CH703727A1 - Verfahren zum Herstellen von Blechstapelkörpern. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers durch die folgenden Schritte: zuerst wird aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität (1) eines Werkzeugs ein Stapel gebildet, wobei zwischen den Blechteilen (3) thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind. Danach werden die Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers aufgeheizt. Dabei ist die Kontur der Kavität (1) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der Kontur der Blechteile (3). Aufgrund des Materialkontakts in diesem Bereich wird beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet, was wiederum die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt. Die Blechteile (3) werden vorteilhafterweise durch Stanzen hergestellt werden und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) in die Kavität (1) eingebracht. Insbesondere wird in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche wiederum in die Blechteile (3) eingeleitet wird.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers mit folgenden Schritten: Bilden eines Stapels aus mehreren Blechteilen, welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität eines Werkzeugs, wobei zwischen den Blechteilen thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und Aufheizen der Blechteile zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

[0002] Der Bedarf nach Elektromotoren, Generatoren und generell nach elektrischen Maschinen steigt unter anderem mit der Verbreitung von Elektromobilen und Hybridautos stetig an. Deshalb sind Statoren und Rotoren in grosser Zahl und mit hoher Genauigkeit herzustellen, wobei gleichzeitig die Produktionskosten möglichst gering und die Herstellung möglichst materialsparend sein sollen. Eine Technologie, die hier zur Anwendung kommt, ist das Herstellen von Stapelkörpern aus magnetischen Blechen.

[0003] Die DE 3 829 068 C1 (Mannesmann) beschreibt ein Verfahren zum Verkleben (Verbacken) von mit einer Klebstoffisolierschicht versehenen in einem Automaten gestanzten Elektroblechen. Dazu werden die einzelnen Stanzteile aufeinander gelegt und unter dem Einfluss von Wärme und axialem Druck miteinander verklebt (verbackt). Zur wesentlichen Verringerung des Zeit- und Energieaufwands wird jedes einzelne Stanzteil während des Ablegens auf die Reaktionstemperatur des Backlackes erwärmt und dann sofort auf das vorher abgelegte Stanzteil aufgepresst. Sowohl am Pressstempel wie auch in der Aufnahme sind beheizbare Kontaktplatten vorgesehen, so dass der Stapel von unten und oben (also von seinen Enden her) beheizt werden kann. Der die gewünschte Höhe aufweisende Stapel wird danach abgekühlt. Es wird also ein Verbacken der einzelnen Stanzteile vorgenommen, statt den gesamten Stapel nach erreichen der Fertighöhe zu Verbacken. Dies hat den Nachteil, dass mit jedem weiteren angebackenen Stanzteil wieder derselbe Verback-Druck temporär auf die bereits verbackenen Stanzteile ausgeübt wird, und die Höhe des Stapels nur auf die Dicke eines Stanzteils genau kontrolliert werden kann. Zudem kann eine glatte und präzis definierte Aussenkontur des Stapels nur durch eine nachträgliche Behandlung wie z.B. Abschleifen, ein Aufheizen des ganzen Stapels oder ein Umhüllen mit einer weiteren Schicht erreicht werden.

[0004] Die DE 3 110 339 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Blechpaketen. Dabei werden mit einer Stanze aus einem beidseitig mit vorgehärtetem duroplastischen Kleber beschichteten Elektroblechstreifen Lamellen ausgestanzt, welche in ein unterhalb der Schnittebene angeordnetes Magazin fallen. Im Magazin werden die Lamellen entweder gezählt oder gewogen und ausgerichtet zu einem Paket gestapelt. Das Paket wird im Magazin durch einen Förderer zuerst durch eine Aushärtzone transportiert, in welcher es durch Erwärmen auf ca. 230 Grad Celsius unter Druck verklebt wird. Danach wird das Paket in eine Abkühlzone transportiert, aus dem Magazin genommen und in einer Einrichtung mit einem Korrosionsschutz überzogen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass eine teure, komplizierte und störanfällige, aus vielen Komponenten bestehende Produktionsstrasse mit einer Vielzahl von Magazinen nötig ist.

Darstellung der Erfindung

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zu schaffen, welches Blechstapelkörper mit einer mindestens in einem Bereich präzis definierten Aussenkontur einfach, rasch und kostengünstig herstellt.

[0006] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung besteht das Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers aus den folgenden Schritten: in einer Kavität eines Werkzeugs wird aus mehreren Blechteilen ein Stapel gebildet. Die Blechteile weisen zumindest in einem Bereich eine identische Kontur auf. Unter einer «Kontur» wird dabei eine das Blechstück (in der Blechebene) begrenzende, umlaufende Randlinie verstanden. Unter einem «Bereich» wird ein Teil der Randlinie mit einer gewissen Ausdehnung (z.B. mindestens mehrere Millimeter, insbesondere 1 cm oder mehr) verstanden. Der Bereich ist also nicht punktförmig, Zwischen den Blechteilen sind thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen. Diese decken einen wesentlichen Teil der Oberfläche des Blechstücks ab, derart, dass eine feste, flächige Verbindung zwischen den beiden Oberflächen der aufeinander liegenden Blechteile gebildet werden kann. Es ist aber nicht zwingend, dass sich die Kleberschichten über die ganze Oberfläche der Blechteile erstreckt. Zur Aushärtung dieser Kleberschichten und damit zur Bildung des Blechstapelkörpers werden die Blechteile aufgeheizt. Dabei ist die Kontur der Kavität (betrachtet in einem Querschnitt bezüglich der Kavitätslängsachse) des Werkzeugs mit der Kontur der Blechteile mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile passgenau (d.h. die einzelnen Blechteile befinden sich in Klemmsitz in der Kavität), so dass aufgrund eines Materialkontakts zwischen Blechrand und Kavitätsinnenwand in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile ein überwiegender Teil, d.h. mindestens 50 % der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (quasi über die Randlinie) eingeleitet wird. Dies bewirkt schlussendlich die Aushärtung der Kleberschichten.

