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Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern durch Aufblähung von Schichtkörpern
zwischen formbestimmenden Gegenlagern Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur
Herstellung von Hohlkörpern durch Aufblähung von Schichtkörpern zwischen formbestimmenden
Gegenlagern.
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Das Wesen der Erfindung besteht hierbei in der Anwendung folgender
Verfahrensschritte: a) Verbindung der Berührungsflächen der den Schichtkörper bildenden
Schichten durch eine sich auf diese Flächen völlig oder teilweise bzw. rasterartig
verteilende, spaltbare gegenseitige Haftung; b) Einspannung des Schichtkörpers
zwischen die Gegenlager und Einleitung des Blähmittels zwischen die Schichten des
Schichtkörpers an mindestens einer Stelle desselben zwecks Aufspaltung der haftenden
Verbindung zwischen den Schichten im Bereich der Formhohlräume eines oder beider
Gegenlager und allmähliche Aufblähung des Schichtkörpers in diese Forrnhohlräume
hinein im Zuge der fortschreitenden Aufspaltung der Schichten.
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Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung werden somit Schichtbleche
einem gewaltsamen Aufbrechen der Verbindung zwischen den Schichten unterworfen,
indem eine Flüssigkeit unter Druck zwischen die Schichten gepreßt wird und durch
überwindung des Haftvermögens der Schichten diese trennt. Ein Spalt, der der Flüssigkeit
gestattet, in die Haftzone einzudringen, vergrößert sich fortschreitend unter der
Wirkung des Druckes, und das Schichtblech wird somit zwischen den Schichten gespalten,
da der Druck bewirkt, daß die Verbindung in Richtung der Spaltbewegung fortschreitend
aufreißt. Das Aufspalten vollzieht sich in bestimmten Grenzen, so daß die Schichten
des Schichtbleches außerhalb der Spaltzone miteinander verbunden bleiben und nur
dort hohl werden, wo man es wünscht. Der Flüssigkeitsdruck dehnt und weitet mindestens
eine der Schichten des Schichtbleches, um den hohlen Spalt des herzustellenden Körpers
zu erweitern. Infolge des fortschreitenden Aufbrechens der Verbindung vollzieht
sich ein äußerst vorteilhaftes Fortschreiten des Dehnens und der Formänderung des
Schichtbleches unter der Einwirkung des Druckes. Die Formänderungsspannungen werden
somit besser verteilt, und die Wandstärke der unter Druck stehenden Schicht bleibt
durch und durch gleichmäßiger. Das Verfahren ist äußerst vorteilhaft zur Herstellung
von vielfältigen Erzeugnissen in verschiedenartigen Formen und Größen wie beispielsweise
Wärmeaustauscher, Installationsmaterial, Bauelemente u. dgl., insbesondere aus Aluminium
oder dessen Legierungen. Um ein Aufspalten der Schichten des Schichtbleches außerhalb
einer bestimmten Grenze zu verhindern, wenn der Flüssigkeitsdruck in die Schichten
eingeführt wird, wird vorzugsweise ein Gegenlager auf dem zu verformenden Werkstück
angebracht, das von außen das Schichtblech hält und das Arbeitsflächen aufweist,
die das Ausbreiten des Aufspaltens einschränken oder sperren. Erfindungsgemäß kann
ein Gegenlager aus einem oder mehreren Formkörpern oder Hemmgliedern bestehen, die
das Blähen unter Flüssigkeitsdruck in dem Schichtkörper begrenzen, um auf diese
Weise einen genaueren und besser kontrollierten Umriß in bezug auf Außenform und
Abmessung des Werkstückes zu erzielen. Hierbei begrenzt das Gegenlager entweder
das Ausbreiten des Aufspaltens, solange der Flüssigkeitsdruck zwischen den Schichten
des Werkstückes wirkt, oder es beschränkt die Ausdehnung einer oder mehrerer Schichten,
die durch die Flüssigkeit gedehnt und in ihrer Form verändert werden, oder es kann
beide Funktionen gleichzeitig erfüllen.
