Leichtbau-Rohrmantelkörper

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbau- Rohrmantelkörpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin einen mit diesem Verfahren hergestellten Leichtbau-Rohrmantelkörper.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketenrumpfabschnitts sowie einen mit diesem Verfahren hergestellten Satelliten-, Raumfahrzeug- oder Raketenrumpfabschnitt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Leichtbau-Rohrmantelkörper, die einer hohen Druckdifferenz zwischen radial innerhalb und radial außerhalb des Rohrmantels standhalten müssen, wie sie beispielsweise im Flug durch aerodynamische Kräfte auftritt, sind allgemein bekannt. Üblicherweise werden derartige Rohrmantelkörper aus Leichtmetallmantelsegmenten gefertigt, die zu einem zylindrischen Rohrmantel verschweißt werden, insbesondere bei sich über die Axialerstreckung änderndem Durchmesser.

Eine besondere Herausforderung stellen Leichtbau-Rohrmantelkörper dar, wie sie beispielsweise als Rumpfsektionen im Raketenbau oder als Hüllkörpersektion eines Raumfahrzeugs verwendet werden. Bei diesen Leichtbau-Rohrmantelkörpern ist das Gewicht auf ein Minimum zu reduzieren, so dass es hier üblich geworden ist, eine Wandung mit einer sehr dünnen Wand und einer mit dieser sehr dünnen Wand verbundenen Stützstruktur auf der Innenseite oder der Außenseite der Wand auszugestalten. Dazu wird aus einem dicken Wandmaterial in spanabhebender Fertigung, beispielsweise durch Fräsen, so viel Material an der Oberfläche abgetragen, dass eine dünne Wandhaut mit sich daran auf der Innenseite oder der Außenseite anschließenden Versteifungselementen, wie zum Beispiel Längsrippen und Spanten, ausgebildet wird. Es liegt auf der Hand, dass ein derartiges

Herstellungsverfahren zeit- und kostenaufwendig ist. Dort wo Schweißnähte vorgesehen sind, muss bei der spanabhebenden Bearbeitung eine dickere

Wandstärke erhalten bleiben, um das Schweißen zu ermöglichen, und die geringe Materialfestigkeit in der Schweißnaht zu kompensieren. Diese lokal dickere

Wandstärke erhöht wiederum die Masse und damit das Gewicht des Leichtbau- Rohrmantelkörpers.

Das Verschweißen der einzelnen Komponenten erfolgt üblicherweise durch Wolfram- Inertgasschweißen oder durch Rührreibschweißen, wozu spezielle Schweißanlagen erforderlich sind, die an die Geometrie und den Durchmesser der zu schweißenden Rohrmantelkörper angepasst sein müssen und die zu hohen Kosten als

Sondermaschinenbau hergestellt werden müssen.

Bei der herkömmlichen Vorgehensweise zur Herstellung von Leichtbau- Rohrmantelkörpern, insbesondere für die Raumfahrttechnik, ist somit nachteilig, dass die Herstellung der einzelnen rohrförmigen Körper durch Fräsen aus dem Vollen sowie gegebenenfalls das Verschweißen der Teile miteinander sehr zeit- und kostenaufwändig ist. Zudem müssen die einzelnen Körper im Bereich der

Schweißnaht eine dickere Wandstärke aufweisen, als dies ohne Schweißnaht erforderlich wäre. Für diesen Fertigungsprozess bedarf es sehr großer Maschinen, die individuell für einen einzelnen Rohrmantelkörpertyp angefertigt werden müssen. Daher sind die Kosten zur Herstellung derartiger Rohrmantelkörper extrem hoch und aufgrund des langen Vorlaufs für die zunächst zu erfolgende Konstruktion und Fertigung der speziellen Schweißanlagen ist ein sehr langer Zeitvorlauf erforderlich, bevor eine auf dem Reißbrett entwickelte Konstruktion in einen ersten Prototyp umgesetzt werden kann. STAND DER TECHNIK

Thermische Spritzverfahren, wie beispielsweise das Kaltgasspritzen, werden üblicherweise zur Beschichtung von Oberflächen verwendet. Ein

Kaltgasspritzverfahren zur Beschichtung von Oberflächen, bei welchem das Gas zunächst komprimiert und erwärmt und anschließend durch Entspannen in einer Düse beschleunigt wird, wobei in den Gasstrahl eingeleitete Partikel auf ein vorher aufgeheiztes Substrat geschossen werden, ist aus der DE 10 2006 044 612 A1 bekannt.