[0007] Das erfindungsgemässe Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der passgenaue und unmittelbare seitliche Materialkontakt zwischen der Kavitätsinnenwand (Werkzeug) und Blechrand einen sehr effizienten Wärmetransport erlaubt, da das typischerweise aus Metall gefertigte Werkzeug eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Wärme direkt an den anliegenden Teil des Blechstapels weiterleiten kann. Auf diese Weise kann der Blechstapel rasch aufgeheizt werden, wobei er gleichzeitig durch anliegende Teile der Kavität eine räumlich präzis definierte Kontur annimmt. Dabei nimmt mit zunehmender Kontaktfläche zwischen Blechstapel und Werkzeug die Effizienz des Wärmetransports zu, und gleichzeitig steigt auch der Anteil der präzis definierten Kontur.

[0008] Bevorzugt liegen für die spätere Verwendung und Funktion wichtige Teile des Blechstapels im Bereich der präzis definierten Kontur, in welchem durch den Kontakt mit dem Werkzeug Stapelfehler und Austritt des Klebers verhindert werden.

[0009] Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich mit einer kompakt konstruierbaren Vorrichtung umsetzen. Die Arbeitsschritte Erwärmung und Formgebung lassen sich in einer einzige Maschine integrieren, wobei beide Arbeitsschritte mindestens teilweise gleichzeitig ablaufen können.

[0010] Auf diese Weise werden komplizierte Produktionsstrassen auf eine einzige Maschine reduziert, was Kosten spart, die Wartung vereinfacht und den Platzbedarf minimiert. Zudem wird die Herstellung beschleunigt.

[0011] Als optionales Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Blechteile durch Stanzen hergestellt und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil in die Kavität eingebracht.

[0012] Stanzen ist eine besonders effiziente, rasche und ausreichend präzise Methode, viele Blechteile vor Ort herzustellen. Indem die Blechteile in derjenigen Grösse gestanzt werden, dass sie (nur) gegen einen Reibungswiderstand in die Kavität eingebracht werden können (also nicht einfach hineinfallen), sind sie durch eine Freiformklemmung in der Kavität fixiert und können auf diese Weise angeordnet und auch transportiert werden. Die Blechteile können auf verschiedene Weise in die Kavität eingebracht bzw. hineingedrückt werden, so z. B. einzeln durch einen Stanzstempel, einen Stössel oder mit einem Luftdruckstoss oder etwa auch durch sukzessives Stapeln und blockweises Hineindrücken der Blechteile.

[0013] Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der Kavität in unmittelbarer Umgebung unterhalb der Stanzebene einer Stanzmaschine, so dass das frisch gestanzte Blechteil direkt in die Kavität eingebracht bzw. gedrückt werden kann und dadurch Transportwege und Manipulationen des Blechteils wie z. B. dessen Ausrichtung gespart werden können. Der Eingang der Kavität ist in diesem Fall durch die Stanzmatrize gebildet und die Kavität stellt insgesamt eine Verlängerung der Stanzmatrize in Stanzrichtung dar. Der Stanzstempel kann dabei gleichzeitig die Blechteile in die Kavität einbringen und gegebenenfalls auch den verbackenen Blechstapelkörper ausstossen.

[0014] Wenn eine Endlosfertigung gewünscht ist (d.h. die Fertigung von Stangenmaterial, welches letztendlich eine deutlich grössere Länge als die Kavität hat), dann kann der Stanzstempel den Stapel soweit weiter stossen, dass der bereits verbackene Abschnitt des Stapels weitgehend aus der Kavität heraustritt und anliegend an den bereits verbackenen Abschnitt ein weiterer Abschnitt entsteht, d. h. weitere Blechteile in die Kavität eingebracht und verbacken werden. Durch eine Aneinanderreihung entsprechend vieler Abschnitte können beliebig lange Blechstapelkörper entstehen. Die Stanzmatrize kann dabei von der Kavität thermisch und mechanisch entkoppelt sein oder die Kavität kann auch (wie bereits angedeutet) als Erweiterung der Stanzmatrize ausgebildet sein, d.h. ein Teil der Kavität dient als Stanzmatrize.

[0015] Alternativ können die Blechteile auch auf eine andere Weise als durch Stanzen, z.B. durch Zerteilen, Spannen oder Abtragen aus grösseren Blechteilen geformt werden. So eignen sich insbesondere etwa verschiedene Schneidmethoden (z. B. mit Wasserstrahlen, Laser, verschiedenen Scherschneidmethoden), das Heraustrennen durch beispielsweise Ätzen, Löten und/oder Schweissen oder verschiedene andere Methoden (Fräsen etc.) zur Herstellung von Blechteilen. Die Blechteile können aber beispielsweise auch direkt einzeln hergestellt werden, indem etwa Metallstücke in Form gepresst, gegossen, gewalzt oder sonst wie in Form gebracht werden. Die Blechstücke müssen auch nicht unbedingt gegen einen Reibungswiderstand in die Kavität eingebracht werden, sondern können in gewissen Fällen (wie z.B. bei dünnen Blechstücken, grossen Querschnitten oder bei delikaten Teilen, wo Kantenbeanspruchungen und/oder -Verletzungen unzulässig sind) auch weitgehend widerstandsfrei in die Kavität eingebracht werden.

[0016] Optional wird in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet, um Wärmeenergie in das Werkzeug zu einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird.

[0017] Durch das Einleiten eines ersten Fluids einer geeigneten Temperatur und insbesondere einer Flüssigkeit wie z. B. mineralischem Öl kann ein Teil des Werkzeugs besonders rasch erwärmt werden, und zusätzlich kann die an den Blechstapel weitergeleitete Wärmeenergie rasch im Werkzeug ersetzt werden. Je kleiner die zu erwärmende Totalmasse (also Werkzeugteil sowie der Inhalt der Kavität) ist, desto rascher kann eine Temperaturänderung vorgenommen werden. Darum ist der Teil des Werkzeugs, welcher erwärmt wird, mit Vorteil möglichst klein ausgebildet. Insbesondere können Fluidkanäle in dem zu erwärmenden Teil des Werkzeugs ausformt sein, durch welche heisses erstes Fluid zum Erwärmen des Werkzeugs - und dadurch des Blechstapels - eingeleitet wird.

