DE102007009937A1 - Verfahren zur Umformung einer Platine und Kühlvorrichtung für eine Platine - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung einer metallenen Platine, wobei die Platine auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, dann mittels einer Kühlvorrichtung abgekühlt und anschließend in eine Presse eingelegt und umgeformt wird. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung für eine metallene Platine.
- Unter dem Begriff "Platine" wird im Folgenden vorzugsweise ein ebenes Metallblech verstanden, jedoch kann die Platine auch bereits vorverformt sein und eine von einer ebenen Ausrichtung abweichende Gestaltung besitzen. Beispielhaft soll jedoch von einer ebenen Platine ausgegangen werden.
- Es ist seit langem bekannt und üblich, eine metallene Platine in eine hydraulische Presse zwischen ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug einzulegen und dann die Werkzeuge gegeneinander zu verfahren und dabei die Platine entsprechend den Formgebungen auf den Formflächen der Werkzeuge umzuformen.
- Beim sogenannten Presshärten wird die Platine zum Zwecke der Härtung zunächst auf eine Temperatur von ca. 800°C bis 1000°C aufgeheizt, dann in die Presse eingelegt und umgeformt und solange unter der Umform- bzw. Presskraft in der Presse gehalten, bis die Platine bzw. das daraus geformte Bauteil bis auf eine Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Zieltemperatur abgekühlt ist. Die Abkühlung dauert jedoch relativ lange. Da die Presse während dieser Zeit nicht weiter benutzt werden kann, ist die Herstellung eines einzelnen Bauteils sehr zeitaufwendig und relativ unwirtschaftlich.
- Zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens ist es bekannt, die aufgeheizte Platine vor dem Einlegen in die Umformpresse einer Vorkühlung zu unterziehen, indem die Platine durch einen Tunnel geführt wird, in dem sie mit Luft und/oder Inertgas angeblasen und dadurch auf eine Temperatur von ca. 400°C bis 500°C abgekühlt wird. Auf diese Weise ist die Zeit, die die Platine bzw. das umgeformte Bauteil in der Presse verbringen muss, wesentlich verringert, jedoch benötigt ein entsprechender Kühltunnel einen großen Bauraum, da eine relativ lange Kühlstrecke vorgesehen sein muss, um die Bauteile in genannter Weise herunterzukühlen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umformung einer metallenen Platine zu schaffen, mit dem eine schnelle und effiziente Kühlung und Umformung der Platine erreicht wird. Darüber hinaus soll eine Kühlvorrichtung für eine metallene Platine geschaffen werden, mit der sich das Verfahren in einfacher und platzsparender Weise ausführen lässt.
- Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Platine in der Kühlvorrichtung zumindest auf einer ihrer Plattenflächen und vorzugsweise auf ihren beiden ent gegengesetzten Plattenflächen mit einem Kühlelement in direkte Anlage gebracht wird.
- Die Erfindung geht von der Grundüberlegung aus, die aufgeheizte Platine durch direkte Anlage von Kühlelementen, d. h. durch Kontaktkühlung herunterzukühlen. Die aufgeheizte Platine wird zwischen die auseinandergefahren Kühlelemente eingelegt, woraufhin diese zusammenfahren und sich von entgegengesetzten Seiten vorzugsweise vollflächig an die Platine anlegen und diese herunterkühlen. Es hat sich gezeigt, dass durch die direkte Kontaktkühlung einerseits eine sehr schnelle Abkühlung der Platine zu erreichen ist und dass darüber hinaus der Platzbedarf einer entsprechenden Kühlvorrichtung relativ gering ist.
- Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung nach Art einer hydraulischen Zuhaltevorrichtung aufgebaut, die ein 1. vorzugsweise unteres Kühlelement und ein 2. vorzugsweise oberes Kühlelement aufweist, die mittels einer hydraulischen Antriebs- oder Verstellvorrichtung zwischen einer zusammengefahrenen Spannstellung und einer auseinandergefahrenen Offenstellung verstellbar sind. Zum Zwecke der Kühlung wird die Platine zwischen die Kühlelemente gelegt, woraufhin diese soweit zusammengefahren werden, dass die Platine zwischen den Kühlelementen eingespannt ist. Die von den Kühlelementen auf die Platine ausgeübte Spannkraft sollte dabei jedoch so gering sein, dass die Kühlelemente in der Platine keine oder allenfalls ausschließlich elastische Verformungen hervorrufen, so dass die Platine nach Beendigung des Kühlvorgangs wieder ihre ursprüngliche Geometrie insbesondere als ebene Platine besitzt.