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Eine der bevorzugten Verfahrensarten der Herstellung einer aufspaltbaren
Verbindung in dem Schichtblech besteht darin, daß man zwischen denjenigen
Schichtgebieten,
die später durch die Druckwirkung der Flüssigkeit getrennt werden sollen, rasterförmig
verbundene sowie nicht verbundene Stellen auf den Haftseiten der Schichten vorsieht,
so daß die verbundenen Stellen durch den Flüssigkeitsdruck aufgerissen werden, während
die unverbundenen Stellen den Haftverband zwischen den Schichten schwächen. Ein
sehr wichtiger Vorteil der Anbringung von solchen Verbundrastern besteht darin,
daß ein derartiges Schichtblech in einem mit Formhohlräumen versehenen Gegenlager
in beliebiger Position liegen kann und daß diejenigen beliebigen Zonen des Verbundrasters,
die gerade unter den Hohlräumen liegen, dem Verformungsdruck der Flüssigkeit nachgeben.
Infolgedessen ist ein Ausrichten des Werkstückes unter dem Gegenlager sehr einfach.
Das Größenverhältnis zwischen verbundenen und unverbundenen Stellen in den Schichten
richtet sich unter anderem nach der benötigten Gesamtoberfläche eines Schichtbleches,
die zur Herstellung eines bestimmten Gegenstandes gebraucht wird. Zum Beispiel kann
die Verbindung einer Schicht des Schichtbleches mit der benachbarten Schicht über
die gesamte Fläche hinweg spaltbar sein, wobei dann ausschließlich die Klammerwirkung
eines Gegenlagers verhindert, daß sich das Schichtblech auch außerhalb der Formbereiche
des Gegenlagers aufspaltet. In anderen Fällen können die Randzonen längs der Kanten
des Schichtbleches fest miteinander verbunden sein, während sich in der Mitte ein
spaltbares Gebiet befindet, also z. B. ein Verbundraster wie vorher beschrieben.
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Einen leichten Zugang zu diesem Gebiet von geschwächter Haftfestigkeit
ermöglicht ein Durchlaß, der zwischen den Schichten zwecks Einführung einer Aufblasnadel
vorgesehen wird oder ein passend angeschweißtes Rohr, das über eine Kante des Schichtbleches
hinausragt. Ein Zugangsweg kann einfach hergestellt werden, indem ein schweißhinderndes
Mittel in Form eines Eingangs zwischen den Schichten vorgesehen wird.
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Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
an Stelle von Verbundrastern andere Formen aufspaltbarer Verbindungen gewählt werden,
wie beispielsweise fortlaufend spaltbare Verbindungen zwischen den durch Flüssigkeitsdruck
zu trennenden Schichten. DieVerbindung kann durch einen Kleber oder durch ein Kunstharz
bewirkt sein, sofern diese Mittel ein Aufspalten gestatten, oder es kann sich um
ein Metall als Zwischenschicht oder Legierungs-Plattierschicht handeln, die eine
im wesentlichen geschwächte Verbindung zwischen den Schichten erzeugt. Als weiteres
Ausführungsbeispiel gestattet eine Schweißverbindung mittels Preßschweißen der Schichten
im Warmwalz- oder Kaltwalzverfahren ein nachfolgendes Aufspalten der Schichten durch
eine unter Druck stehende Trennflüssigkeit, sofern die Schweißverbindung genügend
schwach ist. Die verstehend beschriebenen Verbindungen sind natürlich nur einige
Beispiele von vielen für dieses Verfahren brauchbaren aufspaltbaren Verbindungen.
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung.
In ihr ist die Erfindung schematisch und beispielsweise dargestellt, und es zeigt
Fig. 1 eine Schicht eines Schichtbleches, auf der ein Einlaß für die Druckflüssigkeit
gekennzeichnet ist, Fig. 2 und 3 Bleche mit unterschiedlich skizzierten Haftflächen,
Fig. 4 eine Schicht ohne irgendwelchen Einlaß oder irgendwelche skizzierten Haftflächen,
Fig. 5 und 6 Teile von Schichten eines Bleches mit Teilansichten von
schweißhindernden Druckmustern, Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein geblähtes
Walzerzeugnis, um Verformungen an der Außenseite zu zeigen, die durch Aufblasen
des Schichtbleches in einem entsprechenden Gegenlager erzeugt werden können, Fig.