[0018] Alternativ kann die Erwärmung des mit dem Blechstapel in Kontakt stehenden Teils des Werkzeugs auch auf andere Weise als durch die Einleitung von Fluiden vorgenommen werden, so etwa durch elektrische Heizpatronen und/oder -spulen, Induktionsprozesse, Peltierelemente, chemische Prozesse oder durch Kompressions- bzw. Expansionsmechanismen und dergleichen, wobei auch eine beliebige Kombination dieser Methoden denkbar ist. Der zu erwärmende oder abzukühlende Teil des Werkzeugs muss auch nicht möglichst klein ausgestaltet werden, wenn z. B. die Wärmeleitfähigkeit hoch, die Wärmekapazität des verwendeten Materials dagegen niedrig ist. Auch sind zwei oder mehrere separate Systeme von Fluidkanälen denkbar, um Fluide verschiedener Temperatur getrennt einleiten zu können.

[0019] Ein weiteres optionales Merkmal ist das Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität.

[0020] Durch das Einleiten des zweiten Fluids - von Vorteil Gas und ganz besonders Luft - in die Kavität kann beim Erwärmen des Blechstapels das zweite Fluid den Blechstapel in den Bereichen umspülen, wo sich der Blechstapel nicht in Materialkontakt mit dem Werkzeug befindet. Dadurch können Taschen (Bereiche) von stehendem und dadurch den Wärmeübertrag behindernden zweiten Fluid zwischen dem Blechstapel und dem Werkzeug eliminiert werden, was das Erwärmen des Blechstapels beschleunigt. Mit Vorteil verfügt dieses zweite Fluid vor dem Einleiten in die Kavität über eine geeignet hohe Temperatur, damit weder die Kavität noch der Blechstapel abgekühlt wird. Dies kann insbesondere durch eine kanalartige Durchleitung in der Art von Wärmetauschern durch den das Blechteil wärmenden Werkzeugteil geschehen, wobei sich die Durchleitungen mit Vorteil in der Umgebung der Kavität und gegebenenfalls im Ofen befinden. Das zweite Fluid kann ein- oder mehrmalig, über kurze oder lange Zeit und mit konstanter oder variierender Geschwindigkeit, und ganz besonders vorteilhaft während der ganzen Dauer des Aufheizens mit konstanter Geschwindigkeit eingeleitet werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden permanenten Zirkulation des zweiten Fluids für eine möglichst effiziente Wärmeübertragung von Werkzeug zum Blechstapel genügt eine relativ kleine Menge des zweiten Fluids, wodurch nur wenig Wärmeenergie zum Aufheizen des zweiten Fluids aufgewendet werden muss.

[0021] Alternativ kann das zweite Fluid eine Flüssigkeit sein, welche den vorhandenen Zwischenraum zwischen Blechstapel und Werkzeugkavität auffüllt. Es ist möglich, dass sich dadurch die Wärmeleitung bereits derart verbessert, dass auf eine Bewegung oder Zirkulation des zweiten Fluids verzichtet werden kann und ein einfaches Befüllen bereits ausreicht. Das zweite Fluid kann aber auch schub- bzw. stossweise eingeleitet werden, um die mit dem überschüssigen zweiten Fluid abgesonderte Wärmemenge zu minimieren, oder permanent eingeleitet werden.

[0022] Als ein weiteres optionales Merkmal wird das Werkzeug nach erfolgtem Aufheizen der Blechteile einer Zwangskühlung unterworfen.

[0023] Durch eine Zwangskühlung des Werkzeugs kann der Blechstapel rasch auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei welcher eine Weiterverarbeitung oder Lagerung möglich ist. Nach der Abkühlung ist der Herstellungsprozess abgeschlossen. Zudem kann ein abgekühlter und dadurch geschrumpfter Blechstapelkörper auch den Auswurf des Blechstapelkörpers aus dem Werkzeug erleichtern. Wird das Werkzeug nicht einer Zwangskühlung unterworfen, so muss der Blechstapelkörper entweder lange im Werkzeug abkühlen oder - nach dem Abkühlen auf eine dem Blechstapelkörper genügend Festigkeit verleihende Temperatur - noch warm bzw. heiss ausgestossen werden. Die Zwangskühlung hat also den Vorteil, dass der Blechstapelkörper nach dem Auswurf aus dem Werkzeug gar nicht oder nur noch leicht abgekühlt werden muss und direkt weiterverarbeitet werden kann. Zudem kann der Blechstapelkörper dabei aber gleichzeitig auch schnell aus dem Werkzeug entfernt werden, wodurch das Werkzeug wieder schnell bereit für das Verbacken eines nächsten Blechstapels ist. Dies erlaubt insgesamt eine schnellere, kostengünstigere und effizientere Herstellung der Blechstapelkörper.

[0024] Die Zwangskühlung kann dabei vorteilhafterweise durch das erste Fluid erfolgen. Falls das erste Fluid wie in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Kreislauf bewegt wird, kann die Zwangskühlung des Werkzeugs durch eine Kühlung des ersten Fluids oder ganz besonders vorteilhaft durch den Austausch des heissen ersten Fluids durch kaltes erstes Fluid (z.B. durch einen Wechsel von einem separaten heissen zu einem separaten kalten Kreislauf) realisiert werden. Auf diese Weise können dieselben Fluidkanäle des Werkzeugs genutzt werden, in welche im Wechsel einerseits heisses Fluid zum Erwärmen und andererseits kaltes Fluid zum Abkühlen des Werkzeugs eingeleitet wird. Es kann aber auch das zweite Fluid zur Kühlung eingesetzt werden, indem kaltes Fluid direkt in die Kavität eingebracht wird.

[0025] Zur Kühlung werden typischerweise viel grössere Volumina des zweiten Fluids in die Kavität eingebracht werden als beim Aufheizen, weil zur Kühlung ein Abtransport der Wärme möglichst maximiert werden soll und nicht in erster Linie lediglich eine Zirkulation des zweiten Fluids angestrebt wird. Das erste und das zweite Fluid können sowohl ausschliesslich alleine oder gemeinsam bzw. alleine oder gemeinsam in allen Kombinationen mit anderen Massnahmen zur Kühlung eingesetzt werden.

[0026] Alternativ kann die Abkühlung des mit dem Blechstapel in Kontakt stehenden Teils des Werkzeugs auch auf andere Weise als durch die Einleitung von Fluiden vorgenommen werden, so etwa durch Peltierelemente, chemische Prozesse oder durch Kompressions- bzw. Expansionsmechanismen und dergleichen. Auch sind zwei oder mehrere separate Systeme von Fluidkanälen denkbar, um Fluide verschiedener Temperatur getrennt einleiten zu können. Es kann auch ganz auf eine Zwangskühlung verzichtet werden.

