt, wobei superplastische Bleche 22 und 23 miteinander über Verbindungsstellen 13 verbunden sind, wobei die Lage dieser Stellen in Fig. 13 dargestellt ist, um einen Schichtenkörper 19 zu bilden. Drei Ausführungsbeispiels von Verfahren zur Erzeugung eines zellenförmigen Kuppelaufbaus gemäß der Erfindung werden in Verbindung mit den Fig. 2 - 4 beschrieben, die den Aufbau veranschaulichen, der mit dem aus vier Blechen bestehenden Schichtenkörper nach Fig. 1 erhalten wird; die Fig. 6 - 8 veranschaulichen den Aufbau, der in Verbindung mit dem aus drei Blechen bestehenden Schichtenkörper nach Fig. 5 erhalten wird und die Fig. 10 - 12 veranschaulichen den Aufbau, der mit einem Doppelblechschichtenkörper gemäß Fig. 9 erhalten wird. Der optimale Zellenaufbau, der in der Praxis gewählt wird, wird durch die baulichen Erfordernisse bestimmt.
Zunächst wird auf die Fig. 2, 6 und 10 Bezug genommen. Der kreisförmige Stapel 19, der strichpunktiert dargestellt ist und aus zwei, drei oder vier Blechen besteht, wird auf einem abgedichteten Plattenaufbau 25 angeordnet, an dem er durch eine Umfangsklemme 26 festgelegt ist. Ein Anschlagausschalter 27 liegt über der Platte, ausgerichtet auf die Mittellinie 28 und in einer Höhe, die der erwünschten Kuppelhöhe entspricht. Der Umfangsrand 30 des Aufbaus ist unter TIG (Wolframinertgas) verschweißt, um eine abgedichtete Umhüllung zu schaffen und außerdem sind im Rand zwei Gaseinlaßöffnungen 21 (Fig. 13) angeordnet, um ein lnertgas unter Druck in den Zwischenraum zwischen den jeweiligen Flächen zu schicken, die durch die Verbindungen 13 verbunden sind. Der kreisförmige Aufbau 19, der auf der Fixierungsplatte 25 aufgeklemmt ist, wird auf den Temperaturbereich erhitzt, bei dem das Material superplastische Eigenschaften annimmt; es wird ein inertes unter Druck stehendes Gas über die Einlaßöffnung 31 eingeblasen, wodurch der Aufbau aufgeblasen wird, bis er die gewünschte kuppelförmige Gestalt 19a annimmt. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Verfahren unter freiem Einblasen hergestellt und der Druck wird abgeschaltet, sobald die aufgeblasene Hülle in Berührung mit dem Ausschalter 27 kommt. Stattdessen kann die Kuppel auch dadurch erlangt werden, daß ein Aufblasen in eine Matrizenform erfolgt.
Während der oben beschriebenen Herstellung der Kuppel 19a wird Gas durch die Gaseinlaßöffnungen 21 mit einem Druck eingeführt, der gerade ausreicht, um eine geringe Expansion der Umhüllung einzuleiten (d.h. der Druck reicht nicht aus, um eine vollständig superplastische Deformation zu verursachen); dieser Gasdruck hält eine kleine Trennung zwischen den Blechen während der Erzeugung der Kuppel aufrecht und dient so dazu eine Diffusionsverbindung zwischen den aneinanderstoßenden Flächen der Bleche zu verhindern. Die Diffusionsverbindung zwischen den Blechen, die durch die Verbindungen 13 verbunden sind, kann ebenfalls durch Anwendung einer bekannten Trennverbindung verhindert werden, die auf die Zwischenfläche dieser Fläche aufgetragen wird, aber diese Vorkehrung ist nicht geeignet, um eine Diffusionsverbindung an anderen Stellen des Stapels 19 zu verhindern, weil derartige Maßnahmen auch eine Diffusionsverbindung zu einer späteren Herstellungsstufe verhindern würden, nämlich dann wenn es notwendig ist, die Diffusionsverbindung an diesen anderen Stellen (vergleiche unten) herzustellen, damit ein steifer einheitlicher kuppelförmiger Aufbau entsteht. Eine fehlerhafte Diffusionsverbindung kann in diesen Fällen verhindert werden, indem die Kuppel bei einer Temperatur hergestellt wird, die niedriger ist als jene, bei der die Diffusionsverbindung stattfindet.