8 bis 10 Darstellungen verschiedener Herstellungsstufen eines Hohlbleches,
das aus einem Schichtblech hergestellt wird, Fig. 11 einen Teilschnitt durch
ein forrnbestimmendes Gegenlager mit einem darin befindlichen Schichtblech und Fig.
12 und 13 Darstellungen verschiedener Aufblasstufen des Schichtbleches in
ein und derselben Verkörperung.
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Fig. 1 stellt ein ebenes Blech 10, beispielsweise aus
Aluminium, dar, das eine glatte Oberseite 12 aufweist, die mit einem schweißhindernden
Belag 11 versehen ist. Das schweißhindemde Material kann irgendeine aus einer
Reihe von geeigneten Zusammensetzungen haben, aber vorzugsweise sollte es eine wässerige
Suspension von kolloidalem Graphit mit Natriumsilikat als Bindemittel sein. Die
Oberseite 12 wird mit einem zweiten Blech, beispielsweise ebenfalls aus Aluminium,
bedeckt, und beide Bleche werden danach einem geeigneten Warmwalzen unterzogen oder
einem anderen Preßschweißverfahren, wodurch zugleich mit einer Reduzierung der Stärke
des Schichtbleches eine Schweißverbindung derjenigen Flächen eintritt, die aufeinanderliegen,
jedoch mit Ausnahme der Trennzone 11. Das Verbundwerkstück wird dann geglüht,
um das Metall weicher und besser dehnbar zu machen. Dann wird eine Kante des Werkstückes
an der Stelle aufgedomt, wo die Trennzone 11 bis an die Kante reicht, und
eine Düse wird fest eingeführt. Das Werkstück nebst Düse wird sodann in ein forrnbestimmendes
Gegenlager 13 eingelegt, wie in Fig. 11 dargestellt ist, und der Oberteil
14 und der Unterteil 15 des Gegenlagers werden an die Außenflächen des Schichtbleches
gepreßt. Sodann wird ein Flüssigkeitsdruck über eine Leitung an die Düse angeschlossen,
und die Flüssigkeit wird unter Druck durch den Einlaß eingeführt, den die Trennzone
11 bildet, so daß die Flüssigkeit zwischen den Schichten des Schichtbleches
wirken und diese aufspalten kann. Mindestens eine der Arbeitsflächen des Gegenlagers
weist Hohlräume auf, die das Werkstück formen. Demgemäß hat der Unterteil
15 des Gegenlagers einen mäanderförmigen Hohlraum 16, der sich über
dem Schichtblech befindet. Sobald der Flüssigkeitsdruck zu wirken beginnt, fängt
auch ein fortschreitendes Aufreißen der aufspaltbaren Verbindung zwischen den Schichten
des Schichtbleches an, und die Schichten des Schichtbleches beginnen, sich fortschreitend
in Richtung der Aufspaltung zu trennen. Diejenige Schicht des Schichtbleches, die
sich über dem Hohlraum 16 des Gegenlagerunterteils 15 befindet, bewegt
sich in diesen Hohlraum hinein und nimmt die mäanderförmige Gestalt des Hohlraums
an. Daraufhin wird der Druck abgebaut, und die Teile 14 und 15 des Gegenlagers
auseinandergefahren. Das verforrnte Schichterzeugnis wird dann herausgenommen. Diejenigen
Bereiche der aufspaltbaren
Verbindung, die abseits des Kanalsystems
in dem Schichtblech liegen, bleiben miteinander verbunden und bewirken den Zusammenhalt
des Werkstückes.
