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Title:
FLAT SEMI-FINISHED PRODUCT MADE OF METAL AND METHODS FOR PRODUCING SAME AS WELL AS COMPONENTS THEREFROM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/134664
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates, in a first aspect, to a flat semi-finished product made of metal (1), wherein said semi-finished product comprises at least one structured section (2) and at least one non-structured section, wherein said semi-finished product has non-structured edge sections (4) and exhibits a high strength. The semi-finished product made of metal (1) according to the invention is characterised in that it is designed as one piece and predetermined sections (2) are structured and predetermined sections are non-structured, wherein at least one non-structured section (4) is designed as a connecting region for positive or non-positive connection or for connecting by bonding. Furthermore, methods for producing the semi-finished products according to the invention are provided.

Inventors:
ZIELKE, Gerd (Südstraße 138, Altwarp, 17375, DE)
REGENT, Karl-Christian (Am Klinkerberg 15, Wolfenbüttel, 38304, DE)
Application Number:
EP2011/002143
Publication Date:
November 03, 2011
Filing Date:
April 28, 2011
Export Citation:
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Assignee:
DBW HOLDING GMBH (Rodetal 40, Bovenden, 37120, DE)
ZIELKE, Gerd (Südstraße 138, Altwarp, 17375, DE)
REGENT, Karl-Christian (Am Klinkerberg 15, Wolfenbüttel, 38304, DE)
International Classes:
B21H8/00; E04C3/07
Domestic Patent References:
WO1995005571A21995-02-23
Foreign References:
GB2302106A1997-01-08
EP1504827A12005-02-09
DE69000200T21993-03-11
GB2270535A1994-03-16
DE1036678B1958-08-14
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KRÖNCKE, Rolf (Gramm, Lins & Partner GbRFreundallee 13a, Hannover, 30173, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Flächiges Halbzeug aus Metall (1 ), wobei dieses Halbzeug mindestens einen strukturierten (2) und mindestens einen nicht-strukturierten Abschnitt (3) hat, wobei dieses Halbzeug Randabschnitte (4) aufweist und dieses Halbzeug durch die Strukturierung eine hohe Festigkeit aufzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierten Abschnitte (2) gegebenenfalls unterschiedlich geprägte Abschnitte sind und wobei mindestens ein nicht-strukturierter Abschnitt (3, 4) ausgebildet ist als Verbindungsbereich zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung.

2. Flächiges Halbzeug aus Metall nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus Zink, Messing, Kupfer, Aluminium, Stahl und Edelstahl alleine oder in Kombination besteht.

3. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses tafelförmig vorliegt oder als Rollenware konfektioniert ist.

4. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierten Abschnitte (2) Sicken Kalotten und/oder eine Grobkornprägung aufweisen, die gegebenenfalls in verschiedene Richtungen geprägt sein können, sowohl horizontal als auch vertikal.

5. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein nicht-strukturierter Abschnitt (3) eine Aussparung (5) aufweist.

6. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei strukturierte Abschnitte (2) vorliegen und diese mindestens zwei strukturierten Abschnitte unterschiedliche Strukturen o- der Prägungen (2.1 , 2.2) aufweisen.

7. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Randabschnitte (4) nicht-strukturiert sind.

8. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einstückig ist.

9. Flächiges Halbzeug aus Metall nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schutzblech, Wärmedämm- oder Isolierblech im Fahrzeugbereich ausgebildet ist

10. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs aus Metall (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend den einstufigen Schritt des Pressens oder Prägens von Metallblech mit vorbestimmten strukturierten und nichtstrukturierten Abschnitten mit entsprechenden Werkzeugen zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs aus Metall.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Halbzeug durch Rotationsprägung mit gegenläufigen Walzen hergestellt wird.

12. Bauteil aus einem flächigen Halbzeug aus Metall (1 ) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 9 oder herstellbar nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1.

13. Bauteil nach Anspruch 12, wobei dieses Bauteil als Schutzblech, Wärmedämm- oder Isolierblech im Fahrzeugbereich ausgebildet ist.

14. Schutz-, Wärmedämm- und/oder Isolierblech umfassend ein Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder ein Bauteil nach Anspruch 12 oder 13.