Nachdem der Stapel 19 einmal in die kuppelförmige Gestalt 19a überführt worden ist, wird er in ein Formwerkzeug 32 (vergleiche Fig. 3, 7 und 11) eingelegt, welches ein unteres Patrizenwerkzeug 33 und ein oberes Matrizenwerkzeug 34 aufweist, wobei das Patrizenwerkzeug eine konvex gekrümmte Oberfläche 35 besitzt und das Matrizenwerkzeug eine konkave Oberfläche 36 mit einer invertierten Form, welche so gestaltet ist, daß dann, wenn die Formhälften um den kuppelförmigen Bauteil 19a herum angeordnet sind, ein parallelseitiger Hohlraum geschaffen wird, dessen Tiefe dem erforderlichen Fellaufbau entspricht.
Bei der Herstellung wird der Kuppelaufbau 19a umfangsmäßig innerhalb des Formwerkzeugaufbaus 32 festgeklemmt und das Ganze wird auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs erhitzt, bei dem die Komponentenbleche superplastische Eigenschaften annehmen. Es wird ein inertes Gas, z.B. Argon, unter Druck in die abgedichtete Umhüllung eingeführt, die zwischen den Flächen 10; 14 und 17; 22 und 23 ausgebildet ist und die durch metallische Verbindungen 13 verbunden sind und zwar wird dies Gas beispielsweise über die Einlaßrohre 21 wie oben erwähnt eingeleitet. Wie oben erwähnt, sind die Verbindungsnähte 13 vorzugsweise nicht kontinuierlich längs der Linien gemäß Fig. 13 ausgebildet, sondern sie sind durch nicht verbundene Spalte unterbrochen, die es dem inerten Gas ermöglichen, von den Einlaßrohren 21 hindurchzutreten und alle Flächenteile des Rohlings 19 zu erreichen. Das inerte Gas verursacht eine superplastische Verformung des Stapels in die Gestalt des Formhohlraumes, wie dies oben erwähnt wurde.
Im Falle der aus vier Blechen bestehenden Anordnung gemäß Fig. 1 - 4 wird das Gas in den Zwischenraum zwischen den Blechen 10 eingeführt, wodurch diese Bleche superplastisch aufgeblasen werden, um innere Hohlräume nach Art eines Ballons zu erzeugen. Durch die Expansion der Bleche 10 werden die äußeren Bleche 11 und 12 in Berührung mit den Formoberflächen 35 und 36 gebracht. Ein weiteres Aufblasen drückt die Abschnitte 38 der Innenbleche 10 gegen die äußeren Bleche 11 und 12, bis diese die Gestalt der inneren Oberflächen dieser äußeren Bleche eingenommen haben. Die Bereiche der Bleche 10 benachbart zu den Verbindungen 13 jedoch bilden, da sie wegen der Verbindungen 13 nicht in der Lage sind, gegen die äußere Bleche gedrückt zu werden, aneinanderstoßende gefaltete Rückseitenwandabschnitte 39 und die Seitenwandabschnitte der zwei Bleche 10 bilden zusammen Stege 40, die das Innere der Kuppel in Zellen 45 unterteilen (vergleiche Fig. 4a). Wo die jeweiligen Komponentenelemente aufeinandertreffen, erfolgt eine Diffusionsbindung, wodurch ein homogener zellenförmiger Aufbau einer tiefen kuppelförmigen Konstruktion erzeugt wird. Der Aufbau wird auf einer Temperatur solange gehalten, bis die aneinanderstoßenden Teile des Aufbaus durch Diffusion miteinander verbunden sind.
Bei dem aus drei Blechen bestehenden Aufbau nach Fig. 5 - 9 wird die Strömung des unter Druck stehenden inerten Gases in den Raum zwischen die zwei Bleche 14 und 17 eingeführt, wodurch die abgedichteten Umhüllungen ausgedehnt werden, d.h. die Bleche 14 und 17 werden aufgeblasen. Das Aufblasen des Bleches 17 bewirkt daß dieses gegen die Matrizenformoberfläche 35 gedrückt wird, derart daß Teile 38 des Bleches die Gestalt jener Oberfläche annehmen. Die Expansion des inneren Bleches 14 bewirkt daß das äußere Blech 16 gegen die Matrizenformoberfläche 36 gedrückt wird, so daß dieses die Gestalt dieser Formoberfläche annimmt. Durch weitere Expansion des Innenbleches 14 werden die Abschnitte 38 jenes Bleches derart gedrückt, daß sie die Gestalt der inneren Oberfläche des Bleches 16 (vergleiche Fig. 8) annehmen. In dem Bereich der Verbindungen 13 werden Stege 40 durch zurückgebogene Abschnitte 39 der Bleche 14 und 17 gebildet, welche Abschnitte durch metallische Verbindungen 13 verbunden sind. Wiederum wird der Aufbau auf einer Temperatur solange gehalten, bis die aneinanderstoßenden Teile des Aufbaus durch Diffusion miteinander verbunden sind.