Aus der WO 2009/109016 A1 ist es weiterhin bekannt, das Verfahren des

Kaltgasspritzens zur Herstellung von nahtlosen Rohren zu verwenden, wobei die später das Rohr bildenden Materialpartikel auf ein Trägerelement aufgespritzt werden, um das Rohr zu erzeugen. Anschließend wir das Trägerelement aus dem Rohr entfernt. Der dickwandige rohrförmige Körper kann auf seiner radial inneren oder äußeren Seite mit achsparallel verlaufenden Rippen versehen sein, die im Fall des Einsatzes der Rohre in Wärmetauschern die Oberfläche vergrößern sollen. Dazu wird ein mit entsprechenden Nuten versehener Kern beziehungsweise ein mit entsprechenden Nuten versehener Formkörper bereitgestellt, wobei das Material mittels Kaltgasspritzens auf die mit den Nuten versehene Oberfläche des Kerns beziehungsweise des Formkörpers aufgetragen wird.

Aus der DE 10 2010 060 362 A1 ist es bekannt, beim Herstellen eines Rohres mittels eines thermischen Spritzverfahrens die Neigung der Spritzdüse, also den

Spritzwinkel, relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche zu verstellen und dadurch die Haftzugfestigkeit der erzeugten Materialschicht auf deren Untergrund zu verändern. Der Spritzwinkel wird dabei so gewählt, dass eine Haftung entsteht, die ausreicht, damit der Beschichtungswerkstoff an dem Trägerelement haftet, und die gleichzeitig so gering ist, dass das Rohr nach Fertigstellung ohne die Anwendung kostenintensiver Verfahrensschritte leichter vom Trägerelement gelöst werden kann. Die WO 2011/047648 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbaustrukturen auf dünnwandigen Bauteilen mittels thermischen Spritzens.

Dazu wird zunächst ein vorgefertigtes dünnwandiges Bauteil, zum Beispiel ein Rohr, bereitgestellt. Auf dessen Oberfläche werden dann schichtartige Strukturen mittels thermischer Spritzverfahren, zum Beispiel Kaltgasspritzens, lokal verteilt aufgebracht. Von einem großflächigen Aufbringen von Material mittels Kaltgasspritzens auf ein dünnwandiges Bauteil wird abgeraten, da dies zu einer unzulässigen Veränderung der Materialeigenschaften der dünnwandigen Materialquerschnitte führen könne.

Die WO 2011/017752 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Bildung von nahtlosen Rohren mittels thermischen Spritzens auf einen Kern, wobei eine stufige Überlappungsverbindung mit einem teilweise auf dem Kern befindlichen ersten Rohr hergestellt wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Leichtbau-Rohrmantel körper schneller und kostengünstiger herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Leichtbau-Rohrmantelkörpers aus einem Metallmaterial mit zumindest einem Rohrmantelabschnitt, wobei der zumindest eine Rohrmantelabschnitt durch additive Fertigung mittels eines thermischen

Spritzverfahrens, insbesondere mittels eines Kaltgasspritzverfahrens, als integrales Bauteil nahtlos hergestellt wird, ist vorgesehen, dass die Herstellung des zumindest einen Rohrmantelabschnitts mit den folgenden Schritten erfolgt:

a) Bereitstellen einer ersten Schalungsform,

b) Aufträgen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels zumindest einer Spritzdüse auf die Innenfläche oder die Außenfläche der ersten

Schalungsform zur Bildung einer rohrförmigen Mantelhaut, c) lokales Aufträgen des Metallmaterials durch den Spritzstrahl mittels der zumindest einen Spritzdüse auf die Innenfläche beziehungsweise die

Außenfläche der noch in der ersten Schalungsform aufgenommenen rohrförmigen Mantelhaut zur Erzeugung einer mit der Mantelhaut integral ausgebildeten, Rippen aufweisenden Versteifungsstruktur,

d) Entnehmen des Rohrmantelabschnitts aus der ersten Schalungsform.

Das Aufträgen des Metallmaterials durch den Spritzstrahl mittels der zumindest einen Spritzdüse auf die Formoberfläche der Schalungsform kann bei allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem einzigen Arbeitsgang oder vorzugsweise in mehreren konsekutiven Arbeitsgängen bevorzugt schichtweise erfolgen. Die Dicke der jeweils aufgesprühten Metallmaterialschicht ist dabei abhängig von der

Bewegungsgeschwindigkeit der Spritzvorrichtung.