[0027] Optional ist vorgesehen, dass die Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird.

[0028] Eine Messung der Höhe des Blechstapels vor dem Aufheizen resp. Verbacken ist von grossem Vorteil, weil dadurch die finale Höhe des verbackenen Blechstapelkörpers abgeschätzt und gegebenenfalls auch noch vor dem Aufheizen nachgebessert oder verändert werden kann, etwa durch eine Anpassung der Anzahl der Stapelbleche. Ebenso vorteilhaft ist die Messung der Höhe des Blechstapels während des Aufheizens oder nach dem Aufheizen, um die Veränderungen der Höhe zu registrieren und die resultierende Höhe des Blechstapelkörpers abzuschätzen zu können. Bei Bedarf, d. h. bei Abweichungen von der gewünschten Höhe kann entweder in das laufende Verfahren eingegriffen oder Einfluss auf die Produktion der nächsten Blechstapelkörper Einfluss genommen werden. Die Höhe kann dabei beispielsweise durch mechanisch, optisch oder elektrisch (insbesondere magnetisch, induktiv oder kapazitiv) funktionierende Distanzmessgeräte, Schalter, Schranken oder Kontakte an bestimmten Positionen oder andere Methoden zur Längenmessung von Blechstapeln mit definierter Geometrie bestimmt werden.

[0029] Alternativ kann die Messung der Höhe des Blechstapels auch vor bzw. nach dem Abkühlen stattfinden oder es kann auch ganz darauf verzichtet werden.

[0030] Als weiteres optionales Merkmal wird der Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert gepresst.

[0031] Es ist von besonderem Vorteil, wenn ein Blechstapel während des Verbackens in axialer Richtung unter Druck gesetzt wird, da beispielsweise gestanzte Bleche über einen Stanzrand verfügen. Kommen Bleche in einem Stapel auf solchen Stanzrändern übereinander zu liegen, wirken die Stanzränder wie Federn und der Stapel muss in axialer Richtung zusammengepresst werden, damit sich die Bleche flächig berühren. Das Verbacken von Blechstapeln unter Druck ermöglicht ganz allgemein die Herstellung von stabilen Blechpaketkörpern mit genauer Geometrie und ist ein weit verbreitetes und bekanntes Verfahren. Der Druck kann dabei während des gesamten Aufheizprozesses oder auch nur während Teilen davon angelegt werden.

[0032] Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine Pressvorrichtung geregelt ist und kontrolliert werden kann, so dass z. B. auf Veränderungen der Abmessungen während der Temperaturänderung reagiert werden kann. So kann etwa auch an einen sich ausdehnenden Blechstapel während des Aufheizens ein konstanter Druck angelegt werden, indem die Pressvorrichtung nachgeregelt wird. Oder der Blechstapel wird beispielsweise während des Aufheizens kontrolliert unterschiedlich stark zusammengepresst. Es kann beispielsweise auch während verschiedenen Änderungen der Blechstapelhöhe (erhöht sich beispielsweise beim Erwärmen des Stapels, nimmt beispielsweise während der Vernetzung des Backlacks, dem Lösungsmittelverlust und/oder der Abkühlung ab) gezielt verschiedener resp. gleicher Druck angelegt werden.

[0033] Alternativ kann die Pressvorrichtung auch nur während des Abkühlens (oder während des Aufheizens sowie des Abkühlens) den Blechstapel unter Druck setzen. Die Pressvorrichtung kann auch ungeregelt also nur gesteuert (z.B. in der Art einer Vorgabe eines bestimmten Drucks ohne dessen situationsspezifische Anpassung) betrieben werden. Eine Pressvorrichtung kann auch weggelassen werden.

[0034] Als weiteres optionales Merkmal besteht der Ofen aus mehreren gegeneinander beweglichen Komponenten, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.

[0035] Besteht der Ofen aus mehreren gegeneinander beweglichen Komponenten, so lässt sich die Kavität in ihrer Grösse verändern, was das Einbringen der Blechteile und das Ausstossen des Blechstapelkörpers vereinfacht. Durch ein Bewegung der Komponenten bis zum Kontakt mit dem Blechstapel kann der Blechstapel in der Kavität fixiert und verbacken werden, während das Einbringen und Ausstossen erfolgen kann, nachdem die Komponenten von der zum Verbacken geeigneten Position wegbewegt worden sind. Die Komponenten können z. B. durch zwei quer zur Stapellängsachse bewegliche Klammerteile sein, welche den Blechstapel peripher fixieren oder freigeben können.

[0036] Dabei können die Blechteile sowohl an ihren Aussenkonturen, als auch an anderen Stellen wie beispielsweise Bohrungen oder anderen Öffnungen fixiert und insbesondere geklemmt werden. Insbesondere vereinfacht die Verwendung von gegeneinander beweglichen Komponenten ein Verbacken von Blechstapeln, welche grösser sind als die Kavität, indem der Blechstapel abschnittsweise Verbacken und durch die Kavität durchgeschoben wird (Herstellung von Stangenmaterial).

[0037] Alternativ kann auch ein Ofen mit einer unveränderlichen Kavitätsgrösse und -form verwendet werden.

[0038] Es ist ein weiteres optionales Merkmal, dass das Einbringen der Blechteile in die Kavität und das Verbacken, Abkühlen und Ausstossen des Blechstapelkörpers zyklisch wiederholt wird, wobei und ein solcher Zyklus 1 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten und besonders vorteilhaft 1 bis 5 Minuten lang dauert. Innerhalb eines solchen Zyklus wird die Temperatur des Blechstapels ausgehend von der Starttemperatur auf die Aushärtungstemperatur der Klebeschichten und wieder zurück zur Starttemperatur (bzw. in deren Nähe) gebracht. Die Starttemperatur ist z. B. Raumtemperatur (20 - 40 Grad Celsius) und die Aushärtungstemperatur z.B. 400 Grad Celsius.

