| JP2006021253 | MANUFACTURING METHOD OF SHEET METAL PRODUCT |
| JP3292570 | METHOD AND DEVICE FOR FORMING METAL PLATE |
| JP2002316218 | SPINDLE MECHANISM |
RADTKE, Wulf (Ruffini-Allee 3, Planegg, 82152, DE)
| Patentansprüche Verfahren zum Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings (10) zu einem Schalenkörper (34), umfassend folgende Schritte: a) Ausbilden von mindestens einer an Form, Abmessung und Verformungseigenschaften des ebenflächigen Rohlings (10) angepassten, ebenflächigen beulstabilen Beilage (12) , b) Bilden von einem zu verformenden Rohling (14) und mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16' ') aus dem ebenflächigen Rohling (10, 10') und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage (12, 12'), wobei eine als Unterlage (16') vorgesehene Beilage (16) in der Abmessung etwas größer als der zu verformende Rohling (14) ausgebildet wird und/oder eine als Auflage (16'') vorgesehene Beilage (16) in der Ab¬ messung etwas kleiner als der zu verformende Rohling (14) ausgebildet wird, c) Anordnen des zu verformenden Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') zueinander, derart, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') nach dem Anordnen und während der gesamten Verformung des zu verformenden Rohlings (14) zu dem Schalenkörper (34) zur gegenseitigen vollflächigen Anlage gebracht sind, d) Einspannen des/der zueinander zu verformenden Rohlings (14) zusammen mit der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16) an oder in einer Tragstruktur (28), und e) Verformen des zu verformenden Rohlings (14) zusammen mit der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') über wenigstens ein die Vorderoder Innenseite (20) des zu verformenden Rohlings (14) oder der mindestens einen zu verformenden als Auflage (16' ') vorgesehenen Beilage (16) beaufschlagendes Um- formwerkzeüg (32) zu dem Schalenkörper (34). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die zu verformende beulsta¬ bile Beilage (16, 16', 16' ') aus einem ebenflächigen Rohling (10') und mindestens einer ebenflächigen beulstabilen Beilage (12'), die jeweils im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind oder die jeweils als teil¬ weiser Kreisring ausgebildet sind, gebildet werden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ebenflächige Rohling (10') und die mindestens eine ebenflä¬ chige beulstabile Beilage (12')', die jeweils im Wesentli¬ chen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind oder die jeweils als teilweiser Kreisring ausgebildet sind, aus dem ebenflächigen Rohling (10) und der mindestens einen e- benflächigen beulstabilen Beilage (12) durch Trennen, insbesondere durch mechanisches Schneiden, Schneiden mittels Laser oder Wasserstrahl, Sägen, Fräsen oder Erodieren, des ebenflächigen Rohlings (10) und der mindestens einen eben¬ flächigen beulstabilen Beilage (12) herausgearbeitet werden . Verfahren nach Anspruch 2 oder '3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') aus dem ebenflächigen Rohling (10') und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage (12'), die jeweils als teilweiser Kreisring ausgebildet sind, zu einem zu verformenden Rohling (14) und mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16''), die jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet sind, gefügt werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') durch Rührreibschweißen ( Friction-Stir-Welding bzw. FSW) entlang von einander zugewandten Mantellinien (18, 18') des ebenflächi- gen Rohlings (101) und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage (12') gefügt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16' ') an oder in die Tragstruktur (28) über einen Umfang im Bereich einer großen Öffnung (26) des zu verformenden Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') durch eine Einrichtung zum Einspannen des zu verformenden Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16' ') mit einem Drückring und einem Spannring, sowie insbesondere einem Dichtring zwischen Drückring und Spannring, eingespannt und fixiert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16' ') gemeinsam durch konkaves Drücken bzw. Spinformen und/oder Gegenrollen und/oder Hämmern und/oder Kugelstrahlen zu dem Schalenkörper (34) verformt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16' ') über wenigstens ein dessen/deren Vorder- oder Innenseite (20) beaufschlagendes Umformwerkzeug (32) in Form einer Umform- oder Drückrolle und/oder eine, vorzugsweise hydrostatisch gelagerte, Drückkugel, und/oder über wenigstens eine damit zusammenwirkende die Rück- oder Außenseite (22) des zu verformenden Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') beaufschlagende Gegenrolle und/oder über wenigstens einen Hammer und/oder Kugeln aus Metall, Glas oder einer Kombination daraus als Umformwerkzeug (32) zu dem Schalenkörper (34) verformt werden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vorder- oder Innenseite (20) des zu verformenden Rohlings (14) oder der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') beaufschlagende Umform- werkzeug (32) in einer Ebene radial zu dem zu verformenden Rohling (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') zweidimensional von der Mitte zum Umfang des Rohlings (14) und der mindestens einen beulstabilen Beilage (16, 16', 16''), und umgekehrt, oder vom Umfang im Bereich einer kleinen Öffnung (24) zum Umfang im Bereich einer großen Öffnung (26) des Rohlings (14) und der mindestens einen beulstabilen Beilage (16, 16', 16''), und umgekehrt, geführt wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Vorder- oder Innenseite (20) des zu verformen¬ den Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') beaufschlagende Um- formwerkzeug (32) mittels einer Schablone oder numerisch geregelt und/oder gesteuert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) und die mindestens eine zu verformende' beulstabile Beilage (16, 16', 16' ') und das wenigstens eine Umformwerkzeug (32) bei der Verformung zu dem Schalenkörper (34) relativ zueinander bewegt, insbesondere gedreht, werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) über wenigstens eine der Tragstruktur (28) zugeordnete Einrichtung zur Erwärmung und/oder Aufheizung des zu verformenden Rohlings (14) auf ein erhöhtes Temperaturprofil gebracht wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) vor dem Verformen zu dem Schalenkörper (34) weichgeglüht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der ebenflächige Rohling (10) oder der im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildete Rohling (101) oder der als teilweiser Kreisring ausgebildete Rohling (10') und/oder der zu verformende Rohling (14) vor dem Verformen zu dem Schalenkörper (34) durch Spanabhebung, insbesondere durch Drehen, Fräsen und/oder Schleifen, mit einer Konturierung versehen wird, wobei eine vorbestimmte Wanddickenverteilung des Rohlings (10, 10', 14) zum Erhalt einer gewünschten Endwanddicke des Schalenkörpers (34) eingestellt wird, und/oder mit Durchbrüchen, Perforationen oder dergleichen Ausnehmungen versehen wird, welche zum Verformen durch die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') und/oder Abdeckungen, insbesondere eine Folie, zeitweise verschlossen werden . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die der Tragstruktur (28) zugewandte Rück- oder Außenseite (22) des zu verformenden Rohlings (14) und der als Unterlage (16') vorgesehenen zu verformenden beulstabilen Beilage (16) gegenüber der der Tragstruktur (28) abgewandten Vorder- oder Innenseite (20) des zu verformenden Rohlings (14) oder der als Auflage (16' ') vorgesehenen zu verformenden beulstabilen Beilage (16) abgedichtet wird und ein Vakuum an eine von dem zu verformenden Rohling (14) und/oder der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16, 16', 16'') abgeschlossene Kammer (30) der Tragstruktur (28) angelegt wird, um das Verformen des zu verformenden Rohlings (14) und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage (16) über das wenigstens eine die Vorder- oder Innenseite (20) des zu verformenden Rohlings (14) oder der als Auflage (16'') vorgesehenen zu verformenden beulstabilen Beilage (16) beaufschlagende Umformwerkzeug (32) zu dem Schalenkörper (34) durch definiertes Evakuieren der Kammer (30) zu unterstützen. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) beim Verformen zu dem Schalenkörper (34) kontinuierlich vermes¬ sen wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Rohling (14) einem Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken, sowie bei Bedarf gegebenenfalls einem nachfolgenden Kaltrecken, unter- zogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenkörper (34) in der Tragstruktur oder im Ofen warmausgelagert und auf einen Zustand T8 gebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der ebenflächige Rohling (10, 10') und/oder die mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage (12, 12') und/oder der zu verformende Rohling (14) und/oder die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') aus Metall, insbesondere Stahl, E- delstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder einer Kombination daraus, bevorzugt hoch- und höchstfesten Aluminium-Legierungen und Lithium-haltigen Aluminium- Legierungen, und ganz bevorzugt einer gegebenenfalls aushärtbaren, Aluminiumlegierung, AL 2195 oder AL 2219, und/oder aus Kunststoff und/oder aus Keramik und/oder aus einer Kombination daraus gebildet wird/werden. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage (12, 12') oder die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage (16, 16', 16'') aus einem Werkstoff mit hohem E-Modul gebildet wird. 21. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen von rotationssymmetrischen und/oder nicht rotationssymmetrischen schalenförmigen, insbesondere halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalottenför- mig, ellipsoidkallotenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form, Halb-Torus-förmig oder mit dergleichen anderen Querschnittsformen ausgestalteten Bauteilen. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen von Schalen als Dome für Raketen- Treibstofftanks , Satellitentanks, Paraboloid-Antennen, Paraboloid-Reflektorschalen, Paraboloid-Solar-Kollektoren, Scheinwerfergehäusen, Behälterböden, Turmkuppeln, Druckkalotten oder dergleichen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings zu einem Schalenkörper und dessen Verwendung.
Derartige Verfahren zur Herstellung von Schalenkörpern aus im Wesentlichen ebenflächigen Rohlingen, Ronden oder derartigen Blechtafeln sind allgemein bekannt. Aus der EP 1 728 567 Bl sind beispielsweise ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings in Form eines runden bzw. scheibenförmigen Bleches aus Metall zu einem Schalenkörper unter merklicher Reduzierung von dessen Wanddicke bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein rotierender, ebenflächiger, kreisförmig zugeschnittener Rohling, zum Beispiel eine vorgeformte Ronde, entlang dessen Umfang auf einer Ring- oder Spannplatte befestigt, mit einer Rolle in ei- nen freien Raum hinter der Ring- oder Spannplatte ausgewölbt und zu einem gegebenenfalls rotationssymmetrischen Schalenkörper mit endkonturgerechten Abmessungen umgeformt. Dies geschieht, je nach erforderlicher Durchwölbung, in meist mehreren Einzelschritten, wobei das Rondenmaterial plastisch ge- dehnt und azimutal infolge Flächenzunahme im Membranbereich gespannt wird. Dieses Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung haben sich in der Praxis bereits ausgesprochen .bewährt. Bei der Umformung von Schalenkörpern mit kleinem Wanddicken- Durchmesser-Verhältnis können sich im Blech Falten bilden. Um eine Faltenbildung, die zudem vom E-Modul des umzuformenden Werkstoffes bei der gewählten Umformtemperatur abhängt, und eine dadurch erforderliche mechanische Nachbearbeitung zu reduzieren, sind daher zusätzliche Vorrichtungen vorgeschlagen, die entsprechend der US-A-3 355 920 eine Kalibrierung der Form ermöglichen sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings zu einem Schalenkörper zur Verfügung zu stellen, mit welchem sich die obigen Nachteile vermeiden lassen, welches mithin ein Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings zu einem Schalenkörper unter Vermeidung von Faltenbildung einfach, zugleich ohne Aufwand und damit besonders kostengünstig ermöglicht, und dessen Verwendung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings zu einem Schalenkörper, umfassend folgende Schritte:
a) Ausbilden von mindestens einer an Form, Abmessung und Verformungseigenschaften des ebenflächigen Rohlings angepass- ten, ebenflächigen beulstabilen Beilage,
b) Bilden von einem zu verformenden Rohling und mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage aus dem ebenflächigen Rohling und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage, wobei eine als Unterlage vorgesehene Beilage in ihrer Abmessung etwas größer als der zu verformende Rohling ausgebildet wird und/oder eine als Auflage vorgesehene Beilage in ihrer Abmessung etwas kleiner als der zu verformende Rohling ausgebildet wird,
c) Anordnen des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage zueinander, derart, dass der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage nach dem Anordnen und während der gesamten Verformung des zu verformenden Rohlings zu dem Schalenkörper zur gegenseitigen vollflächigen Anlage gebracht sind,
d) Einspannen des/der zueinander zu verformenden Rohlings zusammen mit der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage an oder in einer Tragstruktur, und
e) Verformen des zu verformenden Rohlings zusammen mit der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage über wenigstens ein die Vorder- oder Innenseite des zu verformenden Rohlings oder der mindestens einen zu verformenden als Auflage vorgesehenen Beilage beaufschlagendes Umform- werkzeug zu dem Schalenkörper,
ist eine Verfahrensweise vorgeschlagen, mittels welcher ein im Wesentlichen ebenflächiger Rohling zu einem Schalenkörper ein- fach, zugleich ohne Aufwand und damit ausgesprochen kostengünstig umgeformt werden kann, und zwar unter Vermeidung von jeglicher Faltenbildung. Der zu verformende Rohling wird durch eine oder zwei beulstabile Beilagen am Beulen gehindert bzw. derart stabil ausgebildet, dass die Gefahr einer Faltenbildung vermieden wird. Die beulstabilen Beilagen sind insoweit verformbar, wenn auch insbesondere begrenzt verformbar. Die Beulstabilität dieser Beilagen kann sowohl durch deren Dicke als auch durch geeignete Wahl des Werkstoffes, d.h. durch die Wahl eines Werkstoffes mit möglichst hohem E-Modul, sichergestellt werden.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 20 beschrieben. So liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der zu verformende Rohling und die zu verformende beulstabile Beilage nach Anspruch 2 aus einem ebenflächigen . Rohling und mindestens einer ebenflächigen beulstabilen Beilage, die jeweils im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind oder die jeweils als teilweiser Kreisring ausgebildet sind, gebildet werden.