- Nach Beendigung des Kühlvorgangs wird die hydraulische Verstellvorrichtung, die die Kühlelemente in direkte Anlage mit den Plattenflächen der Platine hält, so aktiviert, dass die Kühlelemente auseinandergefahren werden und die Platine entnommen und in die vorzugsweise hydraulische Presse umge setzt werden kann, in der der eigentliche Umformvorgang durchgeführt wird.
- In einer möglichen Ausgestaltung des Kühlvorgangs kann vorgesehen sein, dass der Benutzer die von den Kühlelementen auf die Platine ausgeübte Spannkraft und auch die Zeit, in der die Platine zwischen den Kühlelementen eingespannt sein soll, vorwählt und der Kühlvorgang entsprechend abläuft.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die IST-Temperatur der Platine während des Kühlvorgangs erfasst und die Kühlung solange fortgeführt wird, bis eine vorgegebenen Zieltemperatur erreicht oder unterschritten ist. Der Vergleich zwischen der IST-Temperatur und der Soll- bzw. Zieltemperatur wird in üblicher Weise in einer Steuervorrichtung vorgenommen, die den Kühlvorgang beendet und die Kühlelemente auseinander fährt, wenn die Zieltemperatur erreicht oder unterschritten ist.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die IST-Temperatur der Platine nicht nur an einer Stelle, sondern gleichzeitig in verschiedenen Bereichen der Platine erfasst wird.
- Um eine definierte Abkühlung der Platine sicherzustellen, sollte diese möglichst gleichzeitig auf ihren beiden Plattenflächen mit dem jeweiligen Kühlelement in Anlage kommen. Um dabei den Wärmeübergang vor dem Aufbau der Spannkraft der Kühlelemente möglichst gering zu halten, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Platine vor Beginn des Kühlvorgangs mit Abstand zu den Kühlelementen zwischen diesen gehalten ist und erst beim Zusammenfahren der Kühlelemente mit diesen in Anlage kommt. Zu diesem Zweck können in der Kühlvorrichtung verstellbare Abstandshalter vorgesehen sein, die über insbesondere das untere Kühlelement nach oben herausragen und auf die die Platine mit Abstand zum Kühlelement auflegbar ist. Wenn die Kühlelemente gegeneinander fahren und geschlossen werden, drückt das obere Kühlelement auf die Oberseite der Platine, wodurch die verstellbaren Abstandshalter in das untere Kühlelement vollständig eingeschoben werden, so dass die Platine auch auf ihrer Unterseite mit dem unteren Kühlelement in Anlage kommt.
- Hinsichtlich der Kühlvorrichtung wird die obenstehenden Aufgabe durch ein 1. Kühlelement und ein 2. Kühlelement gelöst, die relativ zueinander verstellbar sind und zwischen denen die Platine einspannbar ist. Die Kühlelemente sind Teil einer insbesondere hydraulischen Zuhaltevorrichtung und können mittels einer hydraulischen Antriebs- oder Verstellvorrichtung relativ zueinander in oben genannter Weise verfahren werden.
- Vorzugsweise besitzt zumindest eines der Kühlelemente und insbesondere das untere Kühlelement verstellbare Abstandshalter, auf die die Platine mit Abstand zum Kühlelement auflegbar ist, so dass die aufgeheizte Platine erst unmittelbar vor dem schließen der Kühlelemente mit dem unteren Kühlelement in Anlage kommt.
- Nach Beendigung des Kühlvorgangs kann es vorkommen, dass die Platine am oberen Kühlelement haften bleibt und beim Auseinanderfahren der Kühlelemente mit angehoben wird. Um die Platine in diesem Fall vom oberen Kühlelement zu lösen, können in das obere Kühlelement vorzugsweise hydraulisch aktivierbare Auswerferstifte integriert sein.