VORTEILE

Durch die erfindungsgemäße additive Fertigung kann der zumindest eine

Rohrmantelabschnitt in einem Stück als integrales Bauteil hergestellt werden. Es werden keine bauteilspezifischen, im Sondermaschinenbau herzustellenden

Fertigungsmaschinen, wie beispielsweise spezielle Schweißanlagen, mehr benötigt, so dass die für das Verfahren der Erfindung benötigten Fertigungsmaschinen von der Geometrie und dem Durchmesser des zu fertigenden Rohrmantelkörpers

unabhängig sind. Die herkömmlicherweise für den Sondermaschinenbau

erforderlichen Kosten und der Zeitvorlauf für die Herstellung dieser

Sondermaschinen fallen beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr an. Sowohl die Herstellungskosten als auch die für die Herstellung benötigte Zeit sind somit beim Verfahren der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert.

Gegenüber der an sich bereits bekannten additiven Herstellung von Rohren wird erfindungsgemäß in einem ersten additiven Herstellungsschritt nur eine als

Mantelhaut bezeichnete sehr dünne Wand erzeugt, auf die dann in einem zweiten Fertigungsschritt eine Rippen aufweisende Versteifungsstruktur lokal additiv aufgetragen wird, so dass sich ein integrales Rohrmantelgebilde aus Mantelhaut und Versteifungsstruktur ergibt, wobei zwischen der Mantelhaut und der

Versteifungsstruktur eine feste und innige gegenseitige Materialanbindung besteht und so ein einheitliches, integrales Werkstück ohne Trennfuge und damit ohne Schwachstelle gebildet wird. Der Rohrmantelabschnitt kann grundsätzlich durch Aufträgen des Metallmaterials auf die Innenfläche oder die Außenfläche entlang des Umfangs einer Schalungsform hergestellt werden, wobei die Versteifungsstruktur auf der Innenseite beziehungsweise der Außenseite der zunächst entstehenden

Mantelhaut aufgebaut wird. Eine solche Versteifungsstruktur wird durch integral mit der Mantelhaut ausgebildete Rippen geschaffen.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des

erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14.

Vorzugsweise wird nach dem Schritt c) noch zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt:

d ) Planen der radial inneren Flächen der Versteifungsstruktur mittels

mechanischer Bearbeitung

und/oder

c2) Planen der seitlichen Flächen der Versteifungsstruktur mittels mechanischer Bearbeitung.

Durch zumindest einen dieser mechanischen Bearbeitungsschritte wird unnötiges Material von den Rippen abgetragen und die Masse des Rohrmantelabschnitts wird verringert und dadurch optimiert. Die Durchführung dieser mechanischen

Bearbeitungsschritte des Rohrmantelabschnitts noch in oder an der Schalungsform ist deswegen vorteilhaft, weil die bei der mechanischen Bearbeitung auf den

Rohrmantelabschnitt einwirkenden Kräfte großflächig über die Schalungsform abgestützt werden, so dass der Rohrmantelabschnitt keiner Verformung durch die mechanische Bearbeitung unterliegt. Vorzugsweise wird die Versteifungsstruktur in Form eines Orthogrids, also in Form eines Gitters mit im rechten Winkel zueinander verlaufenden Längsrippen und Spanten ausgebildet, aber auch Gitterstrukturen mit anderen Winkeln, zum Beispiel rautenförmige Versteifungsstrukturen, sind von der Erfindung umfasst.

Vorzugsweise weist die als Orthogrid gestaltete Versteifungsstruktur parallel zur Längsachse des Rohrmantelabschnitts verlaufende und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Längsrippen sowie in Umfangsrichtung verlaufende und in Axialrichtung voneinander beabstandete Spanten auf.

Von Vorteil ist auch eine alternative Ausführungsform, bei der die

Versteifungsstruktur in Form eines Isogrids ausgebildet wird.

Vorzugsweise wird der zumindest eine Rohrmantelabschnitt zylindrisch ausgebildet.

Alternativ kann der zumindest eine Rohrmantelabschnitt aber vorteilhafterweise auch konisch als Kegel oder Kegelstumpf oder mit einem Freiformverlauf zwischen einer ersten stirnseitigen Umfangskurve und einer zweiten stirnseitigen Umfangskurve ausgebildet werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Rohrmantelabschnitt mittels der additiven Fertigung an zumindest einer seiner Stirnseiten mit einem Flanschabschnitt oder einem Verbindungsbereich mit dickerer Wandstärke ausgebildet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Rohrmantelabschnitt an dieser Stirnseite später mit einem anderen Bauteil, zum Beispiel einem weiteren Rohrmantelabschnitt, verbunden werden soll.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn vor dem Schritt d) noch der folgende Schritt durchgeführt wird:

c3) Bearbeiten des stirnseitigen Umfangsrands des Verbindungsbereichs mit

dickerer Wandstärke derart, dass sich die Wandstärke im Verbindungsbereich zum stirnseitigen Umfangsrand hin verjüngt, wodurch ein im Querschnitt (durch den Verbindungsabschnitt) schräg verlaufener und sich zum freien Umfangsrand verjüngender Wandabschnitt als Fase ausgebildet wird.

