DE4312555A1

DE4312555A1 - Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Werkstücken und Werkstück nach diesem Verfahren

Info

Publication number: DE4312555A1
Application number: DE4312555A
Authority: DE
Inventors: Reiner Prof Dr Ing Kopp; Bernd Dipl Ing Hartmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-17
Filing date: 1993-04-17
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2013-04-18
Also published as: DE4312555C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Werkstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

In der Verarbeitungstechnik ist es ein wesentliches Ziel, das Gewicht von Werkstücken, z. B. Karosserieteile bei Kraftfahrzeu gen, Bau- und Konstruktionsteile, Verpackungswerkstoffe und dergl. zu verringern, ohne deren Festigkeit oder Steifigkeit zu beeinträchtigen. Beispiele hierfür bilden Plattenkonstruktio nen mit einem Steg, Wellpappe und Wellblech, Verbundtafeln und dergleichen mehr.

Bekannt ist es auch, zwei Bleche durch z. B. Rollbonding an bestimmten Stellen so miteinander zu verbinden, daß die nicht behandelten Stellen einen oder mehr miteinander verbundene Kanäle bilden, die durch Einblasen von Druckluft aufgewölbt werden. Hierzu ist in der Regel die Schaffung eines Luftzugan ges am Werkstück und eine Gegenform erforderlich, was zu einem beträchtlichen Maschinenaufwand führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus mehrlagig miteinander fest verbundenen dünnen, umformbaren Werkstücktafeln zu schaffen, das eine Gewichtseinsparung gegenüber gleichwertigen, aus homogenem Werkstoff gefertigten Werkstück bewirkt und billiger herstellbar ist, als das vorgenannte Aufpumpverfahren mit einer Einwirkung im Inneren des Verbundwerkstückes. Das erfindungsge mäße Verfahren soll weitestgehend ohne Verwendung von zusätzli chen Formwerkzeugen durchführbar sein und eine Massenfertigung gestatten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die konvexe Aufwölbung mindestens einer Seite des Werkstückes wird die erforderliche Steifigkeit erreicht, die es gestattet, wesentlich dünnere Werkstofftafeln zu verwenden als bei der Herstellung des Werkstückes aus einer einlagigen Werkstofftafel.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man ein Werkstück nach dem Oberbegriff des Anspruches 10 mit den kennzeichnenden Merkmalen dieses Anspruches.

Im Aussehen kann das Werkstück etwa demjenigen mit den aufgeblasenen Kanälen entsprechen. In vielen Fällen sind jedoch solche Kanalstrukturen nicht erwünscht, oder soll das Werkstück eine im wesentlichen gleichmäßig verteilte Struktur der Aufwölbungen aufweisen. In solchen Fällen ist das komplizierte re Aufblasverfahren auch nicht anwendbar.

Zum Aufwölben der Werkstofftafeln von außen her eignen sich verschiedene Maßnahmen.

Eine Behandlung mit einem mechanischen Strahlverfahren bewirkt durch eine Werkstoffverdrängung der behandelten Werkstofftafel einen einseitigen Verzug und damit eine Aufwölbung zwischen den Verbindungsstellen.

In ähnlicher Weise kann sich auch eine Behandlung mit Wärmeeinwirkung und/oder Vakuum, ggf. mit Saugformen auswirken.

Dabei kommt es auch wesentlich auf die Anordnung und Ausführung der Verbindungsstellen an, die z. B. punkt- oder linienförmig sein können.

Wenn eine Lage der Werkstofftafeln eine zur Tafel ebene senkrecht umgeformte Struktur hat und mit einer ebenen Tafel verbunden ist, ergibt sich ein entsprechend steifes Verbund werkstück. Bei vorgegebener Steifigkeit kann dabei bis etwa zur Hälfte des Werkstoffgewichtes gegenüber einem einlagigen Werkstück eingespart werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt es zu, daß das Werkstück nach der Verbindung der Werkstofftafeln und vor der Behandlung zur Erzeugung der Aufwölbungen in seine endgültige Gebrauchs form umgeformt, z. B. tiefgezogen wird. Dies gilt z. B. für Karosseriebleche.