- Neben Platinen, die über ihre Fläche eine zumindest annähernd konstante Dicke aufweisen, sind auch Platinen bekannt, die über ihre Fläche Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen und als "Tailored Blanks" oder "Patchwork Blanks" bezeichnet werden. Wenn derartige Platinen zwischen Kühlelementen eingespannt werden, die jeweils auf ihrer der Platine zugewandten Oberfläche eben ausgebildet sind, steht die Platine nur in den dickeren Bereichen mit den Kühlelementen in Anlage, so dass eine ungleichmäßige Kühlung gegeben ist. Um auch eine Platine mit einer über die Fläche variierenden Dicke zuverlässig und effizient kühlen zu können, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass jedes Kühlelement aus mehreren Kühlelementteilen aufgebaut ist, wobei die Kühlelementteile unabhängig voneinander verstellbar sind. Beispielsweise kann ein Kühlelement aus 6 bis 8 Kühlelementteilen aufgebaut sein, die nebeneinander angeordnet sind und zusammen das Kühlelement bilden. Jedes Kühlelementteil ist über einen hydraulischen Antrieb unabhängig von den anderen Kühlelementteilen anhebbar und absenkbar, so dass sich das Kühlelement durch entsprechende Verstellung der Kühlelementteile an die Oberflächenkontur der zu kühlenden Platine anpassen kann.
- Da jedem Kühlelementteil ein eigener hydraulischer Antrieb zugeordnet ist, können die einzelnen Kühlelementteile auch unterschiedliche Spannkräfte auf die Platine ausüben, indem die hydraulischen Antriebe der Kühlelementteile in unterschiedlicher Weise angesteuert werden.
- Darüber hinaus kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Kühlelementteile auch unabhängig voneinander temperierbar sind, so dass die Platine bereichsweise einer unterschiedlichen Kühlung ausgesetzt werden kann, um beispielsweise die dickeren Platinenbereiche stärker zu kühlen als die dünnen Platinenbereiche und um auf diese Weise annähernd gleichzeitig in der ganzen Platine die gewünschte Zieltemperatur zu erreichen.
- Unter dem Begriff "Kühlen" ist eine Absenkung der IST-Temperatur der Platine auf die gewünschte Zieltemperatur zu verstehen. Zu diesem Zweck sollten die Kühlelemente eine Ausgangstemperatur aufweisen, die unterhalb der Zieltemperatur liegt, wobei die Temperatur der Kühlelemente aber oberhalb der Umgebungstemperatur liegen kann.
- Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
-
1 eine schematische, teilweise geschnitten dargestellte Vorderansicht einer Kühlvorrichtung, -
2 eine schematische, teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht der Kühlvorrichtung gemäß1 und -
3 eine alternative Ausgestaltung des unteren Kühlelementes. - Eine in den
1 und2 dargestellte Kühlvorrichtung10 umfasst vier vertikale Stützen12 , die jeweils am Erdboden E abgestützt und in den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind. Jeweils zwei benachbarte Stützen12 sind an ihrem oberen und ihrem unteren Ende über Querträger12a und12b zu einem Rahmen miteinander verbunden. Auf der Oberseite jedes oberen Querträgers12a ist ein nach oben ragender feststehender Kolben22a montiert, auf dem am oberen Ende ein Zylinder22b verschieblich aufgesetzt ist. Der Kolben22a und der Zylinder22b bilden zusammen eine hydraulische Verstellvorrichtung11 . Die beiden Zylinder22b sind über eine Brücke17 fest miteinander verbunden, an deren Unterseite ein Oberwerkzeug18 gehalten ist. Das Oberwerkzeug18 umfasst eine an der Brücke17 angebrachte obere Grundplatte18a , an deren Unterseite ein plattenförmiges Kühlelement19 gehalten ist. In die Grundplatte18a sind eine Vielzahl von hydraulischen Betätigungseinrichtungen24 in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet, die jeweils mit einem das Kühlelement19 durchdringenden Auswerferstift25 in Verbindung stehen. - Im unteren Bereich der Kühlvorrichtung