Description:
FLÄCHIGES HALBZEUG AUS METALL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG HIERFÜR SOWIE BAUTEILE HIERVON

Die vorliegende Anmeldung betrifft in einem ersten Aspekt ein flächiges Halbzeug aus Metall, wobei dieses Halbzeug mindestens einen strukturierten Abschnitt und mindestens einen nichtstrukturierten Abschnitt aufweist wobei dieses Halbzeug nicht- strukturierte Randabschnitte besitzt und eine hohe Festigkeit aufzeigt. Das erfindungsgemäße Halbzeug aus Metall zeichnet sich dadurch aus, dass es einstückig ausgebildet ist und daß es vorbestimmte Abschnitte strukturiert und vorbestimmte Abschnitte nichtstrukturiert sind, wobei mindestens ein nicht-strukturierter Abschnitt ausgebildet ist als Verbindungsbereich zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung.

Des Weiteren werden Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbzeuge bereitgestellt.

Stand der Technik

Flächige Halbzeuge aus Metall werden in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt. Solche Blechteile finden z.B. als wärme- oder schalldämmende Verkleidungen im Motorraum oder Unterbodenbereich von Kraftzeugen Anwendung. Aber auch als Schutzschilde gegen äußere Verschmutzungen oder Beschädigungen werden entsprechende Halbzeuge oder Formteile eingesetzt. Diese Halbzeuge oder Formteile werden üblicherweise aus Metallen, wie Stahl oder Edelstahl, aber auch aus Aluminium gefertigt. Dabei werden in einem ersten Schritt die Bleche verformt und geprägt. Mit Hilfe der Prägung erfolgt dabei eine Verfestigung der Bleche. Gleichzeitig wird durch Vergrößerung der Fläche ein verbesserter und dadurch optimierter Wärmefluss erzielt. Diese üblicher-

BESTÄTIGUNGSKOPIE weise als Platine oder Rollware hergestellten geprägten Halbzeuge werden dann in einem weiteren Bearbeitungsschritt, z.B. in einem Schneidprozess bearbeitet. Wenn erforderlich, werden entsprechende Aussparungen aus dem Blech gestanzt oder geschnitten, um eine Verbindung dieser Bleche mit anderen Bauteilen zu erreichen. Häufig wird auch ein Verschweißen der Blechbauteile mit anderen Bauteilen verlangt. Diese Bleche finden, wie ausgeführt, Anwendung in der Automobilindustrie, insbesondere als schallabsorbierende Isolationspakete oder Hitzeschilde für Fahrzeuge. Üblicherweise werden zur Herstellung solcher Bleche Flach- oder Blattmaterialien durch ein Prägewalzenpaar geführt, um die gewünschte Struktur des Bleches zu erreichen. Solche Strukturierungen/ Prägungen können noppen-, wellen- oder rautenförmig sein. Bei dem Einsatz als schallabsorbierende Isolationspakete oder Hitzeschilde, wie z.B. im Fahrzeug- oder Automobilbau, werden diese Bleche als Stapel oder als Komposite in Verbindung mit anderen Isolationsmaterialien, wie mineralischen Isolier- oder Dämmmaterialien oder solchen auf Stahlfaserbasis, verwendet. Diese Komposite erlauben eine gute Wärmeabführung bei gleichzeitig erfolgender Schallabsorbierung.

Allerdings zeigen die bisher bekannten Verfahren und die dadurch hergestellten Metallbleche Nachteile auf. So sind diese strukturierten Bleche bei der weiteren Bearbeitung nachteilig, da bei der Nachbearbeitung, wie z.B. bei Schneidprozessen, keine plane Fläche erhalten wird, die ein Verbinden, z.B. ein Verschweißen, erleichtert. Weiterhin können keine exakten Schnittlinien bei Schneidprozessen erhalten werden, um z.B. exakte Bördelkanten zu erhalten. Auch die Bereiche mit Aussparungen zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung mit einem weiteren Bauteil, z.B. durch Schrauben etc., sind durch die Strukturierung nicht optimal ausgebildet, da aufgrund der Strukturierung die Kanten der Aussparungen nicht plan sind und somit eine entsprechende stoff- oder kraftschlüssige Verbindung erschwert wird. Um dieses zu erreichen, sind umfangreiche Nacharbeiten notwendig, wie ein erneutes Plätten der bereits strukturierten Flächen. Alternativ wurden Bauteile aus Einzelelementen aufbauend entwickelt, die insbesondere auch verschiedene Materialien aufweisen, wie Kunststoffe und Metalle. Diese Einzelelemente für die verschiedenen Bereiche des Halbzeug bzw. des Bauteils werden dann in weiteren Arbeitsschritten miteinander verbunden, z.B. durch Verkleben oder mit entsprechend geeigneten Mitteln. Dadurch müssen aber weitere arbeitsintensive Schritte bei der Herstellung durchgeführt werden.