In einer vorteilhaften vereinfachten Ausführungsform wird der Leichtbau- Rohrmantelkörper nur aus einem Rohrmantelabschnitt () gebildet.

In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform wird der Leichtbau- Rohrmantelkörper aus einem ersten Rohrmantelabschnitt und zumindest einem weiteren Rohrmantelabschnitt gebildet.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der erste Rohrmantelabschnitt an zumindest einem stirnseitigen Umfangsrand mit dem im Querschnitt schräg verlaufenen

Wandabschnitt ausgebildet worden ist und wenn der sich an den ersten

Rohrmantelabschnitt anschließende weitere Rohrmantelabschnitt gebildet wird durch a') Bereitstellen einer sich an den Verbindungsbereich () des ersten

Rohrmantelabschnitts anschließenden weiteren Schalungsform,

b') Aufträgen des Metallmaterials durch einen Spritzstrahl mittels zumindest einer Spritzdüse nach dem thermischen Spritzverfahren auf den schräg

verlaufenden Wandabschnitt des ersten Rohrmantelabschnitts und auf die Formoberfläche der weiteren Schalungsform zur Bildung einer sich nahtlos an den ersten Rohrmantelabschnitt anschließenden und mit diesem integral ausgebildeten weiteren rohrförmigen Mantelhaut analog Schritt b),

c') lokales Aufträgen des Metallmaterials durch den Spritzstrahl mittels der

zumindest einen Spritzdüse auf die Innenfläche beziehungsweise die

Außenfläche der weiteren rohrförmigen Mantelhaut zur Erzeugung einer mit der Mantelhaut integral ausgebildeten, Rippen aufweisenden

Versteifungsstruktur analog Schritt c) und

d') Entnehmen des aus den Rohrmantelabschnitten integral ausgebildeten

Rohrmantelkörpers aus der weiteren Schalungsform.

Das (bevorzugt schichtweise) Aufträgen des Metallmaterials mittels der Spritzdüse(n) auch auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt des Ringkörpers schafft eine integrale Verbindung des ersten Rohrmantelabschnitts mit dem weiteren Rohrmantelabschnitt, so dass ein einheitlicher Rohrmantelkörper ohne Trennfuge und damit ohne Schwachstelle gebildet wird.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß der charakteristische Eigenschaften des Spritzstrahls der zumindest einen Spritzdüse geändert werden, wenn dieser vom schräg verlaufenden Wandabschnitt weiter wandert und auf die Formoberfläche auftrifft, auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden ist, und gemäß der die charakteristischen Eigenschaften des Spritzstrahls wieder zurückgeändert werden, wenn dieser von der Formoberfläche, auf der noch kein Material mittels des thermischen Spritzverfahrens aufgetragen worden war, weiter wandert und wieder auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt auftrifft. Durch diese Änderung von charakteristischen Eigenschaften des Spritzstrahls, beispielsweise der

Auftreffgeschwindigkeit der Metallmaterial-Partikel und/oder des Auftreffwinkels auf den Untergrund, wird erreicht, dass im Bereich des jeweiligen schräg verlaufenden Wandabschnitts eine feste und innige Materialanbindung an den hier vom Material des schräg verlaufenden Wandabschnitts gebildeten Untergrund erfolgt, während dort, wo der Spritzstrahl auf die Formoberfläche auftrifft, von der der

Rohrmantelkörper später wieder gelöst werden muss, keine feste und innige

Materialanbindung an den hier vom Material der Formoberfläche oder eines darauf befindlichen Trennmittels gebildeten Untergrund erfolgt, um den fertigen

Rohrmantelkörper leichter aus der Schalungsform entnehmen zu können.

Von Vorteil ist es zudem, wenn nach dem Schritt d) beziehungsweise d') eine

Oberflächenbearbeitung des Rohrmantelkörpers durchgeführt wird. Eine solche Oberflächenbehandlung kann beispielsweise der Oberflächenverdichtung oder der Oberflächenhärtung (z.B. durch Kugelstrahlen) dienen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn nach dem Schritt d) beziehungsweise d') eine

thermische Behandlung des Rohrmantel körpers durchgeführt wird. Durch eine solche thermische Behandlung können in dem mittels der erfindungsgemäßen additiven Fertigung erzeugten Werkstück Gefügeänderungen des Metallmaterials vorgenommen werden, die beispielsweise die Zähigkeit des Materials verändern und das Werkstück elastischer machen.

Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf einen Leichtbau-Rohrmantelkörper hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Auch wenn vorstehend als Beispiele Anwendungen in der Raumfahrt für einen erfindungsgemäßen Leichtbau-Rohrmantelkörper genannt wurden, so ist die

Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein erfindungsgemäßer Leichtbau- Rohrmantelkörper kann für viele andere Zwecke eingesetzt werden, bei denen das Gewicht des Rohrmantels niedrig gehalten werden muss, aber der Rohrmantel radial druckfest sein muss.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen

Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

Fig. 1 das Aufträgen des Metallmaterials auf die Innenseite einer ersten

Schalungsform zur Bildung einer Mantelhaut (Schritt b),

Fig. 2 das Aufträgen des Metallmaterials auf die Innenseite der Mantelhaut zur Ausbildung eines zylindrischen Rohrkörpers mit einer Versteifungsstruktur aus Spanten und Längsrippen auf der Innenseite der zylindrischen Behälterhaut (Schritt c),

Fig. 2A eine vergrößerte Ausschnitt-Darstellung des oberen Randes des

zylindrischen Rohrkörpers aus Fig. 2, Fig. 2B den Schritt gemäß Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 den Schritt des mechanischen Bearbeitens der Spanten und

Längsrippen (Schritt c1 ),

Fig. 3A den Verfahrensschritt aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 den Verfahrensschritt der mechanischen Bearbeitung der zwischen den

Längsrippen und Spanten gebildeten Taschen (Schritt c2),

Fig. 4A den Verfahrensschritt der Fig. 4 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 5 das Entnehmen des fertigen Rohrmantelabschnitts aus der ersten

Schalungsform (Schritt d),

Fig. 6 einen ersten Rohrmantelabschnitt, dessen Verbindungsbereich in eine zweite Schalungsform eingelegt ist, um einen zweiten, konischen Rohrmantelabschnitt daran anzuformen,

Fig. 6A eine vergrößerte Ausschnitt-Darstellung der Einzelheit VI aus Fig. 6;

Fig. 7 die Schalungsformanordnung aus Fig. 6 zur Bildung einer

Verstärkungsstruktur und

Fig. 7A eine vergrößerte Ausschnitt-Darstellung der Einzelheit VII aus Fig. 7;

Fig. 8 eine alternative Versteifungsstruktur in Form eines Isogrids.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Die Fig. 1 bis 5 zeigen die erfindungsgemäße Herstellung einer ersten Ausführungsform eines Leichtbau-Rohrmantelkörpers 1 , der in diesem Beispiel aus einem zylindrischen Rohrmantelabschnitt 4 besteht, aus einem Metallmaterial durch additive Fertigung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere mittels eines Kaltgasspritzverfahrens.

In Fig. 1 ist eine erste, zylindrische Schalungsform 2 gezeigt, die auf einer um eine Drehachse D drehbaren Arbeitsplattform P liegt, wobei die Zylinderachse Z koaxial mir der Drehachse D ist. Die erste, zylindrische Schalungsform 2 besteht aus mehreren Zylindersegmenten 20, 20', 20". Diese Segmente erleichtern später das Ablösen der Schalungsform 2 von einem erzeugten Werkstück. Auf die Innenfläche 22 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 ist bereits eine Trennschicht 21 aufgebracht worden, die beispielsweise aus einem Trennmittel besteht, das ein späteres leichtes Ablösen der Schalungsform 2 von einem erzeugten Werkstück ermöglicht.

Eine thermische Spritzvorrichtung 3 ist im Inneren vor der Innenfläche der ersten zylindrischen Schalungsform 2 positioniert ist und arbeitet gemäß Schritt b). Diese Spritzvorrichtung 3 kann beispielsweise an einem Roboterarm angebracht sein.

Aus einer Spritzdüse 30 der thermischen Spritzvorrichtung 3 tritt ein Spritzstrahl 32 aus, der auf die Innenfläche 22 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 gerichtet ist. Der Spritzstrahl 32 besteht aus einem Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl, dem in der Spritzvorrichtung 3 Partikel eines Metallmaterials zugeführt werden. Der

Gasstrahl mit den darin enthaltenen Metallpartikeln wird in bekannter Weise mittels einer Laval-Düse auf vorzugsweise Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, so dass die Metallpartikel mit einer sehr hohen kinetischen Energie auf die Innenfläche 22 beziehungsweise auf die dort vorgesehene Trennschicht 21 auftreffen. Durch Bewegung der die Spritzdüse 30 aufweisenden Spritzvorrichtung 3 in Richtung parallel zur Zylinderachse Z der ersten Schalungsform 2 und gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung und durch gleichzeitige Rotation der Bearbeitungsplattform P um die mit der Zylinderachse Z koaxiale Drehachse D wird, vorzugsweise schichtweise, ein im Wesentlichen homogener Materialauftrag des Metallmaterials auf der