Bei der Ausführungsform mit zwei Blechen wird das inerte Gas in den Zwischenraum zwischen den beiden Blechen 22 und 23 eingeführt und es werden die Bleche um die Verbindungen 13 herum aufgeblasen, bis die Abschnitte 38 dieser Bleche die Gestalt der Oberflächen 35 und 36 der Form erhalten. Ein derartiger Aufbau ergibt Stege 40, die durch zurückgebogene Abschnitte 39 der Bleche 23 und 24 entstanden sind.
Es ist nicht erforderlich, daß der gewölbte Aufbau eine reguläre Form hat und es ist auch nicht notwendig, daß die präzisen Herstellungsstufen, die oben erwähnt werden, genau übernommen werden müssen. Wie in den Fig. 14 bis einschließfich 18 dargestellt, kann der Rohling 19 von unregelmäßiger Grundrißform sein und das Verfahren zur Herstellung kann benutzt werden, um ein Bauteil zu erzeugen, der ein unregelmäßiges äußeres Profil 43 und ein unterschiedliches inneres unregelmäßiges Profil 44 aufweist, wie dies in den Fig. 16 und 17 dargestellt ist. In gleicher Weise kann gemäß Fig. 15 der Rohling (wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel) frei innerhalb der Begrenzungen des Klemmenaufbaus 40 und des Begrenzungsblockes 41 (oder des Endabschalters) aufgeblasen werden, aber der Stapel kann gleichzeitig teilweise wie dargestellt expandiert werden. Dieser teilweise expandierte Bauteil wird dann innerhalb eines Formwerkzeugaufbaus 45 festgeklemmt, der entsprechend gestaltete obere und untere Formoberflächen 46 und 47 besitzt und dann erfolgt eine weitere Expansion, um den Aufbau gemäß Fig. 13 zu erhalten.
Insbesondere wenn der gewölbte Aufbau eine unregelmäßige Form besitzt, muß er keine genau definierte Kuppe aufweisen und er kann stattdessen eine allgemein erhöhte Fläche besitzen und in diesem Falle erstrecken sich die Verbindungen 13 (vergleiche Fig. 13) allgemein um den oberen Bereich und/oder sie erstrecken sich radial hiervon. Die Kuppe braucht demgemäß keine Spitze zu sein und sie kann ein flaches Plateau an der Oberseite des gewölbten Körpers aufweisen. Außerdem brauchen die ringsum verlaufenden metallischen Verbindungen nicht kreisförmig in ihrer Gestalt zu sein, sondern sie könnten aus einer Zahl gerader Linien zusammengesetzt sein.
Einer der Vorteile dieses Herstellungsverfahrens besteht darin, daß die Möglichkeit geschaffen wird, die Befestigungsflächen im Winkel angestellt zur Formebene anzuordnen, so daß diese als integraler Teil des gewölbten Aufbaus erzeugt werden, was beispielsweise bei einem Flugzeugdruck-Rumpfspant der Fall sein kann, der benutzt wird zur Festlegung an den Rumpfbespannungsplanken. Ein Beispiel ist in Fig. 18 dargestellt, wo der gewölbte Aufbau mit einer integralen Befestigungsfläche 48 als Fortsatz des Umfangsklemmflansches 49 versehen ist, wodurch der Klemmflansch 49 längs einer Trennlinie 50 beim Abschluß des Herstellungsverfahrens entfernt wurde. Obgleich bei diesem Ausführungsbeispiel die Befestigungsfläche rechtwinklig zur Klemmfläche liegt, kann sie auch geneigt angeordnet sein, wenn sie sich einem sich verjüngenden Rumpfprofil beispielsweise anpassen muß.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines zellenförmigen metallischen Aufbaus, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(A) es werden wenigstens zwei Metallbleche (10,11,12;14,16,17; 22,23) vorgesehen, die superplastische Eigenschaften besitzen;