[0039] Durch eine zyklische Anwendung des Verfahrens mit einer kurzen Zyklusdauer kann das Verfahren sehr effizient angewendet werden, was eine rasche und kostengünstige Produktion von Blechstapelkörpern erlaubt. Je höher die Stückzahl, desto weniger Maschinen müssen eingesetzt werden, was wiederum die Kosten senkt. Zudem wird durch den schrumpfenden Platzbedarf die Wahl der Produktionsstätte freier, so dass z. B. die Blechstapelkörper nahe beim nächsten Verarbeitungsschritt bzw. direkt vor Ort produziert werden können, was wiederum Zeit für Transport und Lieferung, Raum und Kosten spart.

[0040] Alternativ kann das Verfahren auch weniger schnell angewendet werden, um z. B. eine gleichmässigere Aushärtung der Klebstoffe zu erreichen oder langsame chemische und/oder physikalische Prozesse abzuwarten.

[0041] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers umfasst ein Werkzeug mit mindestens einer Kavität zur Aufnahme eines Stapels aus mehreren Blechteilen und mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Blechteile zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers. Die Blechteile haben zumindest in einem Bereich eine identische Kontur und zwischen den Blechteilen sind thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen. Dabei ist die Kontur der mindestens einen Kavität des Werkzeugs mit der Kontur der Blechteile mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile passgenau, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil eingeleitet wird. Dies bewirkt schlussendlich die Aushärtung der Kleberschichten.

[0042] In dem Bereich, in welchem die Kavität passgenau mit der Kontur der Bleche ist, bildet die Kavität eine Zylinderwandfläche, welche nach der allgemeinen geometrischen Definition dadurch aufgespannt wird, dass parallele, ebenen Flächen (Grund- und Deckfläche) durch parallelen Geraden miteinander verbunden werden. (Die Grund- und Deckelfläche braucht keineswegs kreisrund zu sein, sondern kann von beliebiger Form sein.) Mit anderen Worten: Die Zylinderwandfläche der Kavität entsteht durch Verschiebung des Blechteils entlang einer Gerade senkrecht zur Fläche des Blechteils.

[0043] Diese Vorrichtung weist alle oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auf. Dabei kann ein Werkzeug eine oder mehrere Kavitäten umfassen, und die Kavitäten können ein- oder mehrspurig ausgestaltet werden. Mehrere Kavitäten sind besonders dann Vorteil, wenn das Einbringen der Blechteile in die Kavität schneller als das Verbacken ist und mehrere Kavitäten von demselben Mechanismus zum Einbringen der Blechteile beladen werden können. Mit mehrspurigen Kavitäten sind mehrere (Teil-)Kavitäten bezeichnet, welche parallel betrieben werden, d. h. welche sich zum gleichen Zeitpunkt im selben Funktionszustand befinden. Auf diese Weise können mehrere Blechkörperstapel in Serie hergestellt werden, und die (Teil-)Kavitäten können von synergetischen Effekten profitieren (z. B. Heizeinrichtungen gemeinsam nutzen oder ähnliches).

[0044] Die nachfolgenden optionalen Merkmale der Vorrichtung und deren Vorteile sind bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert worden: Optional weist die Vorrichtung einen Mechanismus auf, um die Blechteile gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil mit in die Kavität einzubringen. Optional sind in der Vorrichtung erste Leitungen integriert zum Einleiten eines ersten Fluids, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird. Als ein weiteres optionales Merkmal sind in der Vorrichtung zweite Leitungen zum Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität integriert. Es ist ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung, dass das Werkzeug mit einer Zwangskühlung ausgestattet ist. Als ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung einen Messapparat zur Bestimmung der Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen. Optional weist die Vorrichtung eine geregelte Pressvorrichtung auf, um den Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert zu pressen. Als weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung weist der Ofen mehrere gegeneinander bewegliche Komponenten auf, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.

[0045] Als ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung ist zum Aufheizen der Blechteile im Werkzeug ein Ofenteil ausgebildet, welcher die Kavität beinhaltet und, vom Rest des Werkzeugs durch eine Isolationseinrichtung thermisch entkoppelt ist und zum Aufheizen der Blechteile vorgesehen ist.

[0046] Die thermische Entkopplung des als Ofen ausgestalteten Teils des Werkzeugs hat den grossen Vorteil, dass das restliche Werkzeug sich weder erhitzt, ausdehnt noch durch eine Vielzahl von Erhitzungen und/oder Abkühlungen Schaden nimmt. Zudem wird Wärmeenergie gespart, indem nur der Ofen, nicht aber auch die benachbarten Teile des Werkzeugs aufgeheizt werden, was Kosten spart, das Aufheizen beschleunigt, Energie spart und die Effizienz erhöht.

[0047] Alternativ kann auch auf eine thermische Entkopplung verzichtet werden, falls z.B. das ganze Werkzeug eine geringe Wärmekapazität hat oder so klein ist, dass eine ausreichend funktionierende Isolation schwer zu integrieren ist.

[0048] Als weiteres optionales Merkmal ist eine der Vorrichtung zugehörige Stanzvorrichtung zur Herstellung der Blechteile vorgesehen, welche auf die Kavität passgenau abgestimmt ist.

[0049] Eine der Vorrichtung zugehörige und auf die Kavität abgestimmte Stanzvorrichtung hat den Vorteil, dass durch die Abstimmung der Stanzvorrichtung (beispielsweise in den Aspekten Stanzform, Stanzgeschwindigkeit, Matrizen- und/oder Patrizentemperatur, Auswurfsgeschwindigkeit und -richtung und ähnliches) die Produktion der Blechstapel rascher, einfacher und kostengünstiger vonstatten geht. Optimierte Transportwege für die Blechteile (wobei die Kavität insbesondere direkt unter der Stanzmatrize positioniert ist) sowie eine mit der nötigen Präzision herausgearbeitete Passform der gestanzten Blechteile erlauben eine besonders effiziente Herstellung von Blechstapelkörpern.

[0050] Alternativ kann die Vorrichtung auch mit einer nicht auf die Kavität abgestimmten Stanzvorrichtung oder auch ganz ohne Stanzvorrichtung betrieben werden. Die Blechteile können auch bereits ausgeformt in der Vorrichtung zugeführt werden oder in oder ausserhalb der Vorrichtung auf eine andere Art als Stanzen hergestellt werden.

