[0001] Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung von großvolumigen Hohlkörpern
zumindest teilweise durch hydrostatische Umformung von kaltumformbarem Metall innerhalb
einer Formhöhlung eines Gesenks.
[0002] Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 44 36 436 der Anmelderin bekannt.
Hierin ist ein Verfahren zum hydrostatischen Umformen von insbesondere ebenen Blechen
aus kaltumformbarem Metall und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt
und beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden aus zwei ebenen Blechen aus kaltumformbarem
Metall mittels des Hydroformverfahrens zwei zueinander passende Hälften eines großvolumigen
Hohlkörpers geschaffen, die im Bereich ihrer "Äquatorlinie" umlaufend zu einem Hohlkörper
verschweißt werden.
[0003] Dieses an sich vorteilhafte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass aus Gründen der
zuverlässigen Abdichtung und aufgrund der Notwendigkeit des Nachfließens des Bleches
bei der Verformung ein umlaufender Flansch in Kauf genommen werden muss, der nachher
abgetrennt und bearbeitet bzw. für das Verschweißen der Halbschalen vorbereitet werden
muss. Daraus ergibt sich ein relativ hoher Materialaufwand.
[0004] Darüber hinaus wird die bei der Herstellung von Hohlkörpern in großen Stückzahlen
eine große Bedeutung aufweisende Prozesssicherheit beim Stand der Technik als verbesserungswürdig
angesehen, da insbesondere das Schweißen entlang einer komplexen, einen dreidimensionalen
Verlauf aufweisenden Äquatorlinie bei zugleich dünnen Wandstärken ein technisches
Problem darstellt.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein neues Verfahren zur Herstellung
von großvolumigen Hohlkörpern zu schaffen, welches bei geringerem Materialeinsatz
sowie geringen Kosten eine höhere Prozesssicherheit aufweist.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruch 1 insbesondere
den Merkmalen des Kennzeichenteils, bei denen es sich um folgende Verfahrensschritte
handelt:
a. Zuschnitt eines Bleches
b. Umformung des Blechzuschnitts sowie Verschweißung der gegenüberliegenden Stoßflächen
zur Schaffung eines dreidimensionalen druckdichten Körpers mit mindestens einer Öffnung
c. Hydrostatische Aufweitung des Körpers innerhalb eines Gesenks
d. Anschweißen mindestens eines Verschlussstücks
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren hat zahlreiche Vorteile. Der wesentlichste Vorteil
besteht darin, dass man vor dem Hintergrund der Endform eines zu erstellenden großvolumigen
Hohlkörpers zunächst einen Blechzuschnitt erstellen kann der nach der Umformung des
Blechzuschnittes in einen dreidimensionalen druckdichten Körper mit mindestens einer
Öffnung umfangs- und materialmäßig an die Endform des Hohlkörpers angepasst wird.
Dies bedeutet konkret, dass in den Bereichen, in denen die Endform des Hohlkörpers
einen großen Querschnitt aufweist, auch der aus dem Blechzuschnitt gebildeten Körper
mit einem großen Querschnitt versehen ist und das in den Bereichen, in welchen die
Endform des Hohlkörpers einen geringeren Querschnitt aufweist, auch der Körper mit
einem geringen Querschnitt versehen ist. In diesem Zusammenhang können konische, zylindrische
und abschnittsweise konische bzw. zylindrische Grundkörper entstehen, die dann später
hydrostatisch aufgeweitet werden.
[0008] Darüber hinaus entsteht bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Hohlkörper
dessen Schweißnahtlänge geringer ist und der vor allen Dingen technisch einfacher
zu beherrschende Schweißnähte aufweist, die eine wesentlich größere Prozesssicherheit
beinhalten.
[0009] Letztlich ist auch der Materialaufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren geringer,
da keine umlaufende Flansche mit angeformt werden müssen, die später abgetrennt bzw.
bearbeitet werden müssen.
[0010] Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von großvolumigen
Hohlkörpern gemäß Anspruch 2.
[0011] Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik sowie ebenfalls vorgenannter Aufgabe
ergibt sich die Lösung aufgrund der Merkmale des Anspruchs 2, insbesondere den Merkmale
des Kennzeichenteils, die durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet sind:
a. Zuschnitt des Blechzuschnitts
b. Umformung des Blechzuschnitts in einen dreidimensionaler, im weitesten Sinne rohrförmigen
Körper mit zwei Öffnungen
c. Hydrostatische Aufweitung des Körpers innerhalb eines Gesenks
d. Anschweißen zweier Verschlussstücke
[0012] Dieses erfindungsgemäße Verfahren weist zum einen die zum Anspruch 1 vorgenannten
grundsätzlichen Vorteile auf, wobei zusätzlich durch den rohrförmigen Körper mehr
Variationsmöglichkeiten im Hinblick auf die Endform des Hohlkörpers bestehen.
