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Verfahren zur Herstellung von
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zylindrischen Druckbehältern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von zylindrischen Druckbehaltern unterschiedlichen Volumens, insbesondere
Druckluftvorratsbehältern für Kraftfahrzeuge.
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Bisher wurden solche zylindrische Druckbehälter in der Weise hergestellt,
daß eine ebene Platine zu einem Zylindermantel gerollt wurde und an ihren Stoßkanten
mittels einer Längsnaht zu einem zylindrischen Rohr verschweißt wurde. Auf die offenen
Enden des zylindrischen Rohres wurden dann jeweils mittels einer Umfangsschweißnaht
Deckel aufgeschweißt um einen geschlossenen Behälter zu bilden. Zur Herstellung
von Anschlüssen waren diese Deckel im Regelfall vorgelocht und es wurde mittels
einer weiteren Schweißoperation jeweils ein Gewindeansatz in die gelochten Deckel
eingesetzt.
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Diese bekannte und bislang allgemein übliche Herstellungsmethode für
Druckluftbehälter von Kraftfahrzeugen hat zwar den Vorteil,
daß
man bezüglich der Materialauswahl und bezüglich der Abmessungen der Behälter in
keiner Weise eingeschränkt ist und somit sowohl was die Geometrie der Behälter als
auch deren Festigkeit anlangt, sich sehr genau den Anforderungen des jeweiligen
Einzelfalls anpassen kann. Ein Nachteil dieses bekannten Herstellungsverfahrens
liegt allerdings darin, daß durch die mehrfach hintereinander geschalteten Schweißoperationen
die Herstellungszeit und damit die Herstellkosten für solche Druckluftbehälter relativ
hoch sind. Da diese Einflußgrößen insbesondere bei einer Großserienherstellung jedoch
von maßgeblicher Bedeutung sind, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Herstellungsverfahren für solche Druckbehälter anzugeben, mit dem eine erhebliche
Verkürzung der Herstellzeit und der Herstellkosten erreichbar ist, das andererseits
aber zumindest im gewissen Umfang die Herstellung von Druckbehältern unterschiedlichen
Volumens erlaubt, ohne daß dadurch jeweils Umstellungen im Verfahrensablauf notwendig
sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
topfförmige zylindrische Halbkörper mit gleichem Randdurchmesser einstückig hergestellt
werden und jeweils zwei solcher Halbkörper an ihrem Rand zusammengeschweißt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren löst die gestellte Aufgabe in vorzüglicher
Weise, indem für die Herstellung eines Druckbehälters
nur mehr eine
einzige Umfangsschweißnaht erforderlich ist, wodurch die Herstellzeit und damit
die Herstellkosten erheblich gesenkt werden können. Die einstückige Herstellung
der beiden topfförmigen Halbkörper kann durch bekannte Verfahren der spanlosen Formung,
wie Gießen oder Massivumformung erfolgen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß die Herstellung von Druckbehältern unterschiedlichen Volumens in einfachster
Weise dadurch erzielbar ist, daß Halbkörper unterschiedlicher axialer Länge zusammengeschweißt
werden. Dabei beträgt die Variationsmöglichkeit bei n unterschiedlich langen Halbkörpern
(n + 1) n2 . (Diese Variationsbreite führt allerdings nur dann zu gleich vielen
Behältern mit voneinander unterschiedlichen Volumina, wenn die Längen lx der Halbkörper
so gewählt sind, daß für die Herstellung eines Druckbehälters mit einem bestimmten
Volumen nur eine Kombinationsmöglichkeit aus zwei Halbkörpern besteht z. B.
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lx = lo ~ 2n 1.)2n-i.> Stellt man also z. B. drei unterschiedlich
lange topfförmige Halbkörper her, so lassen sich durch Ausschöpfung aller Kombinationsmöglichkeiten
daraus (3 + 1) ~ 3/2 = 6 Druckluftbehälter mit unterschiedlichen Volumen zusammenschweißen.
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Bevorzugt sollen die Halbkörper durch Fließpressen erzeugt werden.
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Dieses Verfahren bietet für den vorliegenden Anwendungsfall insofern
besondere Vorzüge, als es keinerlei Nacharbeit des fließgepreßten Halbkörpers erfordert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
soll mit Hilfe eines Dornes beim Fließpressen der Halbkörper in deren Boden jeweils
eine Anschlußbohrung erzeugt werden.
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Das Herstellen einer solchen Anschlußbohrung erfordert beim erfindungsgemäßen
Verfahren keinerlei Mehraufwand an Herstellungszeit, so daß sich bei der Ausformung
einer solchen Anschlußbohrung beim Fließpreßvorgang die Zeiteinsparung gegenüber
herkömmlichen Verfahren, bei denen diese Anschlußbohrungen einen eigenen Verfahrensschritt
erfordern, besonders groß ist.
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Es kann in weiterer Ausbildung der Erfindung sogar vorgesehen sein,
durch die Verwendung eines Gewindedornes beim Fließpressen der Halbkörper gleichzeitig
ein Gewinde in der Anschlußbohrung zu erzeugen, so daß selbst das Gewindeschneiden,
wie es bei herkömmlichen Herstellungsverfahren notwendig ist, noch eingespart werden
kann.
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Vorzugsweise soll der Rohling für die Herstellung eines Halbkörpers
eine gelochte Scheibe sein, die auf dem Dorn zentriert ist. Dadurch ergibt sich
gleichmäßige Materialverteilung beim Fließpreßvorgang und geringstmögliche Verformungsarbeit.