[0051] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0052] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1a-c<sep>Schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Kavität in Seitenansicht <tb>Fig. 2<sep>Schematische Zeichnung eines Schnitts durch den Ofenteil der Vorrichtung aus Fig. 1a - c in Draufsicht (von oben) <tb>Fig. 3<sep>Schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit zwei Kavitäten in Seitenansicht

[0053] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0054] In Fig. 1a ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt, gezeigt ist ein Schnitt durch die Vorrichtung in Seitenansicht. Richtungsangabe wie etwa oben, unten, rechts oder links orientieren sich an der Zeichnungsunterlage bzw. an dem Papier, auf welchem die Figur dargestellt ist: die Figur wird als auf die Zeichnungsunterlage projiziert betrachtet, und Richtungsangaben beziehen sich auf eine durch die Zeichnungsunterlage aufgespannte Ebene.

[0055] In eine Kavität 1 werden aus einem Blech 2 herausgestanzte Blechteile 3 von oben eingebracht. Eine Stanzvorrichtung befindet sich über der Kavität 1 und beinhaltet Stanzstempel 4, Stanzmatrize 5, Niederhalter 7 sowie einen Auswerfer 6. Der Niederhalter 7 ist dabei gleichzeitig auch eine Stempelführung für den Stanzstempel 4, wobei der Stanzstempel 4 wiederum eine Führung für den Auswerfer 6 ist. Die Stanzmatrize 5 besteht aus Werkzeugstahl oder Hartmetall und beinhaltet Fluidkanäle, um durch ein sich durch die Fluidkanäle bewegendes Fluid erwärmt oder gekühlt und auf der entsprechenden Masstoleranz gehalten zu werden. Zusätzlich ist die Stanzmatrize 5 durch eine thermische Abtrennung 8 vom Rest der Vorrichtung und insbesondere von der Kavität 1 isoliert.

[0056] Die Stanzvorrichtung kann z.B. Materialdicken von 0.1 mm bis 0.65 mm verarbeiten. Das Blech 2 ist oben und/oder unten mit Backlack beschichtet und wird in Fig. 1avon links in die Stanzvorrichtung eingeführt, wo es von dem Niederhalter 7 temporär fixiert wird. Der Stanzstempel 4 drückt sich in die Stanzmatrize 5 und stanzt dadurch aus dem dazwischen liegenden Blech 2 ein Bleichteil 3 heraus. Nach dem Ausstanzen des Blechteils 3 wird das verbleibende Stanzgitter 9 nach rechts weitertransportiert. Der Stanzstempel 4 stösst die Blechteile 3 gleich anschliessend an das Stanzen durch die Stanzmatrize 5 hindurch in die darunterliegende Kavität 1.

[0057] Die Kavität 1 weist dieselbe Form wie die Stanzmatrize 5 auf, aber die Masse der Kavität 1 sind dahingehend korrigiert bzw. reduziert, dass die Blechteile 3 an der gestanzten Kante (d. h. an den durch das Stanzen entstandenen Seitenflächen) mindestens mit Teilen der Kavität 1 in passgenauen Kontakt treten und gegen Reibungswiderstand in die Kavität 1 eingebracht werden müssen und insbesondere in der Kavität 1 leicht klemmen (d.h. gegen Reibungswiderstand verschiebbar sind). An Stellen der gestanzten Kante der Blechteile 3, an welchen eine sehr hohe Fertigungsqualität für die weitere Funktion des Blechstapels unwichtig ist, berühren die Blechteile 3 die Kavität 1 nicht, sind somit freigestellt und erlauben eine Ausgasung des Backlackes während des Backprozesses. Ebenso sorgen diese durch die freigestellten Stellen gebildeten Freiräume 10 für eine Druckentlastung des Backlackes, d. h. während des Backprozesses kann zwischen den Blechteilen 3 heraustretender Backlack in den Freiraum 10 entweichen. Der in Fig. 1a dargestellte Schnitt schneidet die Blechteile 3 an solchen Stellen, welche nicht in Kontakt mit der Kavität 1 stehen und daher den Freiraum 10 entstehen lassen.

[0058] Eine handelsübliche Blechdickenmessung bewirkt nach dem Erreichen der nötigen Menge gestanzter Blechteile 3, um die geforderte Blechstapelpakethöhe zu erreichen, eine Beendigung des Stanzvorgangs. Danach fährt der Stanzstempel 4 auf ein mechanisch verriegeltes Mass durch die Matrize, d. h. auf eine vordefinierte und mechanisch fixierte Position in die darunterliegende Kavität 1.

[0059] In Fig. 1b ist dieselbe Vorrichtung auf dieselbe Weise wie in Fig. 1a dargestellt, wobei die Blechteile 3 nun einen Blechstapel von geforderter Höhe bilden und die Vorrichtung sich in einem Zustand befindet, in welchem der Blechstapel verbacken wird. Der Blechstapel wird von seinem oberen Ende durch den Stanzstempel 4 und den Auswerfer 6 und von seinem unteren Ende von einem verfahrbaren Druckstempel 11 zusammengepresst. Der Blechstapel befindet sich in der Kavität 1, welche sich wiederum in einem als Ofenteil ausgebildeten Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung befindet. Der Ofenteil ist durch eine thermische Abtrennung 12 vom Rest der Vorrichtung isoliert und verfügt über Fluidkanäle 13, durch welche ein erstes Fluid, besonders vorteilhaft ein mineralisches Öl, den Ofenteil durchlaufen kann.

[0060] Der Ofenteil wird erhitzt, indem warmes bzw. heisses mineralisches Öl aus einem Heizkreislauf den Ofenteil durchläuft und abgekühlt, indem kaltes mineralisches Öl aus einem Kühlkreislauf den Ofenteil durchläuft. Heiz- und Kühlkreislauf sind dabei getrennte Kreisläufe, welche die entsprechend nötigen Temperaturregelmechanismen, Pumpen, Ventile und/oder Reservoirs beinhalten und je nach Bedarf an die Fluidkanäle 13 (insbesondere wechselweise) angeschlossen werden können. Der Ofenteil kann mit einem entsprechend betriebenen Heizkreislauf bis auf ca. 400 Grad Celsius erwärmt werden.