In diesem Zusammenhang ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der ebenflächige Rohling und die mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage, die jeweils im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind oder die jeweils als teilweiser Kreisring ausgebildet sind, nach Anspruch 3 aus dem ebenflächigen Rohling und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage durch Trennen, insbesondere durch mechanisches Schneiden, Schneiden mittels Laser oder Wasserstrahl, Sägen, Fräsen oder Erodieren, des ebenflächigen Rohlings und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage herausgearbeitet werden. Diese Merkmale dienen einer einfachen, genauen, effizienten und ko ¬ stengünstigen Verfahrensweise.
Besondere Bedeutung kommt den Maßnahmen des Anspruchs 4 zu. Danach werden der zu verformende Rohling und die zu verformende beulstabile Beilage aus dem ebenflächigen Rohling und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage, die jeweils als teilweiser Kreisring ausgebildet sind, zu einem zu verformenden Rohling und mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage, die jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet sind, gefügt. So ist eine Verfahrensweise vorgeschlagen, welche durch eine verbesserte Ausnutzung vorhandener Wärme- und Kraftpotentiale zu einer erheblichen Reduzierung von Energiekosten und einer damit einhergehenden Zeitersparnis zu ei- ner hohen Wirtschaftlichkeit führt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der kegelstumpfförmige Rohling dem Schalenkörper im Vergleich zu einem ebenflächigen kreisförmigen bzw. scheibenförmigen Rohling bereits deutlich angenähert. Auf diese Weise können der erforderliche Umformgrad im Vergleich zum Um- formen eines ebenflächigen kreisförmigen Rohlings erheblich vermindert und somit Beschränkungen des Umformens, wie etwa Werkstoff-Versagen im Grundwerkstoff und im besonders versagenskritischen Schweißbereich, oder Faltenbildung, ver ¬ mieden oder zumindest wesentlich vermindert werden. Dies wie- derum ermöglicht die Herstellung von Schalenkörpern mit weitaus größerem Verhältnis aus axialer Länge und Durchmesser als bisher. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Schalenkörper im Verhältnis zu ihrem Durchmesser dünnwandiger und mithin unter geringerem Werkstoffeinsätz sowie leichter ausge- führt werden können als dies bisher aufgrund einer Faltenbildung möglich war. Darüber hinaus lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einzelne oder sogar mehrere Ferti ¬ gungsschritte, die bisher beim Umformen eines ebenflächigen kreisförmigen Rohlings erforderlich waren, verzichten. So kön- nen bis zu 95 % der Fertigungsschritte beim bisherigen Umformen in Wegfall kommen. Damit lassen sich Vorteile einer erheblichen Reduzierung von Fertigungskosten, eines höheren Bauteil-Durchsatzes und einer verbesserten Wirtschaftlichkeit insgesamt erreichen. Gleichzeitig lassen sich eine ausgesprochen große Form- und Maßgenauigkeit und zugleich hohe Festigkeit des hergestellten Schalenkörpers erhalten. Von ganz besonders großem Interesse sind weiterhin die konstruktiven Merkmale des Anspruchs 5, wonach der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage durch Rührreibschweißen ( Friction-Stir-Welding bzw. FS ) entlang von einander zugewandten Mantellinien des eben- flächigen Rohlings und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage gefügt werden. Durch das Rührreibschweißen ergeben sich erhebliche Vorteile gegenüber üblichen Schweißverfahren, vor allem dann, wenn die Schweißnaht/ Schweißnähte anschließend hohen Spannungen aufgrund einer wei- tergehenden Umformung, wie einem konkavem Drücken bzw. Spinformen und/oder Gegenrollen und/oder Hämmern und/oder Kugelstrahlen, unterworfen sind. So ist das Rührreibschweißen besonders vorteilhaft aufgrund der grundsätzlichen Möglichkeit zum Arbeiten unterhalb des Schmelzpunktes, einem geringen Ver- zug in der Schweißnaht /den Schweißnähten, hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht/Schweißnähte, keiner Bildung von Lunkern, Poren und Schweißspritzern, einer allenfalls sehr geringen Schrumpfung und einer günstigen Reparaturmöglichkeit.
Vorzugsweise werden der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage nach Anspruch 6 an oder in die Tragstruktur über einen Umfang im Bereich einer großen Öffnung des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage durch eine Einrichtung zum Einspannen des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage mit einem Drückring und einem Spannring, sowie insbesondere einem Dichtring zwischen Drückring und Spannring, eingespannt und fi- xiert .
Von weiterhin großer Bedeutung für eine wirtschaftliche, ausgesprochen große Form- und Maßgenauigkeit des hergestellten Schalenkörpers und weiter erhöhten Festigkeit sind die Merkma ¬ le des Anspruchs 7. Danach werden der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage gemeinsam bevorzugt durch konkaves Drücken bzw. Spinformen zu dem Schalenkörper verformt. Das konkave Drücken hat den Vorteil, das sich das Umformen bei jedem einzelnen Überrollvorgang lokalisiert mitwandernd, mithin zeitlich eng begrenzt und in der radialen Verformung im durch die jeweilige Schablone aufgeprägten Verformungsgrad definiert abspielt. Alternativ oder kumulativ dazu kann die Verformung erfindungsgemäß auch durch Gegenrollen und/oder Hämmern und/oder Kugelstrahlen erfolgen .