(B) es werden zwei der Bleche in Kontaktberührung miteinander durch metallische Verbindungen oder Verschweißungen (13) verbunden und es werden diese Bleche zu einem Stapel (19) derart geschichtet, daß keines der so verbundenen Bleche weiter mit irgendeinem anderen Blech des Stapels verbunden ist;

(C) es werden die Umfangsränder (30) des Stapels (19) dichtend miteinander verbunden, jedoch sind Mittel (21) vorgesehen, um ein unter Druck stehendes inertes Gas zwischen diese Bleche einzublasen, wodurch eine aufblasbare Umhüllung gebildet wird;

(D) es wird ein Formwerkzeug (32) geöffnet, daß gegenüberliegende obere und untere Oberflächen (35,36) besitzt, die einen Hohlraum definieren und es wird der Stapel (19a) in den Hohlraum eingefügt; und

(E) es werden der Stapel (19a) und das Formwerkzeug (32) auf eine Temperatur erhitzt, die für eine superplastische Verformung und eine Diffusionsbindung geeignet ist, es wird ein inertes Gas unter Druck zwischen die Bleche eingeblasen, wodurch eine Expansion durch superplastische Verformung der äußeren Bleche (10,12;16,17;22,23) des Stapels (19a) erfolgt, um diese der oberen und unteren Oberfläche (35,36) des Formwerkzeuges anzupassen, und dabei werden die Bleche über ihre metallischen Verbindungen derart expandiert, daß Stege (39) gebildet werden, die zwischen den äußeren Blechen verlaufen und hierdurch einen Zellenaufbau definieren;

dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herstellung eines gewölbten metallischen Zellenaufbaus, der eine konvexe Oberfläche mit einer Kuppe und eine konkave Oberfläche gegenüberliegend zu der konvexen Oberfläche aufweist, das Verfahren außerdem die folgenden Schritte zwischen den Schritten (C) und (D) aufweist:

(C1) es wird der Stapel in einem Festlegeaufbau (25) untergebracht, der Mittel (26) besitzt, um den Stapel (19) innerhalb des Aufbaus an seinem Umfang oder um seinen Umfang herum dichtend festzuklemmen und es sind Mittel (31) vorgesehen, um ein inertes Druckgas nach einer äußeren Oberfläche des Stapels (19) zuzuführen;

(C2) es werdenn der Stapel (19) und der Fixierungsaufbau (25) auf eine Temperatur erhitzt, die zur superplastischen Verformung geeignet ist, und es wird ein Gasdruck nach der einen äußeren Oberfläche des Stapels (l9) derart zugeführt, daß der Stapel superplastisch auf eine vorbestimmte gewölbte Gestalt (19a) expandiert wird und