Dabei können die Seite mit den Aufwölbungen die nicht sichtbare Rückseite und die glatte Seite die Sichtseite des Werkstückes bilden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, ein Werkstück aus Werkstofftafeln aus unterschiedlichen Werk stoffen zu bilden. Dabei kann es vorteilhaft sein, eine Werkstofftafel zu verwenden, deren Werkstoff bei einer thermi schen Einwirkung eine größere Volumenänderung erfährt als die andere Werkstofftafel. Dies kann für die Herstellung von Flüssigkeitsbehältern oder dergl. von Bedeutung sein oder von Werkstücken, bei denen eine Geräusch- oder Wärmedämmung erforderlich ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a ein zweilagiges Werkstück vor dem Aufwölben,

Fig. 1b das Werkstück der Fig. 1a nach dem Aufwölben,

Fig. 2 ein Fließbild zur Fertigung eines Werkstückes nach Fig. 1b und

Fig. 3 ein mehrlagiges Werkstück.

Fig. 1a zeigt zwei aufeinanderliegende Werkstofftafeln 1 und 2, die an mehreren definierten Stellen 3 fest miteinander verbunden sind. Diese Verbindungen können punkt- oder linien förmige Schweiß- oder Klebestellen oder durch Rollbonding erzeugte bandförmige Verbindungsstellen sein.

Dieses zweilagige Werkstück wird im Ausführungsbeispiel auf seiner Oberseite von außen mittels eines Behandlungsverfahrens zur Erzeugung von Aufwölbungen zwischen den Verbindungsstellen 3 beaufschlagt, was mit Pfeilen 4 bezeichnet ist.

Fig. 1b zeigt das Werkstück der Fig. 1a nach seiner Behandlung. Wie zu erkennen ist, haben sich die zwischen den Verbindungs stellen 3 befindlichen Teile der oberen Werkstofftafel 1 konvex nach oben gewölbt und bilden entsprechende beulenförmige Aufwölbungen 5, die zwischen den beiden Werkstofftafeln Luft einschließen.

Diese Aufwölbungen 5 können je nach der Art und Weise, wie die Verbindungsstellen 3 angeordnet und ausgeführt sind, eine unterschiedliche Gestalt, Flächenausdehnung und Ausrichtung haben. So können bei einer Punktrasteranordnung der Verbin dungsstellen 3 kreisförmige oder elliptische Aufwölbungen 5 gebildet werden, ggf. solche, deren Längsachse im Winkel zu den Reihen der Verbindungsstellen 3 steht.

Bei parallelen, linienförmigen Verbindungsstellen 3 können kanalförmige Aufwölbungen 5 gebildet werden, die, wenn sie aufgeschnitten sind, an Zuleitungen für flüssige oder gasförmi ge Medien anschließbar sind.

Ein wesentliches Merkmal ist bei allen diesen Erscheinungsfor men, daß das aus zwei Werkstofftafeln gebildete und erfindungs gemäß behandelte Werkstück eine beträchtliche Steifigkeit aufweist. Gleichzeitig ergibt sich gegenüber einem gleich steifen einlagigen Werkstück eine Gewichtsersparnis von etwa 40%.

Eine weitere Vergrößerung der Steifigkeit ergibt sich, wenn auch die untere Werkstofftafel 2 so wie die obere Werkstoffta fel 1 von außen behandelt wird.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf an einem Fließbild. Von Coils 6, 7 werden je ein Werkstoffband 8, 9 aus dünnem, umformbarem Werkstoff, z. B. Metall oder Kunststoff abgezogen und an der Station 10 miteinander fest verbunden. Diese Verbindung kann durch Verschweißen, ggf. mit Laserstrah len, Verkleben oder Rollbonding erfolgen, wobei die Verbin dungswerkzeuge so ausgebildet und/oder geführt sind, daß die Verbindungsstellen nach einem bestimmten Muster bzw. Raster auf den Werkstoffbändern 8, 9 verteilt werden.