Bei zu verformenden Rohlingen von größerer Wanddicke oder mit komplizierter Meridiangeometrie ist- es von besonderem Vorteil, dass der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage nach Anspruch 8 über wenig ¬ stens ein dessen/deren Vorder- oder Innenseite beaufschlagendes Umformwerkzeug zu dem Schalenkörper ähnlich bzw. entspre- chend dem Prinzip des "konkaven Drückens" verformt werden. Als Umformwerkzeug kann dabei wenigstens eine Umform- oder Drück ¬ rolle und/oder eine Drückkugel, die dann vorzugsweise hydrostatisch gelagert ist, Verwendung finden. Als Umformwerkzeug kann alternativ dazu auch wenigstens eine damit zusammenwir- kende die Rück- oder Außenseite des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage beaufschlagende Gegenrolle und/oder wenigstens ein Hammer und/oder Kugeln aus Metall, Glas oder einer Kombination daraus vorgesehen sein.
Auf die Maßhaltigkeit des zu verformenden Rohlings und späteren Schalenkörpers während des Verformens bzw. Umformens oder konkaven Drückens kann entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 9 dadurch Einfluss genommen werden, dass das die Vor- der- oder Innenseite des zu verformenden Rohlings oder der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage beauf ¬ schlagende Umformwerkzeug in einer Ebene radial zu dem zu verformenden Rohling und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage zweidimensional von der Mitte zum Umfang des Rohlings und der mindestens einen beulstabilen Beilage, und umgekehrt, oder vom Umfang im Bereich einer kleinen Öffnung zum Umfang im Bereich einer großen Öffnung des Rohlings und der mindestens einen beulstabilen Beilage, und umgekehrt, geführt wird. Durch eine solche gegebenenfalls wahlweise wechselnde Führung lassen sich deutlich verkürzte Verfahrwege des Umformwerkzeuges erreichen. Die Folge nicht zuletzt hieraus resultierend ist eine Zeitersparnis insgesamt. Grundsätzlich kann also die räumliche Bewegung des wenigstens einen Umform- werkzeuges relativ zum Rohling in Form einer räumlichen Spirale auf der Oberfläche bzw. Innenseite des kegelstumpfförmigen Rohlings von innen nach außen oder umgekehrt von außen nach innen verlaufen, die zur gewünschten Geometrie des Schalen- körpers führt. Die Spiralform ergibt sich durch Überlagerung der radialen zweidimensionalen Bewegung mit der Rotation des kegelstumpfförmigen Rohlings als dritter Dimension. Eine Relativbewegung zwischen Rohling und Umformwerkzeug kann aber auch schrittweise mit jeweils angepasster Anstellung und in belie- bigen Kombinationen der jeweiligen Grundbewegungen erfolgen, um eine gewünschte Geometrie zu erzeugen.
Einer weitergehenden Erhöhung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Maßhaltigkeit dienen die Merkmale des Anspruchs 10, wonach das die Vorder- oder Innenseite des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage beaufschlagende Umformwerkzeug mittels einer Schablone oder numerisch geregelt und/oder gesteuert wird. Die Endgeometrie des Schalenkörpers lässt sich dabei durch die Meridiankurve einer (Blech- ) Schablone bzw. durch Einprogrammierung der Meridiankurve der (Blech-) Schablone in eine NC-Steuerung definieren. Nachträgliche Geometrieänderun ¬ gen oder Geometrieanpassungen für anders geformte Schalenkörper sind ohne hohen Zeit-, Personal- und damit einhergehend Kostenaufwand möglich, nachdem lediglich die Schablone bzw. die NC-Steuerung für das Umformwerkzeug verändert werden muss.
Zweckmäßigerweise werden der zu verformende Rohling und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage und das we ¬ nigstens eine Umformwerkzeug bei der Verformung zu dem Schalenkörper nach Anspruch 11 relativ zueinander bewegt, insbesondere gedreht. Dies kann durch die Bewegung des Umformwerk- zeuges und/oder eine zu der Bewegung des Umformwerkzeuges vorgesehene zusätzliche Relativbewegung bzw. Relativdrehung von zu verformendem Rohling und beulstabiler Beilage bzw. der Tragstruktur oder der Kammer der Tragstruktur selbst erfolgen. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der zu verformende Rohling nach Anspruch 12 über wenigstens eine der Tragstruktur zugeordnete Einrichtung zur Erwärmung und/oder Aufheizung des zu verformenden Rohlings auf ein erhöhtes Temperaturprofil gebracht werden.
In diesem Zusammenhang ist es von besonderer Bedeutung, dass der zu verformende Rohling nach Anspruch 13 vor dem Verformen zu dem Schalenkörper weichgeglüht wird. Das Verformen bzw. Umformen oder konkave Drücken lässt sich umso einfacher und si- cherer durchführen, je weicher und duktiler sich das Material verhält. Das Weichglühen ist zum Abbau innerer Spannungen und schweißbedingter Unterschiede in der Formänderungsfestigkeit von Vorteil . Darüber hinaus sind die konstruktiven Maßnahmen des Anspruchs 14 für den Erhalt einer gewünschten Endwanddicke des Schalenkörpers von besonderem Interesse. Demnach wird der ebenflächige Rohling oder der im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildete Rohling oder der als teilweiser Kreisring ausgebildete Rohling oder der zu verformende Rohling vor dem Verformen zu dem Schalenkörper durch Spanabhebung, insbesondere durch Drehen, Fräsen und/oder Schleifen, vorkonturiert , also mit einer vorbestimmten Wanddickenverteilung im ebenen Zustand versehen, und/oder mit Durchbrüchen, Perforationen oder dergleichen Ausnehmungen, welche zum Verformen durch die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage und/oder Abdeckungen, insbesondere eine Folie, zeitweise verschlossen werden, ausgestattet. Durch Vorkonturieren der Ausgangsdicke vor dem Verformen lässt sich die Endwanddicke des Schalenkörpers exakt einstellen. Von besonderem Vorteil hat sich in der Praxis erwiesen, die Konturierung des Rohlings zweckmäßigerweise auf dessen Außenseite zu versehen. Hierdurch ist sicher- gestellt, dass das Umformwerkzeug mit der unkonturierten, glatten Innenseite des kegelstumpfförmigen Rohlings in Berührung bzw. Kontakt kommt, sofern ein solches Umformwerkzeug überhaupt erforderlich ist. Durch Einsatz mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage sind gesonderte Abdeckungen oder Folien nicht erforderlich.