[0013] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird nach der Schaffung des
rohrförmigen Körpers und vor der hydrostatischen Aufweitung durch Anschweißen eines
Verschlußstücks bereits eine Öffnung druckdicht verschlossen.
[0014] Dieses erfindungsgemäße Verfahren vermeidet eine aufwendige Abdichtung durch Innenadaptierung
oder Außenadaptierung von zwei Öffnungen dadurch, dass bereits eine Öffnung des rohrförmigen
Körpers vor der hydrostatischen Aufweitung verschlossen wird. Dieses Verfahren kann
man mittels eines technisch weniger aufwendigen Gesenks durchführen und ist von daher
kostengünstiger.
[0015] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Körper im Gesenk vor
der hydrostatischen Aufweitung in eine flachovale Form gepresst. Dies hat den Vorteil,
dass rohrförmige Körper, die eigentlich für den Gravurhohlraum des Gesenks zu groß
sind, durch das Zusammenfahren der Gesenkhälften in das Gesenk hineinpassen. Im anderen
Fall wäre es auf nachteilige Weise vor der Einlegung des Körpers in das Gesenk notwendig,
den Körper in einer separaten Vorrichtung in die flachovale Form zu bringen.
[0016] Auch ist es bei einem des weiteren abgewandelten erfindungsgemäßen Verfahren möglich,
dass man vor dem sogenannten Andrücken des Körpers in einen flachovalen Zustand letzteren
bereits mit der Druckflüssigkeit unter einen bestimmten Druck befüllt, damit beim
Andrücken Faltenbildung und dgl. vermieden wird.
[0017] Bei einem weiteren besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren werden nach
der Aufweitung und vor dem Anschweißen des Verschlussstücks innerhalb des Hohlkörpers
Einbauteile angeordnet. Dies ist bei diesen Verfahren aufgrund der noch vorhandenen
einen Öffnung auf einfache Weise möglich, wobei einerseits keine Vorkehrungen getroffen
werden müssen, um ein Einschließen von in den Hohlkörper fallenden Fremdkörpern zu
vermeiden. Andererseits können bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren von der Seite
bereits vormontierte Baugruppen in den weitestgehend geschlossenen Körper eingefahren
werden. Dies erhöht die Prozesssicherheit merklich.
[0018] Auch ist es bei einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich,
dass nach der Aufweitung des Hohlkörpers in Letzteren mindestens eine Öffnung eingebracht
wird die beispielsweise für die Befüllung und Entleerung eines tankartigen Hohlkörpers
genutzt werden können.
[0019] Im Zusammenhang mit dem zuletzt genannten erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch
möglich, das im Bereich der vorgesehenen Öffnung jeweils ein umlaufender Kragen während
der hydrostatischen Aufweitung ausgeformt wird, der als Anschweißstutzen dient.
[0020] Bei einer letzten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Hohlkörper
vor seiner hydrostatische Aufweitung ein flüssigkeitsverdrängendes Element eingeführt,
wodurch der verfahrensmäßige Vorteil entsteht, dass die Befüllungs- und Entleerungszeiten
deutlich geringer sind. Ein derartiges flüssigkeitsverdrängendes Element kann beispielsweise
am Adapter befestigt sein.
[0021] Letztlich betrifft die Erfindung auch ein großvolumigen Hohlkörper, insbesondere
Kraftfahrzeugtank und dgl. hergestellt durch Anwendung der vorgenannten Verfahren.
Ein derartiger durch die oben genannten Verfahren hergestellter Hohlkörper weist den
wesentlichen Vorteil auf, dass er mit Hilfe des Verfahrens eine ganz spezielle auf
das Platzangebot der Kraftfahrzeugkarosse abgestimmte Form aufweisen kann, so dass
der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt wird.