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In der in Fig. 2 der Zeichnung dargestellten Verkörperung hat das
Blech 18 eines Schichtbleches auf einer der beiden Außenflächen einen rechteckigen
Bereich21, der durch ein Muster mit Netzlinien gekennzeichnet und von einem musterfreien
Rahmen 20 umgeben ist. Erfindungsgemäß bestehen die Netzlinien aus einem schweißhindernden
Material und bilden ein Gittermuster, welches kleine rechteckige Schweißinseln erzeugt,
wenn die Preßschweißung mit dem Deckblech erfolgt. Von einer Blechkante aus führt
ein mit schweißhindemdem Material bedeckter Streifen22 in das Gitterlinienmuster,
um zu verhindern, daß das Blech 18 auch an der Eintrittsstelle mit dem Deckblech
19 verschweißt, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Zweckmäßigerweise hat
das Deckblech 19
eine glatte Unterseite, die auf dem Muster 21 und dem musterfreien
Rand 20 des Bleches 18 flach aufliegt.
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Zur Herstellung des Gittermusters wird häufig ein Druckverfahren angewandt.
So benutzt man beispielsweise vielfach eine Siebdruckschablone, um das Muster aus
schweißhindemder Druckfarbe auf denjenigen Bereich des Bleches zu drucken, der das
Gittermuster aufnehmen soll. Die Druckfarbe kann auch mittels anderer Verfahren
aufgetragen werden, beispielsweise durch Sprühen durch eine Maske oder durch Bedrucken.
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Fig. 5 stellt ein Siebdruckmuster dar, und es ist zu sehen,
daß der so hergestellte Aufdruck auf der Blechoberseite aus einer Vielzahl kleiner
Rauten 30
besteht, die von Linien 31 begrenzt werden. Nach Abheben
der Siebdruckschablone haben sich die Linien 31 als Ergebnis des Schabloneneffektes
des Siebes auf dem Blech gebildet. Infolgedessen sind die Linien 31 frei
von schweißhinderndem Material, und die Blechoberseite bleibt hier unbedeckt, während
die Rauten 30 eine Schicht schweißhindernden Materials aufweisen. Wenn man
dieses Muster mit einem zweiten Blech bedeckt, das anschließend mit dem ersten Blech
ein Schichtblech bildet, und wenn man das so entstandene Blechpaket warmwalzt, wobei
sich das Muster zwischen beiden Blechen befindet, entsteht eine Schweißverbindung
zwischen den Blechen entlang den fortlaufenden Linien 31, während im Bereich
der Rauten 30 keine Schweißverbindung eintritt. Dieser an sich bekannte Effekt
des Verschweißens und stellenweise Nichtverschweißens ermöglicht beim Einleiten
des Druckmittels das Aufspalten der Verbindung, indem er sie längs der Linien
31 fortschreitend aufbricht, während die unverschweißten Bereiche der Rauten
30 das Aufbrechen von Insel zu Insel erleichtern. Da sich die Verbindung
längs der Linien 31 fortsetzt, verhindern diese Linien ein Entweichen der
Druckflüssigkeit, und zwar so lange, bis die jeweilige Verbindung aufgerissen wird.
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Beispielsweise können Schichtbleche aus zwei Metallschichten von etwa
gleicher Stärke hergestellt werden, die n-üteinander längs der Schweißlinien verbunden
sind und durch im Siebdruck aufgetragene unverschweißte Stellen - wie oben
beschrieben -getrennt sind. Dabei können etwa 50% der zu behandelnen Fläche durch
das Sieb hindurch mit schweißhinderndem Material bedruckt werden, während etwa 5011/o
der zu verschweißenden Fläche längs der Linien frei bleiben. Die durch den Siebdruck
aufgetragenen Linien können in ihrer Druckbreite zwischen etwa 70 und 100% der Endstärke
einer der beiden Metallschichten schwanken, nachdem das Preßschweißen Lind die Stärkenreduzierung
der Bleche vorgenommen worden ist. Demzufolge können beispielsweise Ausgangsbleche
von etwa je 1,27 mm, die mit einem schweißhindernden Material im Siebdruckverfahren
bedruckt sind, nach dem Walzschweißen Verbindunglinien in einer Breite von etwa
0,89 bis 1,27 mm aufweisen. Die vorstehenden Zahlen sind nur Beispiele,
und es wird folglich klar sein, daß ein wesentlicher Spielraum in bezug auf Größenverhältnisse
der Linien und Rauten zulässig ist, die von verschiedenen Faktoren abhängig sind,
wie Stärkenunterschiede der verschiedenen Ausgangsbleche, gewünschte Festigkeit
der spaltbaren Verbindung und Art des herzustellenden Hohlkörpers. Selbst wenn zwei
Ausgangsbleche von gleicher Stärke verwendet werden, können die Linien und Rauten
in einem weiten Größenbereich schwanken, und ihre Ab-
messungen können dem
jeweiligen Bedarf entsprechend angepaßt werden.