Weiterhin kann es von besonderem Vorteil sein, das erfindungsgemäße Verfahren zum Verformen bzw. Umformen oder Drücken unter Einsatz von Vakuum durch die technischen Merkmale des An- spruchs 15 zu unterstützen. Demnach wird die der Tragstruktur zugewandte Rück- oder Außenseite des zu verformenden Rohlings und der als Unterlage vorgesehenen zu verformenden beulstabilen Beilage gegenüber der der Tragstruktur abgewandten Vorderoder Innenseite des zu verformenden Rohlings oder der als Auf- läge vorgesehenen zu verformenden .beulstabilen Beilage abgedichtet wird und ein Vakuum an eine von dem zu verformenden Rohling und/oder der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage abgeschlossene Kammer der Tragstruktur angelegt. Das Verformen des zu verformenden Rohlings und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage wird somit durch definiertes Evakuieren der Kammer unterstützt. Sofern das Verformen des kegelstumpfförmigen Rohlings durch Anlegen eines Vakuums zusätzlich unterstützt werden soll, lassen sich die zuvor erwähnten Durchbrüche, Perforationen oder dergleichen Ausnehmungen des kegelstumpfförmigen Rohlings durch Verwendung mindestens einer zu verformenden beulstabilen Beilage oder gesonderte Abdeckungen, insbesondere eine Folie, zeitweise vakuumdicht versiegeln. Zur Erhöhung der erreichbaren Maßhaltigkeit ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, den zu verformenden Rohling nach Anspruch 16 beim Verformen zu dem Schalenkörper kontinuierlich zu vermessen. Eine solche geometrische Vermessung des Rohlings kann beispielsweise automatisch mittels eines, gegebenenfalls berührungslosen und einschwenkenden, Messsystems durchgeführt werden. Die geometrische Vermessung ist besonders vorteilhaft, um daraus Daten für eine Anpassung · der Parameter einer paral- lel einhergehenden und/oder nachfolgenden Umformung zu gewinnen .
Entsprechend den Maßnahmen nach Anspruch 17 wird der kegelstumpfförmige Rohling in vorteilhafter Weise einem Lösungsglü- hen und anschließendem Abschrecken, sowie bei Bedarf gegebenenfalls einem nachfolgenden Kaltrecken, unterzogen.
Des Weiteren wird der Schalenkörper entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 18 nach dem Verformen bzw. Umformen oder dem konkaven Drücken in der Tragstruktur oder im Ofen warmausgelagert und auf einen Zustand T8 gebracht. Gerade wenn der Schalenkörper aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, wird in aller Regel eine optimale Vergütung angestrebt, um einen Zustand T8 in den Materialei- genschaften zu erreichen. So ist der Zustand T8 der zur Zeit maximal erreichbare Zustand bei aushärtbaren Aluminiumlegierungen, die häufig für Treibstofft nks von Raketen zur Anwendung kommen. Zweckmäßigerweise wird/werden der der ebenflächige Rohling und/oder die mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage und/oder der zu verformende Rohling und/oder die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage nach Anspruch 19 aus Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder einer Kombination daraus, bevorzugt hoch- und höchstfesten Aluminium-Legierungen und Lithium- haltigen Aluminium-Legierungen, und ganz bevorzugt einer gegebenenfalls aushärtbaren, Aluminiumlegierung, AL 2195 oder AL 2219, und/oder aus Kunststoff und/oder aus Keramik und/oder aus einer Kombination daraus gebildet.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage oder die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage nach Anspruch 20 aus einem Werkstoff mit hohem E-Modul gebildet wird.
Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 21 zum Herstellen von rotationssymmetrischen und/oder nicht rotationssymmetrischen schalenförmigen Bauteilen zu verwenden. Dabei haben sich halbkugelförmige, kugelkappenförmige, kalottenförmige, ellipsoid- kalottenförmige , konische oder elliptische Bauteile bzw. Bauteile in Cassini-Form, Halb-Torus-förmig oder mit anderen dergleichen Querschnittsformen ausgestaltete Bauteile als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ganz besonders eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 22 bei der Herstellung von Schalen als Dome für Raketen-Treibstofftanks, Satellitentanks, Paraboloid-Antennen, Paraboloid-Reflektorschalen, Paraboloid-Solar-Kollektoren, Scheinwerfergehäusen, Behälterböden, Turmkuppeln, Druckkalotten oder dergleichen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ebenflächigen und kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildeten Rohlings bzw. beulstabilen Beilage,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ebenflächigen und als teilweiser Kreisring ausgebildeten Rohlings bzw. beulstabilen Beilage bzw. eine Kegelstumpf-Abwicklung eines erfindungsgemäßen Rohlings bzw. einer .beulstabilen Beilage,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zu verformenden Rohlings bzw. ei- ner erfindungsgemäßen zu verformenden beulstabilen Beilage, der/die durch Schweißen entlang von einander zugewandten Mantellinien des als teilweiser Kreisring ausgebildeten Rohlings bzw. Beilage entsprechend der Fig. 2 gefügt ist,
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zu verformenden Rohlings entsprechend der Fig. 3 zusammen mit zwei zu verformenden beulstabilen und als Unterlage bzw. Auflage vorgesehenen Beilagen, der in eine Tragstruktur eingespannt und mittels einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens über wenigstens ein Umformwerkzeug zu einem Schalenkörper umgeformt wird, und
Fig. 5. eine schematische Querschnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalenkörpers, der aus dem zu verformenden Rohling entsprechend der Fig. 4 geformt ist.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist zum Umformen bzw. Verformen eines im Wesentlichen ebenflächigen Rohlings 10 aus Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, einer Legierung daraus und/oder einer Kombination daraus, bevorzugt hoch- und höchstfesten Aluminium-Legierungen und Lithium- haltigen Aluminium-Legierungen, und ganz bevorzugt einer, vorzugsweise aushärtbaren, Aluminiumlegierung, wie zum Beispiel AI 2195 oder AI 2219, und/oder aus Kunststoff und/oder aus Keramik und/oder aus einer Kombination daraus zu einem - gegebenenfalls auch insbesondere dünnwandigen - Schalenkörper, schalenförmigen Bauteil oder dergleichen Formteil vorgesehen, und zwar gleichermaßen im kalten wie im warmen Zustand. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von rotationssymmetrischen und/oder nicht rotationssymmetrischen schalenförmigen Bauteilen. In ausgesprochen vorteilhafter Weise dient das Verfahren nach der Erfindung der Herstellung von halbkugelförmig, kugelkappenförmig, kalotten- förmig, ellipsoidkallotenförmig, konisch, elliptisch, in Cassini-Form, Halb-Torus-förmig oder mit anderen Querschnittsformen ausgestalteten Bauteilen.