Innenfläche 22 der ersten, zylindrischen Schalungsform 2 erhalten, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Durch dieses (bevorzugt schichtweise) Aufträgen des Metallmaterials auf die

Innenfläche 20 der ersten Schalungsform 2, vorzugsweise in zwei oder mehr

Schichten übereinander, wird auf der Innenfläche 22 eine dünne rohrförmige (im gezeigten Beispiel zylindrische) Mantelhaut 40 eines in der ersten Schalungsform entstehenden dünnwandigen zylindrischen Rohrmantelabschnitts 4 erzeugt (Schritt b). Diese Mantelhaut 40 ist im Verhältnis zum Innenradius R der ersten (im gezeigten Beispiel zylindrischen) Schalungsform 2 äußerst dünn. Die Wandstärke der

Mantelhaut 40 beträgt bei einem Radius R von beispielsweise 2,5 m nur etwa 1 ,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 2 mm.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie mittels der Spritzvorrichtung 3 auf die Innenseite der im Schritt b) gebildeten rohrförmige Mantelhaut 40 in einem nächsten Schritt c) durch lokales Aufträgen des Metallmaterials mittels des Spritzstrahls 32 parallel zur

Zylinderachse Z verlaufende und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Längsrippen 42 sowie in Umfangsrichtung verlaufende und in Axialrichtung

voneinander beabstandete Spanten 44 aufgetragen werden. Auch dabei bewegt sich die Spritzvorrichtung 3 in Axialrichtung und gegebenenfalls auch in Umfangsrichtung und zumindest beim Aufträgen der Spanten 44 rotiert die Bearbeitungsplattform P mit der darauf gespannten, ersten Schalungsform 2. Die Längsrippen 42 und die

Spanten 44 bilden gemeinsam eine mit der Mantelhaut 40 integral ausgebildete Versteifungsstruktur 47 der Mantelhaut 40 aus.

Außerdem werden im Schritt b) oder c) der obere Randbereich 41 und der untere Randbereich 46 der Mantelhaut 40 mit einer dickeren Wandstärke ausgebildet, wie es in Fig. 2 A zu sehen ist, um den zylindrischen Rohrmantelabschnitt 4 in diesem Bereich mit einem anderen Bauteil oder einem weiteren zylindrischen

Rohrmantelabschnitt verbinden, zum Beispiel verschweißen, zu können. Die sehr dünne Wandstärke der Mantelhaut 40 geht dazu in einem Übergangsbereich 41 ', 46' allmählich in die dickere Wandstärke des zugeordneten Randbereichs 41 , 46 über. Die Randbereiche 41 , 46 sind vorzugsweise nicht mit Längsrippen 42 oder Spanten 44 verstärkt. Die achsparallel verlaufenden Längsrippen 42 gehen, vorzugsweise unter Reduzierung ihrer Radialerstreckung, in den jeweiligen Übergangsbereich 41', 46' über.

Fig. 2B zeigt vergrößert, wie im Schritt c) das Metallmaterial durch den Spritzstrahl 32 der Spritzvorrichtung 3 lokal voneinander beabstandet auf die vorher gefertigte Mantelhaut 40 aufgebracht wird, um die Längsrippen 42 beziehungsweise die Spanten 44 zu erzeugen. Diese symbolische Darstellung trifft sowohl für das

Erzeugen der Längsrippen 42 als auch für das Erzeugen der Spanten 44 zu, so dass im Beispiel der Fig. 2A die rechtwinklig zueinander ausgerichtete Anordnung der Längsrippen 42 und der Spanten 44 nicht dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt einen ersten mechanischen Bearbeitungsschritt c1 ) des in den Schritten b) und c) erzeugten zylindrischen Rohrmantelabschnitts 4 mit einem Fräswerkzeug 50 eines Fräsers 5. Das Fräswerkzeug 50 bearbeitet auf der Innenseite des zylindrischen Rohrmantelabschnitts 4 die radial inneren Flächen 43 der Längsrippen 42 und die radial inneren Flächen 45 der Spante 44 derart, dass sie plan werden und eine vorgegebene Abmessung in Radialrichtung erhalten. Dieser Schritt c1 ) des Planens der radial inneren Flächen 43, 45 ist in Fig. 3A vergrößert schematisch dargestellt. Auch hier ist die rechtwinklige Anordnung der Längsrippen 42 und der Spanten 44 zueinander der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Fig. 4 zeigt den Verfahrensschritt c2), in welchem die seitlichen Flächen 43', 43" beziehungsweise 45', 45" der Längsrippen 42 beziehungsweise der Spanten 44 mittels eines in den Fräser 5 eingespannten Fräswerkzeugs 50' abgefräst werden, um jeweils eine plane (also ebene) seitliche Oberfläche zu erhalten und um die Abstände zwischen benachbarten Längsrippen 42 und benachbarten Spanten 44 jeweils auf ein vorgegebenes Maß zu bringen, wie es in Fig. 4A gezeigt ist, die eine in gleicher Weise schematische Darstellung ist, wie die Fig. 3A. Das hierfür verwendete Fräswerkzeug 50' ist vorzugsweise ein am Umfang seiner Schneide abgerundeter Torusfräser.