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Als Material für die Halbkörper soll eine Al-Mg-Si-Legierung insbesondere
AL Mg Si 1 verwendet werden, ein Werkstoff, der bei einer Streckgrenze von etwa
25 kg/qmm durch einen Kaltfließpreßvorgang noch ausreichend gut verformbar ist,
andererseits in verformtem
Zustand eine Festigkeit aufweist, die
mit der von Kesselblech der für bisherige Druckbehälter verwendeten Art etwa gleich
ist.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren
und ein nach diesem Verfahren hergestellter Druckbehälter näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Druckbehälter im Längsschnitt, Fig. 2 einen schematischen Aufbau zur Durchführung
des Verfahrens unmittelbar vor Beginn des eigentlichen Fließpressens, Fig. 3 einen
Aufbau entsprechend Fig. 2, jedoch nach Abschluß des Fließpreßvorganges und Fig.
4 zwei topfförmige Halbkörper, wie sie mit dem Aufbau gemäß Fig. 2 und Fig. 3 hergestellt
wurden und Halbzeuge für die Herstellung eines Druckbehälters sind.
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Der in Fig. 1 dargestellte Druckluftvorratsbehälter ist aus zwei zylindrischen
topfförmigen Halbkörpern 10 und 11 gebildet, die an ihrem Rand mittels einer Umfangsschweißnaht
12 zusammengefügt
sind. Die Halbkörper 10 und 11 sind einschließlich
ihrer Anschlußbohrungen 13 und 14 als komplette Bauteile durch Massivumformung hergestellt.
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In Fig. 2 ist schematisch die Herstellung eines Halbkörpers nach dem
Fließpreßverfahren aufgezeigt. Eine zylindrische Hohlform 1, deren Mittellängsachse
mit 2 bezeichnet ist, arbeitet mit einem Preßstempel 4 zusammen, der in dieser zylindrischen
Hohlform entlang der Mittellängsachse 2 axial verschieblich ist. Am Grund der zylindrischen
Hohlform 1 findet sich eine zentrale Paßbohrung 3, in die ein zentraler Führungsdorn
5 eingesetzt ist, der seinerseits die Funktion eines Kernes aufweist. Der Dorn 5
ist anschließend an den in die Zentralbohrung 3 hineinragenden Schaft 15 mit einem
Gewindeansatz 16 versehen, der als Kern für eine im fertigen Halbkörper an dieser
Stelle herzustellende Gewindebohrung dient.
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Zur-Einführung eines scheibenförmigen gelochten Rohlings 17 ist der
Preßstempel 4 aus der Hohlform 1 zu entfernen. Der Rohling 17, dessen Zentralbohrung
so bemessen ist, daß er auf den zentralen Dorn 5 aufgefädelt werden kann, kann dann
in die Hohlform eingelegt werden. Der Preßstempel 4, geführt in der Hohlform 1 und
selbst den Dorn 5 zentrierend, fährt ein und preßt den Rohling 17 zu dem gewünschten
topfförmigen- Halbkörper 10, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei ist die Kantenkontur
7 des Preßstempels 4 so bemessen und ausgebildet, daß der obere Rand des Werkstücks
nach dem Preßvorgang seine endgültige Kontur für die spätere Schweißverbindung zweier
topfförmiger Halbkörper aufweist Nach
Beendigung dieses Preßvorgangs,
d. h. bei Erreichen der Situation gemäß Fig. 3 fährt der Preßstempel 4 zurück und
der zentrale Dorn 5 zusammen mit dem auf ihm sitzenden topfförmigen Halbkörper wird
mittels eines nicht näher dargestellten Auswerfers in Pfeilrichtung 6 aus der zylindrischen
Hohlform 1 herausgedrückt. Der Dorn 5 wird mit seinem Gewindeabschnitt 16 aus dem
topfförmigen Halbkörper herausgedreht. Anstelle des Gewindeansatzes 16 am Dorn 5
kann auch ein glatter zylindrischer Ansatz vorgesehen sein, so daß dann der fertig
gepreßte topfförmige Halbkörper keine fertige Gewindebohrung sondern lediglich eine
Bohrung mit glatter Innenfläche aufweist, falls das gewünscht ist.
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Die axiale Gesamtlänge des topfförmigen Halbkörpers kann in einfacher
Weise dadurch variiert werden, daß der axiale Abstand von der Stirnfläche des Preßstempels
4 bis zum Absatz 7 verändert wird und die Scheibenstärke des Rohlings 17 entsprechend
verändert wird. Der Preßstempel 4 kann auch zweiteilig ausgeführt sein, in der Weise,
daß die Kantenkontur 7 durch eine auf einem zentralen zylindrischen Teil axialverschieblich
angeordnete Muffe gebildet wird, wodurch dann durch Verschieben dieser Muffe auf
dem zentralen Teil des Preßstempels 4 eine Änderung in der Axiallänge 1 des herzustellenden
topfförmigen Halbkörpers erfolgt.
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In Fig. 4 sind nebeneinander zwei topfförmige Halbkörper mit unterschiedlicher
axialer Länge dargestellt. Bei Herstellung zweier
solcher unterschiedlicher
Halbkörper ergibt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit, Druckbehälter
dreier unterschiedlicher Volumina zu erzeugen, indem nämlich zwei kurze zwei lange
oder ein kurzer und ein langer Halbkörper an ihren Rändern zusammengeschweißt werden
können.
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Die Herstellung weiterer Druckbehälter mit unterschiedlichen Längen
könnte auch in der Weise erzielt werden, daß zwischen die zwei topfförmigen Halbkörper
ein Rohr eingesetzt wird, wobei dann allerdings wieder der Nachteil zweier Umfangs
schweißnähte in Kauf genommen werden müßte.