In ganz vorteilhafter Weise eignet sich das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von Schalen als Dome für Raketen- Treibstofftanks , Satellitentanks, Paraboloid-Antennen, Parabo- loid-Reflektorschalen, Paraboloid-Solar-Kollektoren, Schein- werfergehäusen, Behälterböden, Turmkuppeln, Druckkalotten oder dergleichen. 1
Entsprechend der Fig. 1 umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen ersten Schritt, bei dem mindestens eine beulstabile Bei- läge 12 oder dergleichen Unterlage- und/oder Auflage ausgebildet wird. Die mindestens eine beulstabile Beilage 12 oder dergleichen Unterlage und/oder Auflage ist insoweit verformbar, wenn auch insbesondere begrenzt verformbar, um eine Faltenbildung des zu verformenden Rohlings 10 am Beulen zu hindern bzw. den zu verformenden Rohling 10 derart zu stabilisieren, dass die Gefahr der Faltenbildung vermieden wird. Die mindestens eine beulstabile Beilage 12 ist an Form, Abmessung und Verformungseigenschaften des ebenflächigen Rohlings 10 angepasst bzw. auf diesen abgestimmt. Entsprechend der Fig. 1 weisen der ebenflächige Rohling 10 und die mindestens eine beulstabile Beilage 12 jeweils die Form einer (quadrati- schen/rechteckförmigen) Platte oder eines Bleches auf.
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den ein ebenflächiger Rohling 10' und mindestens eine ebenflächige beulstabile Beilage 12' aus dem ebenflächigen Rohling 10 und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage 12 gebildet. Entsprechend der Fig. 1 sind der Rohling 10' und die mindestens eine Beilage 12' jeweils im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildet.
Dabei werden der ebenflächige Rohling 10' und die ebenflächige beulstabile Beilage 12' aus dem ebenflächigen Rohling 10 und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage 12 durch Trennen, insbesondere durch mechanisches Schneiden, Schneiden mittels Laser oder Wasserstrahl, Sägen, Fräsen oder Erodieren, des ebenflächigen Rohlings 10 und der mindestens einen ebenflächigen beulstabilen Beilage 12 herausgearbeitet.
Der ebenflächige Rohling 10' und die ebenflächige beulstabile Beilage 12', jeweils herausgearbeitet, bilden bei der Ausführungsform, die in der Fig. 1 gezeigt ist, selbst einen zu ver- formenden Rohling 14 und mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16. Der zu verformende Rohling 14 und die mindestens eine beulstabile Beilage 16 weisen demzufolge jeweils eine Kreis- bzw. Scheibenform auf. Dabei wird eine als Unterlage 16' vorgesehene Beilage 16 in der Abmessung etwas größer als der zu verformende Rohling 14 ausgebildet und/oder wird eine als Auflage 16' ' vorgesehene Beilage 16 in der Abmessung etwas kleiner als der zu verformende Rohling 14 ausgebildet.
Bei der in der Fig. 2 beispielhaft dargestellten weiteren Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der ebenflächige Rohling 10 und die mindestens eine beulstabile Beilage 12 hingegen zunächst in einen ebenflächigen Rohling 10' und eine beulstabile Beilage 12', die jeweils als teilweiser Kreisring bzw. als Kegelstumpf-Abwicklung ausgebildet sind, umgearbeitet. Die Herausarbeitung erfolgt wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch Trennen, insbesondere durch mechanisches Schneiden, Schneiden mittels Laser oder Wasserstrahl, Sägen, Fräsen oder Erodieren, des ebenflächigen Rohlings 10 und der mindestens einen, ebenflächigen beulstabilen Beilage 12.
Wie in der Fig. 3 schematisch angedeutet ist, werden der ebenflächige als teilweiser Kreisring ausgebildete Rohling 10' und die mindestens eine beulstabile Beilage 12', die ebenfalls als teilweiser Kreisring ausgestaltet ist, anschließend jeweils zu einem zu verformenden kegelstumpfförmigen Rohling 14 bzw. Rohling 14 mit geradem Kegelstumpf bzw. Rohling 14 in Form eines geraden Kegelstumpfes und einer zu verformenden kegelstumpf- förmigen beulstabilen Beilage 16 bzw. Beilage 16 mit geradem Kegelstumpf bzw. Beilage 16 in Form eines geraden Kegelstumpfes gefügt. Dabei werden der zu verformende Rohling 14 und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16 entlang von jeweils einander zugewandten Mantellinien 18, 18' geschweißt bzw. verschweißt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird als ganz bevorzugtes Schweißverfahren das Rührreibschweißen ( riction-Stir-Welding bzw. FSW) angewendet. Der zu verformende Rohling 14 weist eine Innenseite 20 und eine Außenseite 22 auf und besitzt weiterhin eine kleine Öffnung 24 und eine große Öffnung 26. Die kleine Öffnung 24 bildet den sogenannten Pol, während die große. Öffnung 26 einen Außenumfang darstellt. Die kleine Öffnung 24 kann gegebenenfalls durch eine einzuschweißende (Pol-)Kappe beliebiger Form, d.h. in Form einer ebenen Scheibe und einer mehrfach gekrümmten Gestalt (zum Beispiel Halbkugel, Kugelabschnitt, gedrücktes/ gestrecktes Ellipsoid etc.) verschlossen werden, um die auf den zu verformenden Rohling 14 auszuübende Kraft auf einen größeren Umfang zu verteilen und damit die Umformung zu erleichtern. Die große Öffnung 26 kann durch einen angeformten Flansch oder Bord so gestaltet werden, dass die Einspannung zum Umformen erleichtert bzw. geometrisch reproduzierbar definiert wird.
Demgegenüber besitzt die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16, 16', 16'' im Allgemeinen keine Öffnungen 24, 26, wodurch das Umformen zusätzlich erleichtert wird. Die mindestens eine Beilage 16, 16', 16'' weist jedoch in gleicher Weise wie der zu verformende Rohling 14 eine Innenseite 20 und eine Außenseite 22 auf.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des zu verformenden Rohlings 14 und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16, die von im Wesentlichen kreisförmiger oder scheibenförmiger Ausbildung sind, entsprechen deren Vorderseite der Innenseite 20 und deren Rückseite der Außenseite 22 von Rohling 14 und Beilage 16.