10 ist ein Tisch13 angeordnet, der über Stützen14 zwischen den vertikalen Stützen12 abgestützt ist, wobei die Stützen14 mittels einer Einstellvorrichtung23 höhenverstellbar sind, wie es durch die Doppelpfeile B angedeutet ist. Auf der Oberseite des Tisches13 unterhalb des Oberwerkzeugs18 ist ein Unterwerkzeug15 angeordnet, das eine untere Grundplatte15a aufweist, auf deren Oberseite ein plattenförmiges Kühlelement16 angeordnet ist. In die Grundplatte15a sind eine Vielzahl von hydraulischen Betätigungseinrichtungen20 in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten integriert, die jeweils mit einem das Kühlelement16 durchdringenden, stiftförmigen Abstandshalter21 verbunden sind. - Durch Aktivierung der hydraulischen Verstellvorrichtungen
11 kann die Brücke17 mit dem Oberwerkzeug18 in Richtung des Unterwerkzeugs15 soweit abgesenkt werden (siehe Doppelpfeil A), dass eine ebene, metallene Platine P zwischen dem Oberwerkzeug18 und dem Unterwerkzeug15 bzw. zwischen den entsprechenden Kühlelementen19 und16 eingespannt ist. - Die Kühlelemente
16 und19 sind in an sich bekannter Weise gekühlt und insbesondere von einem Kühlfluid durchflossen. - Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kühlvorrichtung
10 erläutert. Die Platine P, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine ebene metallene Platte konstanter Dicke ist, wird in einer nicht dargestellten, vorgeschalteten Station auf eine Temperatur von ca. 900°C erwärmt und anschließend in die Kühlvorrichtung10 eingelegt, indem sie mit ihrer Unterseite auf die nach oben aus dem Kühlelement16 des Unterwerkzeugs15 hervorstehenden Abstandshalter21 aufgelegt wird. Die Platine P ist dabei mit Abstand zu dem Kühlelement16 gehalten. Dieser Zustand ist in den1 und2 dargestellt. - Anschließend werden die hydraulischen Verstellvorrichtungen
11 aktiviert, wodurch sich die Brücke17 mit dem Oberwerkzeug18 absenkt, bis das Kühlelement19 des Oberwerkzeugs18 mit der Oberseite der Platine P in Anlage kommt. Die Betätigungseinrichtungen24 des Oberwerkzeugs18 sind dabei deaktiviert, so dass die Auswerferstifte25 in das Kühlelement19 eingeschoben werden. - Bei einer weiteren Absenkung des Oberwerkzeugs
18 wird die Platine P von oben auf die Oberseite des Kühlelementes16 des Unterwerkzeugs15 gedrückt, wobei die Abstandshalter21 in das Kühlelement16 eingeschoben werden. In diesem geschlossenen Zustand der Kühlvorrichtung10 ist die Platine P zwischen den beiden Kühlelementen16 und19 mit geringer Kraft eingespannt. Die der Platine P zugewandte Unterseite des Kühlelementes19 des Oberwerkzeugs18 und die der Platine P zugewandte Oberseite des Kühlelementes16 des Unterwerkzeugs15 sind jeweils eben ausgebildet, so dass beim Schließen der Kühlvorrichtung10 keine oder zumindest keine bleibende Verformung der Platine auftritt. - Während des Kühlvorgangs wird die IST-Temperatur der Platine P an mehreren Stellen mittels entsprechender Sensoren erfasst und es werden Temperatursignale an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung gegeben, die die Kühlvorrichtung
10 durch Hochfahren der Brücke17 und des Oberwerkzeugs18 erst dann öffnet, wenn die IST-Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Zieltemperatur liegt. - Es kann vorkommen, dass die Platine P beim Öffnen der Kühlvorrichtung
10 an der Unterseite des Kühlelementes19 des Oberwerkzeugs18 haften bleibt und mit diesem angehoben wird. In diesem Fall werden die Betätigungseinrichtungen24 der Auswerferstifte21 aktiviert, die die Platine P von dem Oberwerkzeug18 lösen. - In
1 ist eine ebene Platte P gezeigt, die über ihre gesamte Fläche eine konstante Dicke aufweist. Es sind jedoch auch Platinen bekannt, die Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen und deren Einspannung bei Verwendung eines einteiligen, ebenen Kühlelementes unzureichend wäre3 zeigt eine Abwandlung des Unterwerkzeugs15 , bei dem das Kühlelement16 aus drei nebeneinander angeordneten Kühlelementteilen16a ,16b und16c aufgebaut ist. Jedes Kühlelementteil16a ,16b und16c ist mit einer eigenen hydraulischen Antriebsvorrichtung26a ,26b und26c ausgerüstet, wodurch die Kühlelementteile16a ,16b uns16c unabhängig voneinander angehoben und abgesenkt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlelementteile16a ,16b und16c zueinander so zu verstellen, dass auch bei einer Platine mit Bereichen unterschiedlicher Dicke eine gute Einspannung erreicht ist. - Obwohl in