Die mechanische Bearbeitung des zylindrischen Rohrmantelabschnitts 4 in der ersten Schalungsform 2 in den Schritten c1 ) und c2) besitzt den Vorteil, dass die Schalungsform den Rohrmantelabschnitts 4 gegen die einwirkenden Kräfte des Fräswerkzeugs 50, 50' abstützt.

Schließlich ist in Fig. 5 der Verfahrensschritt d) gezeigt, in welchem der aus dem zylindrischen Rohrmantelabschnitt 4 herausgearbeitete bearbeitete zylindrische Rohrmantelkörper 1 aus der Schalungsform 2 entnommen wird.

Dieser fertige Rohrmantelkörper 1 kann nun einer Oberflächenbearbeitung und/oder einer thermischen Behandlung unterzogen werden.

Fig. 6 zeigt den ersten zylindrischen Rohrmantelabschnitt 4 der an einem an einer Stirnseite vorgesehenen Randbereich 46 mit einem schräg verlaufenden

Wandabschnitt 46'" versehen ist, wobei der so bearbeitete erste zylindrische

Rohrmantelabschnitt 4 im Schritt a') in einer zweiten Schalungsform 6 mit einer konischen Formoberfläche 60 zur Durchführung einer Weiterbildung des

erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt worden ist. Bei dieser Weiterbildung wird an den zylindrischen Rohrmantelabschnitt 4 ein weiterer Rohrmantelabschnitt 7 angeformt.

Zur Bildung des schräg verlaufenden Wandabschnitts 46'" wurde der Randbereich 46 in einem vorherigen mechanischen Bearbeitungsschritt c4) noch in der ersten Schalungsform 2 vor dem Schritt d) mittels beispielsweise des Fräswerkzeugs 50 des Fräsers 5 derart bearbeitet, dass sich die Wandstärke des Randbereichs 46 auf der zur Spritzvorrichtung 3 weisenden radial inneren Seite zum stirnseitigen

Umfangsrand 46" hin verjüngt. Dadurch wird auf der radial inneren Seite der schräg verlaufende Wandabschnitt 46'" in Form einer Fase ausgebildet. Fig. 6A zeigt diesen Wandabschnitt 46'" im Querschnitt. Alternativ kann dieser Bearbeitungsschritt auch in der zweiten Schalungsform 4 nach dem Schritt a') als ein Schritt a'1 ) durchgeführt werden.

In Fig. 7 ist der Verfahrensschritt b') dargestellt, bei welchem durch einen Spritzstrahl 32' einer Spritzdüse 30' einer Spritzvorrichtung 3' das Metallmaterial auf die

Formoberfläche 60 aufgetragen wird. Die Spritzvorrichtung 3' kann dieselbe

Spritzvorrichtung sein, wie die in den Schritten b) und c) verwendete

Spritzvorrichtung, sie kann aber auch, wenn die Fertigungsschritte an

unterschiedlichen Arbeitsplätzen, zum Beispiel auf einer anderen

Bearbeitungsplattform P', durchgeführt werden, eine andere Spritzvorrichtung sein.

Das Metallmaterial wird von der Spritzdüse 30' gemäß demselben Spritzverfahren wie im Schritt b) auf den schräg verlaufenden Wandabschnitt 46'" des ersten

Ringmantelabschnitts 4 und auf die konische Formoberfläche 60 aufgetragen, so dass sich ausgehend vom Randbereich 46 auf der konischen Formoberfläche 60 der zweiten Schalungsform eine konische Mantelhaut 70 für den zweiten, konischen Rohrmantelabschnitts 7 bildet, der integral mit dem ersten, zylindrischen

Rohrmantelabschnitts 4 ausgebildet ist. Auch bei diesem Verfahrensschritt wird die Bearbeitungsplattform P' mit der zweiten Schalungsform 6 um eine Drehachse D', die koaxial mit der Symmetrieachse Z' der zweiten Schalungsform 6 und von deren Formoberfläche 60 ist, während des Spritzvorgangs rotiert.