Gemäß der Fig. 4 wird der zu verformende Rohling 14 in vorteilhafter Weise vor dem Verformen ' mit mindestens einer beulstabilen Beilage 16 gestützt, und zwar unabhängig von der Form des zu verformenden Rohlings 14 bzw. der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16, d.h. ob diese kreisförmig oder scheibenförmig (Fig. 1) oder kegelstumpfförmig ausgebildet werden (Fig. 2 und 3) . Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wirkt die Beilage 16 quasi als Unter- läge 16' und wirkt die Beilage 16 quasi als Auflage 16'', jeweils von wenigstens einem Umformwerkzeug 32, das nachfolgend näher erläutert wird, aus betrachtet.
Die Beilagen 16', 16' ' sind an Form und Abmessung des zu ver- formenden Rohlings 14 angepasst. So stimmen der zu verformende Rohling 14 und die Beilagen 16', 16' ' in deren Form im Wesentlichen überein. Um während des gesamten Verformens eine gegenseitige vollflächige Anlage der Beilagen 16', 16'' an der Vorder- oder Innenseite 20 bzw. der Rück- oder Außenseite 22 des zu verformenden Rohlings 14 zu erreichen, ist allerdings die als Unterlage 16' vorgesehene Beilage 16 in der Abmessung etwas größer als der zu verformende Rohling 14. Bei der als Auflage 16' ' vorgesehenen Beilage 16 verhält es sich umgekehrt. Insoweit ist die als Auflage 16' 1 vorgesehene Beilage 16 in der Abmessung etwas kleiner als der zu verformende Rohling 14. Durch die mindestens eine, hier zwei, beulstabile/n Beilage/n 16', 16' ' ist ein Beulen des zu verformenden Rohlings 14 ausgeschlossen, zumindest erheblich erschwert. Die Beulstabilität der Beilagen 16', 16' 1 kann sowohl durch deren Dicke als auch durch geeignete Wahl des Werkstoffes, d.h. durch die Wahl eines Werkstoffes mit möglichst hohem E-Modul, erreicht werden.
Wie der Fig. 4 weiterhin entnehmbar ist, werden der zu verfor- mende Rohling 14 und die mindestens eine zu verformenden beulstabile Beilage 16 sodann zueinander angeordnet, derart, dass der Rohling 14 und die Beilage 16 nach dem Anordnen und während der gesamten Verformung des zu verformenden Rohlings 14 zur gegenseitigen vollflächigen Anlage gebracht sind.
Der zu verformende Rohling 14 und die mindestens eine zu verformenden beulstabile Beilage 16 werden anschließend in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine Tragstruktur 28 eingesetzt. Die Tragstruktur 28 kann dabei als offenes Gestell oder Raumfachwerk ausgebildet sein. Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel kommen der zu verformende Rohling 14 und die mindestens eine zu verformenden beulstabile Beilage 16 ausschließlich über einen Umfang im Be- reich der großen Öffnung 26 mit einer Einrichtung zum Einspannen (nicht dargestellt) in Kontakt. Der Rohling 14 und die mindestens eine Beilage 16 werden beispielsweise durch die Einrichtung zum Einspannen über einen Drückring und einen Spannring, sowie gegebenenfalls einen Dichtring zwischen Drückring und Spannring (jeweils nicht dargestellt) , eingespannt, gehalten und während des Umformens dauerhaft sowie zuverlässig fixiert.
Einmal von der Einspannung des zu verformenden Rohlings 14 am Umfang bzw. am Umfang im Bereich der großen Öffnung 26 abgesehen, berührt der zu verformende Rohling 14 die Tragstruktur 28 zwischen dem Umfang im Bereich der. großen Öffnung 26 und dem Umfang im Bereich der kleinen Öffnung 24 nicht. Auf diese Weise wird jede zusätzliche Zwangsbedingung außerhalb der Ein- Spannung an der großen Öffnung 26 vermieden.
Bei der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform umfasst die Tragstruktur 28 eine Kammer 30, die- nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Kammer 30 ist im Wesentlichen becher-, topf-, schüssel-, kegel-, kegelstumpf- oder dergleichen -hohlförmig ausgebildet. Die Form der Kammer 30 der Tragstruktur 28 weicht, wie der Fig. 4 entnehmbar ist, von der Form und Abmessung des zu verformenden Rohlings 14 und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16 ab.
Um jede zusätzliche Zwangsbedingung auch während des Umformens auszuschließen, werden der zu verformende Rohling 14 und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16 in der Tragstruktur 28 und/oder der Kammer 30 gleichermaßen mit zunehmender Verformung berührungslos aufgenommen.
Wie ebenfalls in der Fig. 4 dargestellt ist, schließt sich so- dann der letzte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Dabei wird der zu verformende Rohling 14 zusammen mit der min ¬ destens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16, 16', 16' ' zu dem Schalenkörper 34 entsprechend der Fig. 5 durch das wenigstens eine Umformwerkzeug 32 verformt. Das Umformwerkzeug 32 beaufschlagt die Vorder- oder Innenseite 20 des zu verfor ¬ menden Rohlings 14 oder der mindestens einen zu verformenden als Auflage 16' 1 vorgesehenen Beilage 16.
Eine ganz bevorzugte Verformung erfolgt bei dem erfindungsge- mäßen Verfahren mittels konkaven Drückens bzw. Spinformens des zu verformenden Rohlings 14 gemeinsam mit der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16, 16', 16' ' . In diesem Zusammenhang wird der zu verformende Rohling 14 über wenigstens ein die Innenseite 20 beaufschlagendes Umformwerkzeug .32 in Form einer Umform- oder Drückrolle verformt. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 kommen zwei solcher Umform- oder Drückrollen zum Einsatz. Alternativ oder kumulativ ist es auch möglich, wenigstens eine, vorzugsweise hydrostatisch gelagerte, Drückkugel zu verwenden.