Das auf diese Weise hergestellte Twin- oder Mehrlagenband wird als Halbzeug zu einem Coil 11 aufgewickelt und kann an einem anderen Ort weiterbehandelt werden.

Dieses Coil 11 wird in einer weiteren Bearbeitungsstufe abgewickelt und in Tafeln 12 abgeteilt, die dann in einer Umformstation, z. B. Tiefziehpresse in die endgültige Form des Werkstückes 13 gebracht werden. Anschließend wird mindestens eine der beiden Seiten des Werkstückes 13 von außen so beaufschlagt 4, daß sich die oben erwähnten Auswölbungen 5 ausbilden. Dies erfolgt beispielsweise durch ein mechanisches Strahlverfahren (Sand- oder Kugelstrahlverfahren). Dabei wird der Werkstoff so verdrängt, daß sich eine Materialdehnung ergibt, die zu einer konvexen Aufwölbung führt.

Es ist auch möglich, je nach Art des verwendeten Werkstoffes eine thermische Beaufschlagung, ggf. auch in Verbindung mit einer Vakuumeinwirkung durchzuführen.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens ist es auch möglich, entsprechend Fig. 3 ein Werkstück aus mehr als zwei Werkstoffta feln 1, 2, 14, 15 herzustellen, wobei diese auch aus unterschied lichen Werkstoffen bestehen können. Auch hierbei können die Aufwölbungen 5 an einer oder bei den Seiten vorgesehen sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus mehrlagig an einzelnen, vorgegebenen Stellen fest miteinander verbunde nen, dünnen, umformbaren Werkstofftafeln aus Metall oder Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (5) zwischen den Verbindungsstellen (3) der Werkstofftafeln (1, 2, 15) mindestens von einer der beiden Außenseiten her durch ein werkstoffspezifisch geeignetes Verfahren (4) aufgewölbt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufwölben der Werkstofftafel(n) (1, 2, 15) ein mechanisches Strahlverfahren verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufwölben der Werkstofftafel(n) (1, 2, 15) eine thermische Behandlung, z. B. mit Laserstrahlen zur Anwendung kommt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufwölben einer Werkstofftafel (1, 2, 15) eine Beaufschlagung mit Vakuum, ggf. in Verbindung mit Tiefziehformen und/oder thermischer Behandlung zur Anwendung kommt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstofftafeln (1, 2, 14, 15) unter schiedlicher Werkstoffart miteinander verbunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Werkstofftafeln (1, 2; 14, 15) aus einem Werkstoff besteht, der durch eine thermische Einwirkung eine gegen über der anderen Werkstofftafel stärkere Volumenänderung erfährt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (3) der für die Aufwölbung (5) bestimmten Werkstofftafeln (1, 2, 15) so ausgebildet und/oder angeordnet werden, daß die späteren Aufwölbungen (5) definierte Kanäle bilden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander fest verbundenen Werkstofftafeln (1, 2, 14, 15) nach erfolgter Verbindung und vor der Ausbildung der Aufwölbungen (5) in ihre endgültige Gebrauchsform, z. B. mittels Tiefziehen oder dgl. Umformung gebracht werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Seite des mehrlagigen Werk stückes, vorzugsweise die Rückseite, mit dem von außen zwecks Aufwölbung einwirkenden Verfahren (4) behandelt wird.

10. Werkstück, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus mindestens zwei an vorbestimmten Stellen fest miteinander verbundenen, dünnen, umformbaren Werkstofftafeln aus Metall und/oder Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer Seite des mehrlagigen Werkstückes der Bereich (5) zwischen den Verbindungsstellen (3) mit der benachbarten Werkstofftafel durch eine ausschließlich von außen wirkende Umformung (4) konvex aufgewölbt ist.

11. Werkstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (3) für die Werkstofftafeln (1, 2, 14, 15) so angeordnet sind, daß die Aufwölbungen (5) eine bestimmte Form oder Ausrichtung aufweisen.

12. Werkstück nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (3) punktförmig ausgebildet sind.

13. Werkstück nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen (3) linienförmig ausgebildet sind.