Die vergrößerte Darstellung in Fig. 7A zeigt wie der Randbereich 46 des ersten Ringmantelabschnitts 4 an seinem hier gestrichelt noch dargestellten schräg verlaufenden Wandabschnitt 46'" kontinuierlich und integral ausgebildet in einen in der Dicke verstärkten Randabschnitt 71 der Mantelhülle 70 des konischen

Rohrmantelabschnitts 7 übergeht. Die hier gezeigte ehemalige Oberfläche des schräg verlaufenden Wandabschnitts 46'" ist in der fertigen Einheit aus den beiden Ringmantelabschnitten 4, 7 nicht mehr feststellbar. Auf der vom schräg verlaufenden Wandabschnitt 46'" axial abgewandten Seite des Randabschnitts 71 ist die

Mantelhülle 70 in der gleichen dünnen Wandstärke ausgebildet wie die Mantelhülle 40. Fig. 7A zeigt beispielhaft wie die konische Mantelhülle 70 auf ihrer Innenseite die in Längsrichtung verlaufenden Rippen 72 und in Umfangsrichtung verlaufenden Spanten 74 einer Versteifungsstruktur 77 mit denen die konische Mantelhülle 70 im Schritt c') analog der Vorgehensweise im Schritt c) mit versehen worden ist. An der freien Stirnseite wird der Randbereich ebenfalls als verdickter Wandabschnitt 75 ausgebildet wie dies bereits in Verbindung mit den Randbereichen 41 und 46 beschrieben worden ist. Auch die Rippen 72 und die Spanten 74 können in der gleichen Weise mechanisch bearbeitet werden wie dies in Verbindung mit den Schritten c1 und c2 beschrieben worden ist.

Auch wenn in den Fig. 2 bis 7 eine auf der radial inneren Seite der Mantelhaut 40, 140 ausgebildete Versteifungsstruktur 47, 77 als Orthogrid mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Längsrippen 42, 72 und Spanten 44, 74 gezeigt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Versteifungsstruktur kann alternativ auch auf der radial äußeren Seite der Behälterhaut ausgebildet sein, wenn die Behälterhaut auf der Außenseite der ersten Schalungsform gebildet worden ist. Auch ist es möglich, Versteifungsstrukturen auf der radial inneren und auf der radial äußeren Seite der Behälterhaut aufzubringen, wenn entsprechende Schalungsformen zur Verfügung gestellt werden.

Außerdem ist die Erfindung nicht auf ein Orthogrid als Versteifungsstruktur beschränkt, sondern die Versteifungsrippen können auch in einem anderen Winkel zueinander stehen und beispielsweise in Form eines Rautenmusters gestaltet sein.

Eine abgewandelte Versteifungsstruktur 47' ist in Fig. 8 gezeigt, in welcher die Versteifungsrippen in Form eines Isogrids angeordnet sind und dabei Isogridrippen 48 bilden, die in Isogridknoten 49 miteinander verbunden sind. Sowohl die

Versteifungsstruktur des zylindrischen Rohrmantelabschnitts 4 als auch die

Versteifungsstruktur des konischen Rohrmantelabschnitts 7 kann als Isogrid-Struktur ausgestaltet sein. Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Bezugszeichenliste

Es bezeichnen:

1 Leichtbau-Rohrmantelkörper

T Leichtbau-Rohrmantelkörper

2 erste, zylindrische Schalungsform

3 Spritzvorrichtung

3' Spritzvorrichtung

4 zylindrischer Rohrmantelabschnitt

5 Fräser

6 zweite Schalungsform

7 konischer Rohrmantelabschnitt

20 Innenfläche

22 Trennschicht

30 Spritzdüse

30' Spritzdüse

32 Spritzstrahl

32' Spritzstrahl

40 rohrförmige Mantelhaut

41 oberer Randbereich von 4

41 ' Übergangsbereich

42 Längsrippe

43 radial innere Fläche

43' seitliche Fläche

43" seitliche Fläche

44 Spante

45 radial innere Fläche

45' seitliche Fläche

45" seitliche Fläche

46 unterer Randbereich von 4

46' Übergangsbereich 6" stirnseitiger Umfangsrand

6"' schräg verlaufender Wandabschnitt

47 Versteifungsstruktur

47' Versteifungsstruktur

48 Isogridrippe

49 Isogridknoten

50 Fräswerkzeug

50' Fräswerkzeug

70 Innenfläche von 7

71 verstärkter Randabschnitt

72 Rippen

74 Spanten

77 Versteifungsstruktur

D Drehachse

D' Drehachse

P Bearbeitungsplattform

P' Bearbeitungsplattform

Z Zylinderachse

Z' Zylinderachse