Es besteht daher ein Bedarf nach Halbzeugen oder Bauteilen aus Metall, die insbesondere im Fahrzeugbereich eingesezt werden können, die die oben genannten Nachteile überwinden und die mit einem einfachen Verfahren erhältlich sind.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von solchen Bauteilen aus Metallen, insbesondere geeignet als Schutzbleche, Wärmedämm- und/oder Isolierbleche im Fahrzeugbereich, wobei mit diesen Bauteilen eine verbesserte Verbindung mit weiteren Bauteilen möglich ist und diese Bauteile durch ein einfacheres Verfahren bereitgestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 , 8 und 10 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung flächige Halbzeuge aus Metall, wobei dieses Halbzeug mindestens einen strukturierten und mindestens einen nicht-strukturierten Abschnitt hat, wobei dieses Halbzeug nicht-strukturierte Randabschnitte aufweist und dieses Halbzeug durch die Strukturierung eine hohe Fe- stigkeit aufzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug mindestens einen vorbestimmten strukturierten Abschnitt und mindestens einen vorbestimmten nicht-strukturierten Abschnitt aufweist und die strukturierten Abschnitte gegebenenfalls unterschiedlich geprägte Abschnitte sind, wobei mindestens ein nicht-strukturierter Abschnitt ausgebildet ist als Verbindungsbereich zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung. Die Halbzeuge sind dabei bevorzugt aus einem einzelnen Metall hergestellt. Diese Halbzeuge finden insbesondere Verwendung als Schutzbleche, Wärmedämm— oder Isolierbleche für den Fahrzeugbereich. Des Weiteren richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen flächigen Halbzeugen aus Metall umfassend den Schritt des einstufigen Pressens oder Prägens von Metallblechen mit geeigneten Werkzeugen, wobei diese Werkzeuge derart ausgebildet sind, dass sie vorbestimmte strukturierte und nichtstrukturierte Abschnitte aufweisen und so in einem Schritt gleichzeitig struktierte und nicht-struktierte Abschnitte im Metallblech ausbilden können, zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs, das insbesondere ein einstückiges Halbzeug ist.

Aufgrund der nicht-strukturierten Abschnitte im Randbereich und im Bereich, ausgebildet als Verbindungsbereich zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung mit einem weiteren Bauteil, sind aufwendige Nacharbeiten an dem Halbzeug überflüssig. Die nichtstrukturierten Abschnitte sind dabei so vorbestimmt, dass diese mit den Randbereichen des Halbzeugs und den Verbindungsbereichen des Halbzeugs mit anderen Bauteilen oder mit einem weiteren oder dem gleichen nicht-strukturierten Bereich des Bauteils selbst übereinstimmen. Strukturierte Abschnitte finden sich bevorzugt in den Abschnitten des Halbzeugs, die zum Wärmefluss oder zur Isolierung oder Dämmung vorgesehen sind. Die Halbzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie exakte Schnittlinien aufweisen und in den Bereichen der Aussparungen plane, d.h. nicht-strukturierte Flächen aufzeigen und bevorzugt einstückig ausgebildet ist. Strukturierte Flächen sind insbesondere da ausgebildet, wo eine Verstärkung bzw. eine Wärmeflussoptimierung erforderlich sind.

Durch die gezielten nicht-strukturierten Bereiche, d.h. die vorbestimmten nicht-strukturierten Abschnitte in den flächigen Halbzeug, ist es möglich mit anderen Bauteilen oder nicht-strukturierten Bereichen desselben Bauteils, z.B. mittels Verschweißen, Verschrauben, Vernieten, Toxen oder andere Arten mechanischer Verbindungen passgenau mit anliegenden Flächen eine Verbindung auszubilden, d.h. diese Bereiche sind besonders geeignet zur stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung von Bauteilen.