[0061] Die Freiräume 10 werden während des Verbackens des Blechstapels mit einem zweiten Fluid, vorzugsweise heissem Gas und insbesondere heisser Luft, durchspült. Dadurch erlauben die Freiräume 10 neben der Ausgasung und Druckentlastung des Backlackes auch eine Beschleunigung der Erwärmung bzw. Abkühlung des Blechstapels, indem isolierende Fluidtaschen zwischen Kavität 1 und Blechstapel eliminiert werden. Das zweite Fluid kann den Blechstapel auch direkt erwärmen bzw. abkühlen. Während der Erwärmung des Ofenteils resp. des Blechstapels wird durch einen Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 das zweite Fluid in noch relativ kaltem Zustand in den Ofenteil geleitet, wo es bevor es in die Kavität 1 gelangt so lange bleibt bzw. bewegt wird (z.B. durch künstlich verlängerte Transportwege), bis das zweite Fluid sich aufgewärmt hat. Das zweite Fluid wird dann in aufgewärmtem Zustand durch die Freiräume 10 geleitet, wo es den Wärmeübertrag vom Ofenteil auf den Blechstapel beschleunigt, dem Backlack entströmendes Gas aufnimmt und schlussendlich zu einem Austrittskanal für das zweite Fluid 16 geleitet wird und die Vorrichtung verlässt. Während des Abkühlens des Ofenteils resp. des Blechstapels wird das zweite Fluid durch einen Eintrittskanal für kaltes zweites Fluid 15 eingeleitet, welcher für den Durchsatz von grösseren Volumina vorgesehen ist als der Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14. Vom Eintrittskanal für zweites kaltes Fluid 15 gelangt das zweite Fluid in die Freiräume 10 und schliesslich zum Austrittskanal für das zweite Fluid 16.

[0062] Unterhalb der thermischen Abtrennung der Stanzmatrize 8 sind weitere Fluidkanäle dargestellt, welche durch ein dadurch transportiertes Fluid einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung erwärmt oder kühlt und auf der entsprechenden Masstoleranz hält. Die gesamte Vorrichtung umfasst also drei thermisch voneinander isolierte Teile, welche gegebenenfalls separat temperiert werden können: die Stanzmatrize 5, den Ofenteil und den Rest der Vorrichtung.

[0063] Die Herstellung eines Blechstapelpakets besteht aus folgenden Schritten: durch eine Stanzvorrichtung werden Bleichteile 3 aus einem Blech 2 gestanzt und gegen Widerstand in die Kavität 1 eingebracht (der erwähnte mechanische Widerstand zeigt hier an, dass die Blechteile passgenau zur Kavität sind). Nach dem Erreichen einer gewünschten Höhe des Blechstapels wird der Druckstempel 11 von unten und Stanzstempel 4 mit Auswerfer 6 von oben soweit bewegt, dass der Blechstapel in der im Ofenteil liegenden Kavität 1 mit kontrolliertem Druck zusammengepresst wird. Stanzstempel 4 und Auswerfer 6 fahren dabei auf ein mechanisch verriegeltes Mass, und der Druckstempel 11 übernimmt die Regelung des auf den Blechstapel angelegten Drucks und begleitet das Paket während des ganzen Herstellungsprozesses mit einem kontrolliert gesteuerten oder geregelten Druck. Mit Begleitung ist gemeint, dass der Druckstempel 11 den Veränderungen der Blechstapelhöhe Rechnung trägt, denn die Blechstapelhöhe nimmt während der Erwärmung zu und verringert sich durch Vernetzung und Lösungsmittelverlust des Backlacks sowie während der Abkühlung. Entsprechend den Anforderungen an den Druck während des Verbackens des Blechstapels (konstanter Druck oder ein bestimmter Druckverlauf) wird der Druckstempel 11 also derart bewegt, dass während allen Phasen des Herstellungsprozesses der gewünschte Druck auf dem Blechstapel anliegt.

[0064] Der Ofenteil wird durch ein aus einem Heizkreislauf stammenden, die Fluidkanäle 13 durchströmenden ersten Fluid auf maximal ca. 400 Grad Celsius aufgeheizt und heizt den Blechstapel auf. Das Aufheizen des Blechstapels wird durch ein zweites Fluid unterstützt, welches durch den Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 in den Ofenteil eingeleitet wird, sich dort aufheizt, dann durch die Freiräume 10 geleitet wird und schlussendlich durch den Austrittskanal für zweites Fluid 16 die Vorrichtung verlässt.

[0065] Nachdem der Backlack unter entsprechend hoher Temperatur und Druck ausreichend ausgehärtet ist, beginnt die Abkühlung des Blechpakets. Dazu wird der Heizkreislauf des ersten Fluids von den Fluidkanälen 13 getrennt und stattdessen der Kühlkreislauf des ersten Fluids an die Fluidkanäle 13 angeschlossen. Zudem wird das zweite Fluid statt durch den Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 durch den Eintrittskanal für kaltes zweites Fluid 15 eingeleitet und durch die Freiräume 10 und schlussendlich durch den Austrittskanal für zweites Fluid 16 transportiert.

[0066] Sobald der Blechstapel ausreichend abgekühlt ist (im Regelfall zwischen Raumtemperatur und etwa 40 Grad Celsius), wird der neu entstandene Blechstapelkörper aus der Vorrichtung ausgestossen, indem der Auswurfstempel 6 den Blechstapelkörper nach unten aus der Kavität stösst. Der Druckstempel 11 klemmt während des Ausstossens den Blechstapelkörper gegen den Auswurfstempel 6 und begleitet den Blechstapelkörper über den ganzen Weg. Beim Erreichen einer Auswurfposition bewegt sich der Auswurfstempel 6 wieder nach oben zurück und der Blechstapelkörper liegt auf dem Druckstempel 11 und kann entnommen werden. Die Auswurfposition ist dabei so gewählt, dass der Blechstapelkörper mindestens soweit aus dem Ofenteil herausragt, dass der Blechstapelkörper seitlich (d.h. in einer Richtung senkrecht zur Stapelachse) vom Druckstempel 11 weggenommen werden kann.