[0022] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 ein ebenen Blechzuschnitt,
Fig. 2 eine Darstellung eines rohrförmigen, aus dem gemäß Fig. 1 dargestellten Blechzuschnitt
geformten Körpers,
Fig. 3 ein Rohrkörper gemäß Fig. 2 mit einer Verschlusskappe,
Fig. 4 ein Rohrkörper gemäß Fig. 2 mit angeschweißter Verschlusskappe Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Gesenk mit dem rohrförmigen
Körper gemäß Fig. 4,
Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5 mit einem durch einen Adapter verschlossenen
Formkörper,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 und 6 nach erfolgter hydrostatischer Umformung
des Körpers,
Fig. 8 hydrostatischer Körper nebst abgetrenntem Abdichtungsende,
Fig. 9 hydrostatisch umgeformter Körper mit im Innenraum befestigten Einbauteilen,
Fig. 10 Hohlkörper mit angeschweißter Verschlusskappe.
[0023] In den Zeichnungen ist ein großvolumiger Hohlkörper insgesamt mit der Bezugziffer
10 bezeichnet.
[0024] Ein derartiger Hohlkörper 10 wird aus einem kaltumformbaren Blechzuschnitt 11 (s.
Fig. 1) hergestellt, der in einen ersten Verfahrensschritt mittels eines Einroll-
oder sonstigen Vorgang zu einem rohrförmigen Körper 12 (s. Fig. 2) mit zwei Öffnungen
A1 und A2 umgeformt wird. Die Verbindung der gegenüberliegenden Blechstirnflächen
erfolgt über die Herstellung einer Stumpfnaht vorzugsweise mit Hilfe einer Wolfram-Inertgas-Schweißquelle,
wobei auch andere Schweißverfahren, wie z.B. das Laserschweißen, eingesetzt werden
können (s. Schweißnaht S1 in Fig. 2).
[0025] Der Blechzuschnitt 11 wird anhand der gewünschten Endform des Hohlkörpers 10 ermittelt,
damit konische, zylindrische und/oder abschnittsweise konische bzw. zylindrische Körper
12 nach dem Einrollvorgang entstehen, wobei wichtig ist, dass an beiden Enden des
Rohrkörpers 12 zylindrische Querschnitte vorhanden sind. Die Form des Blechzuschnitts
11 bzw. des sich daraus ergebenden Rohrkörpers 12 wird abgestimmt auf die unterschiedlichen
Umfänge der Endform des Hohlkörpers 10 in bestimmten Bereichen. Ziel ist es, in jedem
Bereich des Rohrkörpers 12 mit einem Aufweitschritt und maximal möglicher Umformung
des Materials die Endkontur des Hohlkörpers 10 zu erreichen. Insbesondere die Aufweitung
des Rohrkörpers 12 in einem Prozessschritt ist wichtig, da dadurch keine Kaltverfestigung
entstehen kann und somit ein aufwendiges Zwischenglühen vermieden wird.
[0026] In den Fig. 3 und 4 erkennt man, dass an den rohrförmigen Körper 12 mittels einer
Schweißnaht S2 eine Kappe 13 angeschweißt wird. Die Kappe 13 kann je nach ihrer Geometrie
ebenfalls durch einen Hydroformprozess oder durch Tiefziehen hergestellt werden. Anders
als in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wird vorzugsweise beim rohrförmigen Körper 12
die größere Öffnung durch eine Kappe verschlossen, da der kleinere Durchmesser der
anderen Öffnung für die Adaptierung und Abdichtung geringere seitliche Zuhaltekräfte
erfordert.
[0027] Der in Fig. 4 dargestellte, einseitig durch die Kappe 13 verschlossene Rohrkörper
12 wird dann - wie in Fig. 5 dargestellt - in ein Gesenk 14 eingelegt, welches zu
einem Gesenkoberteil 15 und einem Gesenkunterteil 16 besteht. In der sehr vereinfachten
Darstellung des Gesenks 14 erkennt man eine Gravur 17 des Gesenkoberteils 15 und eine
Gravur 18 des Gesenkunterteils 16 mit der die Endform des Hohlkörpers 10 erstellt
werden soll.
[0028] In der Fig. 6 ist das Gesenk mit eingelegten Hohlkörper 10 nach den sogenannten Andrücken
des rohrförmigen Körpers 12 in einen flachovalen Zustand dargestellt. Man erkennt
einerseits das Dichtflächen 19 von Gesenkoberteil 15 und Gesenkunterteil 16, die abdichtend
aufeinander liegen. Andererseits wurde vor dem Andrücken ein Adapter 20 in den rohrförmigen
Körper 12 eingeschoben und verspannt, der ein Verdrängerbauteil 21 aufweist. Mit Hilfe
des Verdrängerbauteils 21 ist die für den Hydroformprozess notwendige Druckflüssigkeitsmenge
deutlich reduziert, wodurch die Befüllungsund Entleerungszeiten sich stark verringern.