3 nur eine Abwandlung des Unterwerkzeugs dargestellt ist, kann alternativ oder zusätzlich dazu auch das Oberwerkzeug in gleichartiger Weise ausgebildet sein, indem dessen Kühlelement19 in mehrere Kühlelementteile mit jeweils einer eigenen hydraulischen Antriebsvorrichtung ausgebildet ist. - In
3 ist das Kühlelement16 in drei Kühlelementteile16a ,16b und16c unterteilt. Das Kühlelement kann auch in mehrere Kühlelementteile unterteilt sein, wobei sich eine Unterteilung in 6 bis 8 Kühlelementteile als sinnvoll erwiesen hat, die in einem 2 × 3- oder einem 2 × 4-Feld angeordnet sind. - Die Höhenvertellung des Tisches
13 und somit des Unterwerkzeugs15 dient dazu, die Position der Oberkante des Unterwerkzeugs an die Transporthöhe von automatischen Umsetzeinrichtungen, z. B. Greifvorrichtungen oder Robotern, anpassen zu können.
Claims (18)
- Verfahren zur Umformung einer metallenen Platine (P), wobei die Platine (P) auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, dann mittels einer Kühlvorrichtung (
10 ) abgekühlt und anschließend in eine Presse eingelegt und umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) in der Kühlvorrichtung (10 ) zumindest auf einer ihrer Plattenflächen mit einem Kühlelement (16 ,19 ) in direkte Anlage gebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) auf ihren beiden Plattenflächen mit einem Kühlelement (
16 ,19 ) in direkte Anlage gebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) mit ihrer Plattenfläche vollflächig mit dem Kühlelement (
16 ,19 ) in Anlage steht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) zwischen den Kühl elementen (
16 ,19 ) eingespannt ist. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft der Kühlelemente (
16 ,19 ) ausschließlich elastische Verformungen der Platine (P) hervorruft. - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (
16 ,19 ) mittels einer hydraulischen Verstellvorrichtung (11 ) gegeneinander gespannt sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die IST-Temperatur der Platine (P) während des Kühlvorgangs erfasst und die Kühlung solange fortgeführt wird, bis eine vorgegebene Zieltemperatur erreicht oder unterschritten ist.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die IST-Temperatur der Platine (P) gleichzeitig in verschiedenen Bereichen der Platine (P) erfasst wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) vor Beginn des Kühlvorgangs mit Abstand zu den Kühlelementen (
16 ,19 ) zwischen diesen gehalten ist und beim Zusammenführen der Kühlelemente (16 ,19 ) mit diesen in Anlage kommt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) auf eine Temperatur von 800°C bis 1000°C erwärmt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (P) auf eine Temperatur von 400°C bis 500°C abgekühlt wird.
- Kühlvorrichtung (
10 ) für eine metallene Platine (P), gekennzeichnet durch ein 1. Kühlelement (16 ) und ein 2. Kühlelement (19 ), die relativ zueinander verstellbar sind und zwischen denen die Platine (P) einspannbar ist. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (
16 ,19 ) hydraulisch verstellbar sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kühlelemente (
16 ) verstellbare Abstandshalter (21 ) aufweist, auf die die Platine (P) mit Abstand zum Kühlelement (16 ) auflegbar ist. - Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch zumindest einen Temperatur-Sensor, mittels dessen die IST-Temperatur der Platine (P) während des Kühlvorgangs erfassbar ist.
- Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kühlelement (
16 ,19 ) aus mehreren Kühlelementteilen (16a ,16b ,16c ) aufgebaut ist, wobei die Kühlelementteile (16a ,16b 16c ) unabhängig voneinander verstellbar sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Kühlelementteilen (
16a ,16b ,16c ) unterschiedliche Spannkräfte in die Platine (P) einbringbar sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlelementteile (
16a ,16b ,16c ) unabhängig voneinander einstellbar ist.
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