Die strukturierten und nicht-strukturierten Abschnitte werden des weiteren so vorbestimmt angeordnet, dass angrenzende Bauteile entsprechend eng angeordnet werden können, ohne auf umliegende Strukturprägungen verzichten zu müssen bzw. ohne diese Bereiche bei vorstrukturierten Flächen mit einem weiteren Verarbeitungsschritt erneut zu glätten. Die erneute Glättung und damit eine weitere Strapazierung des Materials wird vermieden und damit einer Rissbildung vorgebeugt. Dieses führt speziell z.B. im Verschrau- bungsbereich zu verbesserter dauerhafter Stabilität.

Die vorbestimmten nicht-strukturierten Abschnitte können des weiteren den Schnittbereichen entsprechen, insbesondere bei Coil- und Platinenmaterial, um die fertigen Bauteile entsprechend aus der Rollenware bzw. den tafelförmigen Halbzeugen auszuschneiden.

Die erfindungsgemäßen flächigen Halbzeuge aus Metall können da- bei tafelförmig vorliegen oder als Rollenware konfektioniert sein. Insbesondere sind diese flächigen Halbzeuge einstückige Halbzeuge und nicht aus Einzelelementen z.B. durch Verkleben von Einzelelementen aus verschiedenen Materialien, ausgebildet.

Die Halbzeuge aus Metall sind dabei bevorzugt solche, die aus Zink, Messing, Kupfer, Aluminium, Stahl und Edelstahl alleine oder Kombinationen dieser bestehen.

Die strukturierten Abschnitte sind insbesondere solche, die Sicken-, Kalotten- und/oder eine Grobkornprägung aufweisen. Die Prägung kann noppen-, wellen- oder rautenförmig vorliegen. Die Prägungen können dabei unterschiedliche Richtungen aufzeigen, d.h. in vertikaler und horizontaler Ausprägungsrichtung. Die Strukturen können dabei gleich hoch oder verschieden hoch sein. Des Weiteren können die Strukturen nur auf einer Seite des Halbzeugs ausgebildet sein. Das heißt, die strukturierten Abschnitte können unterschiedliche Strukturen aufzeigen, je nach Anforderungen an diese Abschnitte, z.B. zur Optimierung des Wärmeflusses oder zur Verfestigung dieser Bereiche.

Bevorzugt weist mindestens ein nicht-strukturierter Bereich mindestens eine Aussparung auf, um ein form- oder kraftschlüssiges Verbinden zu erlauben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Randabschnitte nicht strukturiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des flächigen Halbzeugs aus Metall gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt des Pressens oder Prägens des bevorzugt einstückigen Metallblechs mit entsprechenden Werkzeugen, wobei diese Werkzeuge derart ausgebildet sind, dass in vorbestimmten Abschnitten strukturierte und nicht-strukturierte Abschnitte ausgebildet werden, um das Herstellen des erfindungsgemäßen flächigen Halbzeugs zu erlauben. In einem Umformschritt können somit gleichzeitig struk- tierte und nicht-struktierte Abschnitte im Metallblech ausgebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei mittels Druckwerkzeugen, bestehend aus einem Ober- oder Unterwerkzeug, durchgeführt werden. Alternativ kann es sich um ein Rotationsprägen zwischen gegenläufigen Walzen, die jeweils die Struktur der zu prägenden Matrixgeometrie beinhalten, durchgeführt werden. Eine weitere Alternative stellt ein rotationsprägendes Verfahren dar, wobei nur zwischen gegenläufigen Walzen, bei denen nur eine die Struktur der zu prägenden Matrixgeometrie darstellt und die andere eine Oberfläche aus einem Überzug enthält, der die Struktur aufnimmt, z.B. Gummi.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren alternativen Ausführungsform eines sein, bei dem durch Rotationsprägung das erfindungsgemäße Halbzeug hergestellt wird. Dabei wird nur eine Walze über eine Platine oder Coilphase hin bzw. auch hin und her gefahren.

Das Rotationsverfahren ist z.B. eines mit Walzen mit variabler Körnerintensität und variabler Körnerzahl. Dabei können z.B. mittels eines konischen Dorns bzw. pneumatischen Backen diese Körner herausdrückbar ausgebildet sein, um die Körner in der Höhe bzw. auch über die Fläche der Walze mit unterschiedlicher Anzahl auszubilden. Dadurch können verschiedene Strukturen in einem Umformschritt mit einem Werkzeug ausgebildet werden.