Nach der Befüllung des rohrförmigen Körpers 12 mit der Druckflüssigkeit findet letztlich
das Zusammenfahren von Gesenkoberteil und Gesenkunterteil 15, 16 statt. Im Zusammenhang
mit der Befüllung des rohrförmigen Körpers 12 sei darauf hingewiesen, dass im Adapter
20 Kanäle für die Druckflüssigkeit vorhanden sind, die in den Zeichnungen nicht dargestellt
sind.
[0029] In der Fig. 7 ist die Endkontur des aus dem rohrförmigen Körper 12 hervorgegangenen
Hohlkörpers 10 noch innerhalb des Gesenks 14 zu erkennen. Durch den bis zu ca. 1.000
bar hohen Druck hat sich die Außenumfangsfläche des rohrförmigen Körpers 12 vollständig
an die Gravuren 17 und 18 von Gesenkoberteil 15 und Gesenkunterteil 16 angelegt.
[0030] Nach dem Entleeren des Hohlkörpers 10, des Entfernens des Adapters 20, der Entnahme
des Hohlkörpers 10 aus dem Gesenk 14 sowie der Reinigung und Trocknung des Hohlkörpers
10 können in einem weiteren Arbeitsschritt im vorliegenden Fall durch die Öffnung
A2 hindurch Einbauten für ein Kraftfahrzeugtank, nämlich beispielsweise eine Pumpe
22 und Wellenbrecher 23, eingebaut werden (s. Fig. 9). Auch ist es möglich - wie nicht
dargestellt - dass zu diesem Zeitpunkt oder zu dem in Fig. 8 dargestellten Zeitpunkt
neben der Abtrennung eines Abdichtungsende 24 auch zusätzlich benötigte Öffnungen,
z.B. zur Anordnung eines Tankeinfüllstutzen, geschaffen werden.
[0031] Letztlich ist in Fig. 10 der endgültige Hohlkörper 10 zu erkennen, dass die Öffnung
A2 zwischenzeitlich durch eine Schweißnaht S3 mit einer weiteren Kappe 25 verschlossen
worden ist. Dieser im Ausführungsbeispiel als Kraftfahrzeugtank vorgesehene Hohlkörper
10 kann natürlich eine völlig andere Form und Abmessung aufweisen als im vorher beschriebenen
und dargestellten Ausführungsbeispiel. Das beschriebene Beispiel dient lediglich der
einfachen Darstellung und Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1. Verfahren zur Herstellung von großvolumigen Hohlkörpern zumindest teilweise durch
hydrostatische Umformung von kaltumformbarem Metall innerhalb einer Formhöhlung eines
Gesenks,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Zuschnitt eines Bleches
b. Umformung des Blechzuschnitts sowie Verschweißung der gegenüberliegenden Stoßflächen
zur Schaffung eines dreidimensionalen druckdichten Körpers mit mindestens einer Öffnung
c. Hydrostatische Aufweitung des Körpers innerhalb eines Gesenks
d. Anschweißen mindestens eines Verschlussstücks
2. Verfahren zur Herstellung von großvolumigen Hohlkörpern zumindest teilweise durch
hydrostatische Umformung von kaltumformbarem Metall innerhalb einer Formhöhlung eines
Gesenks,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Zuschnitt des Blechzuschnitts
b. Umformung des Blechzuschnitts in einen dreidimensionaler, im weitesten Sinne rohrförmigen
Körper mit zwei Öffnungen
c. Hydrostatische Aufweitung des Körpers innerhalb eines Gesenks
d. Anschweißen zweier Verschlussstücke
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Schaffung des rohrförmigen Körpers und vor der hydrostatischen Aufweitung
durch Anschweißen eines Verschlussstücks bereits eine Öffnung druckdicht verschlossen
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der hydrostatischen Aufweitung der Körper im Gesenk in eine flachovale Form gepresst
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vorher eine Befüllung des Körpers mit der Druckflüssigkeit erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufweitung des Körpers und vor dem Anschweißen des Verschlussstücks innerhalb
des Hohlkörpers Einbauteile angeordnet werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufweitung des Körpers in letzteren mindestens eine Öffnung eingebracht
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der vorgesehenen Öffnungen während der hydrostatischen Aufweitung jeweils
ein umlaufender Kragen ausgeformt wird, der als Anschweißstutzen dient.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Körper vor seiner hydrostatischen Aufweitung ein flüssigkeitverdrängendes
Element eingeführt wird.
10. Großvolumiger Hohlkörper, insbesondere Kraftfahrzeugtank od. dgl. hergestellt durch
Anwendung eines der vorgenannten Verfahren.