In alternativer Ausgestaltung zu dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels konkaven Drückens ist es ebenso möglich, den zu verformenden Rohling 14 und die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16 durch Gegenrollen und/oder Hämmern und/oder Kugelstrahlen zu dem Schalenkörper 34 zu verformen. In diesem Fall ist das wenigstens eine Umformwerkzeug 32 entweder durch wenigstens eine damit zusammenwirkende die Außenseite 22 des zu verformenden Rohlings 14 beaufschlagende Ge- genrolle (nicht dargestellt) oder als wenigstens ein Hammer und/oder als Kugeln aus Metall, Glas oder einer Kombination daraus ausgebildet. In zweckmäßiger Weise wird das Umformwerkzeug 32, welches die Vorder- oder Innenseite 20 des zu verformenden Rohlings 14 und der mindestens einen zu verformenden beulstabilen Beilage 16 beaufschlagt, in einer Ebene radial zu dem zu verformenden Rohling 14 und der mindestens einen zu verformenden beulstabi- len Beilage 16, 16', 16' 1 zweidimensional von der Mitte zum Umfang des Rohlings 14 und der mindestens einen beulstabilen Beilage 16, 16', 16'', und umgekehrt, bei ebenflächiger im Wesentlichen kreisförmiger oder scheibenförmiger Ausbildung geführt. Andernfalls, d.h. bei Ausbildung als teilweiser Kreis- ring, wird das Umformwerkzeug vom Umfang im Bereich einer kleinen Öffnung 24 zum Umfang im Bereich einer großen Öffnung 26 des Rohlings 14 und der mindestens einen beulstabilen Beilage 16, 16', 16'', und umgekehrt, geführt wird. Das Umformwerkzeug 32 wird mittels einer Schablone oder numerisch gere- gelt und/oder gesteuert.
Es ist darüber hinaus denkbar, ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend weiter zu verbessern, dass der zu verformende Rohling 14 und die minde- stens eine zu verformende beulstabile Beilage 16 und das wenigstens eine Umformwerkzeug 32 bei der Verformung zu dem Schalenkörper 34 relativ zueinander bewegt, insbesondere gedreht, werden. In der Fig. 4 ist durch die Pfeile 36 schematisch angedeutet, dass der zu verformende Rohling 14 in der Tragstruktur 28 feststehend angeordnet ist, während sich das Umformwerkzeug 32 bewegt bzw. dreht. Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, kann eine kinematische Umkehr dessen ebenso vorteilhaft sein, d.h. dass der zu verformende Rohling 14 in oder zusammen mit der Tragstruktur 28 drehbar ausgebildet ist, während das Umformwerkzeug 32 lediglich in radialer Richtung beweglich ist. Schließlich ist auch eine Kombination dessen möglich, so dass sowohl der zu verformende Rohling 14 in oder mit der Tragstruktur 28 als auch das Umformwerkzeug 32 relativ drehbar ausgestaltet sind.
Der zu verformende Rohling 14 wird vorzugsweise über wenigstens eine der Tragstruktur 28 zugeordnete Einrichtung zur Er- wärmung und/oder Aufheizung (nicht gezeigt) des zu verformenden Rohlings 14 auf ein erhöhtes Temperaturprofil gebracht. Vor dem Verformen zu dem Schalenkörper 34 kann der zu verformende Rohling 14 beispielsweise weichgeglüht werden. Des Weiteren kann der zu verformende Rohling 14, insbesondere nach weitgehendem Verformen zu dem Schalenkörper 34, einem Lösungsglühen und anschließendem Abschrecken sowie bei Bedarf gegebenenfalls einem nachfolgenden Kaltrecken unterzogen werden. Durch letztere Maßnahmen lassen sich potentielle Verzüge auszugleichen, Eigenspannungen beseitigen und Gitterstörungen im Gefüge möglichst homogen verteilen.
Der ebenflächige Rohling 10 oder der im Wesentlichen kreisförmig oder scheibenförmig ausgebildete Rohling 10' oder der als teilweiser Kreisring ausgebildete Rohling 10' und/oder der zu verformende Rohling 14 kann außerdem vor dem Verformen zu dem Schalenkörper 34 durch Spanabhebung, insbesondere durch Dre ¬ hen, Fräsen und/oder Schleifen, mit einer Konturierung versehen werden, wobei eine vorbestimmte Wanddickenverteilung des Rohlings 10, 10', 14 zum Erhalt einer gewünschten Endwanddicke des Schalenkörpers 34 eingestellt wird. Gleichermaßen ist es möglich, Durchbrüche, Perforationen oder dergleichen Ausnehmungen vorzusehen, welche zum Verformen durch die mindestens eine zu verformende beulstabile Beilage 16, 16', 16'' und/oder durch gesonderte Abdeckungen, insbesondere eine Folie, zeit- weise verschlossen werden können (jeweils nicht gezeigt).
Um das Verformen des zu verformenden Rohlings 14 durch das wenigstens eine Umformwerkzeug 32 zu unterstützen, kann zusätzlich ein definiertes Evakuieren vorgesehen sein. Dabei werden die der Tragstruktur . 28 zugewandte Außenseite 22 des zu verformenden Rohlings 14 gegenüber der Innenseite 20 des zu verformenden Rohlings 14, welche der Tragstruktur 28 abgewandt ist, abgedichtet und wird ein Vakuum an eine von dem zu ver- formenden Rohling 14 abgeschlossene Kammer 30 der Tragstruktur 28 angelegt. Zu diesem Zweck kann die Tragstruktur 28 beispielsweise als Raumfachwerk mit vakuumfester Wandung oder die Kammer 30 als eine Vakuumkammer ausgebildet sein. Durchbrüche, Perforationen oder dergleichen Ausnehmungen an dem ebenflächigen Rohling 10 bzw. dem flächigen, als gerader Kreiskegel ausgebildeten Rohling 12 bzw. dem zu verformenden Rohling 14 lassen sich durch gesonderte Abdeckungen, insbesondere eine Folie, wie auch in vorteilhafter Weise durch die beulstabile/n Beilage/n 16', 16'' beim Verformen- zeitweise vakuumdicht versiegeln .
Während des Verformens zu dem Schalenkörper 34 wird der zu verformende Rohling 14 vorzugsweise kontinuierlich vermessen.
Schließlich kann der Schalenkörper- 34 nach dem Verformen in der Tragstruktur 28 oder im Ofen warmausgelagert und auf einen Zustand T8 gebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. So ist es möglich, anstelle von zwei beulstabilen Beilagen 16, nämlich der Unterlage 16' und der Auflage 16' ', lediglich eine Beilage 16 vorzusehen und dem zu verformenden Rohling 14 zuzuordnen, wobei diese eine Beila- ge 16 dann entweder als Unterlage 16' oder als Auflage 16' ' zum Einsatz gebracht wird.