Die Erfindung richtet sich weiterhin auf mit den erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare, bevorzugt einzelstückige Halbzeuge. Weiterhin richtet sich die vorliegende Erfindung auf bevorzugt einzelstückige Bauteile aus einem erfindungsgemäßen flächigen Halbzeug aus Metall. Diese Bauteile sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie als Bauteile für Schutzbleche, Wärmedämm- oder Isolierbleche im Fahrzeugbereich geeignet sind.

Unter Bezugnahme auf die Abbildungen wird die Erfindung im Folgenden weiter erläutert.

Die Abbildung 1 zeigt einen Ausschnitt von formschlüssig verbundenen erfindungsgemäßen Halbzeugen aus Metall 1 , mit strukturierten Abschnitten 2 und nicht-strukturierten Randabschnitten 4. Die erfindungsgemäßen flächigen einstückigen Halbzeuge erlauben durch die im einstufigen Umform verfahren hergestellten nicht- strukurierten Bereiche der Randbereiche 4 ein formschlüssiges Verbinden dieser Halbzeuge. Die strukturierten Bereiche 2 erlauben optimierten Wärmefluss und Stabilität.

Die Abbildung 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des flächigen Halbzeugs 1 mit unterschiedlichen strukturierten Abschnitten (2.1 , 2.2) und nicht-strukturierten Abschnitten 3 und 4. Der nicht-strukturierte Abschnitt 3 weist eine Aussparung 5 auf. Mit Hilfe dieser Aussparung 5 in dem nicht-strukturierten Abschnitt 3 ist z.B. ein kraftschlüssiges Verbinden des erfindungsgemäßen Halbzeugs mit einem anderen Bauteil möglich. Der strukturierte Abschnitt 2 ist in zwei unterschiedliche Abschnitte 2.1 und 2.2 eingeteilt. Dabei unterscheiden sich die vorliegenden strukturierten Abschnitte durch unterschiedliche Höhen der Ausprägungen. Der nicht-strukturierte Abschnitt 3 ist als Vertiefung ausgebildet, um eine Verbindung mit einem anderen Bauteil durch ein entsprechendes Verbindungsmittel, wie über Schraubverbindungen, die durch die Aussparung 5 geführt werden, zu ermöglichen. Der Randabschnitt 4 ist ebenfalls als nichtstrukturierter Bereich ausgebildet, um ein Verbindungen mit einem anderen Bauteil zu erlauben. Über die nicht-strukturierten Bereiche ist eine mechanische Verbindung durch z.B. Nieten, Toxen, Ver- schrauben möglich aber auch durch Schweißen oder Kleben.

In der Abbildung 3 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen flächigen Bauteils 1 gezeigt, wobei diese strukturierten Abschnitte 2.1 , 2.2 und 2.3 mit unterschiedlichen Höhen und unterschiedlichen Richtungen aufzeigt. Das heißt, die Abschnitte zeigen zum einen Ausprägungen unterschiedlicher Höhe, Abschnitte 2.1 , 2.2 und 2.3. Des Weiteren unterscheiden sich die Ausprägungen des Abschnitts 2.1 von denen der Abschnitte 2.2 und 2.3 darin, dass die Mittelachse der Ausprägungen im Abschnitt 2.1 geneigt sind während die Mittelachse in den Abschnitten 2.2 und 2.3 lotrecht steht. Durch die Ausgestaltung der verschiedenen strukturierten Abschnitte ist ein optimierter Wärmefluss möglich. Die verschiedenen Strukturen erlauben des Weiteren die Ausbildung unterschiedlicher Stabilitäten. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die erfindungsgemäßen flächigen Halbzeuge in einem Umformschritt herstellen. Dadurch werden weitere Bearbeitungsschritte vermieden, insbesondere solche Schritte bei denen die strukturierten Abschnitte erneut geglättet werden müssen und damit einer weiteren Strapazierung des Materials erfolgt. Dadurch wird in den Verbindungs- und Befestigungsbereichen eine dauerhafte Verbesserung der Materialeigenschaften erzielt. Bezugszeichen:

1 : Flächiges Halbzeug

2, 2.1 , 2.2, 2.3: strukturierte Abschnitte 3: nicht-strukturierter Abschnitt 4: Randabschnitt

5: Aussparung