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An Stelle des in Fig. 5 dargestellten Rasters kann auch ein
Muster gemäß Fig. 6 verwendet werden. In der Verkörperung nach Fig.
6 sind aus schweißhinderndem Material bestehende Trennlinien 34 auf die Oberseite
eines Bleches gedruckt, um kleine Flächen 33 zu kennzeichnen, die unbedeckt
bleiben. Wenn nun das bedruckte Blech mit einem zweiten Blech bedeckt wird, wobei
das Muster zwischen den Blechen liegt, und wenn danach das Blechpaket warmgewalzt
wird, entsteht eine Schweißverbindung, welche durch eine Verbindung der kleinen
Flächen 33 mit dem Deckblech gekennzeichnet ist, während die Trennlinien
34 unverbunden bleiben. Wenn ein derartiges Schichtblech einem Flüssigkeitsdruck
zwischen den Schichten ausgesetzt wird, so spaltet es sich, wobei die Rasterverbindungen
fortschreitend aufgebrochen werden. Bei einer derartigen Anordnung hat die Druckflüssigkeit
gewöhnlich das Bestreben, an den unverschweißten Linien entlangzulaufen, und bei
dieser Art von Schichtblech gibt es infolgedessen keine völlige Absperrung der Flüssigkeit.
Nichtsdestoweniger können jedoch zahlreiche Erzeugnisse auch mit dieser besonderen
Verbindungsweise im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
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Die Fig. 8 und 9 stellen ein Schichtblech
17 dar, das aus zwei Aluminiumblechen 18, 19 oder aus einem oder mehreren
anderen Metallen gebildet wird und in dem sich ein Rastermuster 21 auf der Innenfläche
einer der beiden Schichten befindet, während die rahmenförmige Randzone 20 zwischen
den Schichten voll verbunden ist. In der Haftzone, d. h. dort, wo sich das
Muster 21 befindet, bildet sich auf den Innenflächen des Paketes unterbrochene Schweißzonen
und unverschweißte Zonen. Mittels eines unverbundenen Streifens 22, der vom Außenrand
des Blechpaketes in das Rastermuster führt, wird dafür gesorgt, daß ein Zugangsweg
23 zur Einführung von Druckflüssigkeit offenbleibt. Wird ein solches Blechpaket
17 in ein formbestimmendes Gegenlager in der Art des mäanderförmig ausgehöhlten
Lagers 13 in Fig. 11 eingelegt und führt man dann eine Druckflüssigkeit
durch den Zugangsweg 23 in den Bereich des Rastermusters, so erfolgt eine
fortschreitende Trennung der Metallschichten des Schichtbleches an
denjenigen
Stellen, wo die Aushöhlung 16 des Gegenlagerunterteiles 15 unter dem
Rastermuster liegt. Das Schichtblech spaltet sich und wird an den gewünschten Stellen
dehnungsverformt, wobei sich ein geblähtes Blecherzeugnis bildet, das nach Herausnahme
aus dem Gegenlager die Konturen des gewünschten Erzeugnisses angenommen hat, wie
es z. B. in Fig. 10 dargestellt ist. Alle verbundenen Bereiche des Bleches,
welche nicht direkt über der Aushöhlung des Gegenlagers gelegen haben, bleiben verbunden.
Hingegen haben sich alle anderen Bereiche 24 durch den eingeführten Flüssigkeitsdruck
aufgespalten. Das Aufspalten ist in einer Weise eingetreten, die eine gleichfönnige
Dehnung des Metalls innerhalb der Aushöhlung des Gegenlagers fördert, weil diejenigen
Teile des Metalls, die dem Druck ausgesetzt werden, erst allmählich fortschreitend
unter Druck geraten und nach und nach in dem Maße in die Aushöhlung des Gegenlagers
gedrückt werden, wie das Aufbrechen der Verbindung fortschreitet.