weiter dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Oberfläche des Formwerkzeugs einen Hohlraum mit gewölbter Form bilden, wodurch in der Stufe (E) die äußersten Bleche (10,12; 16,17;22,23) des gewölbten Stapels (19a) weiter superplastisch expandiert werden, um eine Formanpassung an die obere und untere Oberfläche (35,36) des Formwerkzeugs zu erzielen und um die konvexe und konkave Oberfläche des gewölbten Aufbaus zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Metallbleche (22,23) vorgesehen werden und diese Bleche in Kontaktberührung zueinander durch die metallischen Verbindungen (13) verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Metallbleche (14,16,17) vorgesehen werden, die zu einem Stapel (19) aufgebaut werden, der zwei äußere Bleche (16,17) und ein inneres Blech (14) aufweist, das als Schicht zwischen den äußeren Blechen liegt, wobei das innere Blech (14) nur mit einem der äußeren Bleche (17) durch die metallische Verbindung (13) verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Metallbleche (10,10,11,12) vorgesehen sind, die zu einem Stapel (19) aufgebaut werden, der zwei äußere Bleche (11,12) und zwei innere Bleche (10,10) aufweist, die schichtmäßig zwischen den äußeren Blechen liegen, wobei die Innenbleche durch die metallischen Verbindungen (13) miteinander verbunden sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Verbindungen (13) auf Linien liegen, die sich in Radialrichtung von der Kuppe (20) erstrecken oder umfangsmäßig um diese Kuppe (20) herum verlaufen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Umfangsrichtung erstreckenden metallischen Verbindungen oder Verschweißungen Kreise bilden, die konzentrisch um einen Punkt herum angeordnet sind, wobei die radial verlaufenden metallischen Verbindungen oder Verschweißungen sich radial von jenem Punkt weg erstrecken, der die Kuppe (20) des fertigen gewölbten Aufbaus bildet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein inertes Gas zwischen die Bleche während des Schrittes (C2) eingeblasen wird, wobei der Gasdruck einer äußeren Fläche des Stapels angelegt wird.

8. Gewölbter metallischer Aufbau bestehend aus zwei oder mehreren Blechen (10,11,12;14,16,17;22,23) aus superplastisch verformbaren Metall, wobei der Aufbau folgende Teile umfaßt:

eine konvexe Oberfläche mit einer Kuppe (20);

eine konkave Oberfläche, die der konvexen Oberfläche gegenüberliegt;

Stege (39), die zwischen der konvexen und der konkaven Oberfläche verlaufen und dadurch einen Zellenkern innerhalb des gewölbten Aufbaus bilden, wobei die Stege aus Abschnitten der beiden Bleche zusammengefügt sind, die durch metallische Verbindungen (13) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Verbindungen (13) auf Linien liegen, die radial von der Kuppe (20) aus verlaufen oder umfangsmäßig um diese herumgeführt sind.

9. Aufbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Blechen (22,23) besteht, wobei ein erstes dieser Bleche (22) eine konvexe Oberfläche und einen Teil eines jeden Steges (39) aufweist und das zweite Blech die konkave Oberfläche und den Rest der Stege (39) bildet, wobei die Stege jeweils durch einen Abschnitt des ersten Bleches und einen Abschnitt des zweiten Bleches gebildet werden, die jeweils über sich selbst zurückgebogen sind, um einen Falz zu bilden, wobei die beiden Abschnitte miteinander längs des Falzes durch die metallischen Verbindungen (13) verbunden sind.

10. Aufbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus drei Blechen (14,16,17) besteht, von denen ein erstes (16) die konvexe Oberfläche und ein zweites Blech (17) die konkave Oberfläche bildet und wobei die Stege (39) jeweils teilweise durch Abschnitte des ersten und zweiten Bleches gebildet werden, die über sich selbst zurückgefaltet sind, um einen Falz zu bilden, während ein Teil der Stege durch ein drittes Blech (14) gebildet ist, das über sich selbst zurückgefaltet ist, um einen Falz zu bilden, wobei die beiden Abschnitte längs der Falze durch die metallischen Verbindungen (13) verbunden sind.

11. Aufbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus vier Blechen (10,10,11,12) besteht, wobei ein erstes der Bleche (11) die konvexe Oberfläche und ein zweites der Bleche (12) die konkave Oberfläche bildet, wobei jeder der Stege teilweise durch einen Abschnitt eines dritten Bleches (10) gebildet ist, der über sich selbst zurückgefaltet wurde, um einen Falz zu bilden und teilweise wird der Steg durch einen Abschnitt eines vierten Bleches gebildet, der über sich selbst zurückgefaltet wurde, um einen Falz zu bilden, wobei die beiden Abschnitte längs der Falze durch die metallischen Verbindungen (13) verbunden sind.