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Eine Abwandlung des Verfahrens besteht darin, daß man ein Aluminiumblech
oder ein Blech aus einer Aluminiumlegierung eloxiert, indem man auf der zu verbindenden
Oberseite des Bleches eine Oxydschicht erzeugt, woraufhin man dieses Blech mit einem
zweiten Aluminiumblech oder einem Blech aus einer Aluminiurnlegierung bedeckt und
anschließend .die Stärke dieses Blechpaketes im Wege der Kaltverformung reduziert,
um ein Kaltverschweißen der Innenflächen zu erreichen. Beispielsweise kann durch
Kaltwalzen nebst Stärkenreduzierung des Metalls auf höchstens 33% der Ausgangsstärke
das Kaltverschweißen erreicht werden. Die Arbeitsbedingungen werden so gesteuert,
daß die Kaltschweißzone nach Einführung einer Druckflüssigkeit zwischen die Blechschichten
in einem Gegenlager aufgespalten werden kann.
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Zusammenfassend kann also bemerkt werden, daß die Durchführung der
erfinderischen Lehre, die Verbindungen von Blechen in vorbestimmten Figuren aufzuspalten,
ohne daß die Figuren durch Aufbringen von Trennsubstanzen vorgezeichnet sein müssen,
auf verschiedenartige Weise erfüllt werden kann. Es ist möglich, die Bleche ohne
Schweißstopmittel zusammenzuschweißen und unter Aufwendung eines relativ hohen Aufreißdruckes
die Aufspaltung vorzunehmen. Will man diesen hohen Aufreißdruck vermindern, so empfiehlt
sich im Sinne der Fig. 2, 5, 6, 8 und 9
die Aufbringung eines Trennmittels
in Rasterform oder einer sonstigen nicht zusammenhängenden Schicht. Man kann aber
auch das Aufspalten dadurch erleichtern, indem man ein Muster aus schweißhinderndem
Material auf die Bleche aufbringt, das den allgemeinen Verlauf der gewünschten Aushöhlung
markiert, jedoch wesentlich schmaler als die volle Breite des Formhohlraumes im
Gegenlager ist. Eine diesbezügliche Ausführungsforin zeigt Fig. 3, bei der
die Oberseite des Bleches 40 mit solchen dünnen Streifen 41 versehen ist, die das
Verschweißen der Bleche verhindern, jedoch wesentlich schmaler als die gewünschten
Hohlraumbreiten sind. Diese schmalen Streifen bilden untereinander geschlossene
Kreisläufe und münden in einen aus schweißhinderndem Material gebildeten Eingang
42, der bis zu einer Kante des Werkstücks reicht.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung, die Spaltbarkeit der einzelnen
Bleche zu regulieren. Man hat es beispielsweise in der Hand, durch Änderung der
Metallzusammensetzung (Legierung) des Härtezustandes, der Arbeitstemperatur, des
Abwalzgrades, der Sauberkeit der Ausgangsbleche u. dgl. die Haftfestigkeit der zusammengeschweißten
Bleche so zu gestalten, daß je nach Bedarf ein mehr oder minder großer Aufreißdruck
angewandt werden muß.
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Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, statt des Walzschweißens
andere Verbindungstechniken, wie z. B. das Kleben oder Hartlöten, anzuwenden. Schließlich
beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Verbindung von Metallblechen, insbesondere
aus Aluminium und dessen Legierungen, sondern es ist erfindungsgemäß vorgesehen,
die Hohlkörper auch aus anderen Werkstoffen, beispielsweise aus Kunststoffschichten
oder Verbundschichten, herzustellen. Derartige Verbundschichten können beispielsweise
aus der Verbindung von Kunststoff mit Metallblechen gebildet sein. Es ist also erkennbar,
daß der Erfindung zahlreiche Ausführungsvarianten zuzurechnen sind, die nicht im
einzelnen in der Zeichnung beschrieben sind.