[0067] In der Kavität 1 des Ofenteils werden also eine gesteuerte Erwärmung, eine gesteuerte Kühlung, sowie eine exakte räumliche Kalibrierung (insbesondere eine Ausrichtung bezüglich der Stapelachse) von Teilen des Blechstapels durch den direkten Kontakt mit der Kavität 1 vorgenommen. Der direkte passgenaue seitliche Kontakt des Blechstapels und der Kavität 1 (d. h. eine Freiform-Klemmungen) lässt an diesen Stellen keine Stapelfehler und keinen Lackaustritt zu. Die Freiform-Klemmungen gewährt dabei eine optimale Wärmeleitung zwischen Ofenteil und Blechstapel. Die nicht kalibrierten Zonen des Blechstapels, bei welchen Ungenauigkeiten der Form für die vorgesehene Verwendung des Blechstapels unwichtig ist und welche daher nicht über die Freiform-Klemmungen mit der Kavität 1 in Kontakt stehen, werden mit zweitem Fluid in den Freiräumen 10 umspült.

[0068] Die Umspülung des Blechstapels durch das zweite Fluid in den Freiräumen 10 dient aber nicht nur dazu, die Erwärmung und Abkühlung zu beschleunigen und Lösungsmittel des Backlacks während des Ausgasens abzutransportieren. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird während des Aufheizens und/oder Verbackens die Lösungsmittelkonzentration im zweiten Fluid nach dem Durchlaufen der Freiräume 10 gemessen. Durch eine Analyse der Werte und/oder des Verlaufs dieser Werte kann auf den aktuellen Zustand des Backlacks geschlossen werden (Grad der Vernetzung im Backlack, Qualität der Klebekraft und/oder Festigkeit zwischen den Blechen und ähnliches). Je höher der gemessene Lösungsmittelanteil im zweiten Fluid ausfällt, desto höher ist die noch verbleibende aktive Vernetzung resp. Klebekraft und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit eines Lackaustrittes in die Freiräume 10. Der Lackaustritt kann dabei durch einen entsprechend Druck gesteuert werden, welchen der Druckstempel 11 auf den Blechstapel anlegt.

[0069] In Fig. 1c ist eine ähnliche Vorrichtung auf dieselbe Weise dargestellt wie in den Fig. 1a und 1b. Die Vorrichtung in Fig. 1c ist auf eine Endlosfertigung ausgelegt; im Ofenteil wird ein Blechstapel segmentweise verlängert, indem der Auswerfer 6 einen bereits verbackenen Teil des Blechstapels so weit nach unten befördert, dass nahtlos an dessen oberes Ende weitere Blechteile 3 aufgestapelt und verbacken werden können. Auf diese Weise kann langes Stangenmaterial hergestellt werden. Ein Druckstempel 11 kann bei dieser Vorrichtung entfallen. Es kann aber auch eine andere Vorrichtung wie etwa ein unterhalb der Kavität angeordnetes Klemmsystem mit seitlichen Klemmbacken zur Fixierung des bereist verbackenen Stangenmaterials und/oder zum Anlegen von Druck in Stapelrichtung verwendet werden. Das Verbacken kann mit oder ohne einen auf den Blechstapel angelegten Druck geschehen.

[0070] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnitts auf mittlerer Höhe durch den Ofenteil einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie in den Fig. 1a, 1b und 1c dargestellt ist. Der Ofenteil ist von einer thermischen Abtrennung 12 umgeben und beinhaltet Fluidkanäle 13, Eintrittskanäle für aufzuheizendes zweites Fluid 14 und ein Blechteil 3. Das Blechteil 3 füllt die Kavität 1 beinahe ganz aus und ist mit dem Ofenteil in allen vier Ecken in Kontakt. Entlang der Seiten des Blechteils 3 und zwischen den Ecken befinden sich Freiräume 10 zum Umspülen des Blechstapels mit dem zweiten Fluid.

[0071] In Fig. 3 ist die schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit zwei Kavitäten in Seitenansicht dargestellt. Im Unterschied zu den Vorrichtungen der Fig. 1a-1cumfasst die Vorrichtung in Fig. 3 nun nicht eine Stanzvorrichtung und nur eine Kavität 1, sondern eine Stanzvorrichtung und zwei Kavitäten 1. Die zwei Kavitäten 1 und die sie umfassenden beiden Ofenteile sind baugleich mit der Kavität 1 und dem entsprechenden Ofenteil der Fig. 1a-1c. Die beiden symmetrischen Ofenteile sind nebeneinander in einem Gehäuse 18 angeordnet (in Fig. 3ein linker und ein rechter Ofenteil) und verfügen über je eine thermische Abtrennung des Ofenteils 12, Fluidkanäle für das erste Fluid 13, Eintrittskanäle für aufzuheizendes zweites Fluid 14, Eintrittskanäle für kaltes zweites Fluid 15 und Austrittskanäle für zweites Fluid.

[0072] Das Gehäuse 18 kann seitlich bewegt werden, so dass der linke oder der rechte Ofenteil unter die Stanzvorrichtung zu liegen kommt und in die jeweilige Kavität 1 Blechteile 3 eingebracht werden können. In Fig. 3ist das Gehäuse 18 in einer Position gezeigt, in welcher der linke Ofenteil unter der Stanzvorrichtung und der rechte Ofenteil unter einem von zwei oberen Druckstempeln 17 liegt. In dieser Position kann die Stanzvorrichtung Bleichteile 3 stanzen und in den linken Ofenteil einbringen, und im rechten Ofenteil kann gleichzeitig ein Blechstapel durch einen rechten Druckstempel 11 und einen rechten oberen Druckstempel 17 unter Druck gesetzt und verbacken werden. Die oberen Druckstempel 17 sind mit Fluidkanälen versehen, durch welche das erste Fluid geleitet werden kann, und gleichzeitig sind die Druckstempel 17 die Führung für die beiden Auswerfer 6.

[0073] Nach dem wie bereits weiter oben beschriebenen Verbacken des Blechstapels durch Aufheizen, Beblasen und Abkühlen durch das erste und/oder das zweite Fluid kann der verbackene Blechstapelkörper durch den rechten Auswerfer 6 aus der rechten Kavität 1 ausgeworfen werden, wobei er durch den rechten Druckstempel 11 begleitet wird. Währenddessen ist in der linken Kavität 1 ein neuer Blechstapel eingebracht und durch den Stanzstempel 4 soweit in die linke Kavität 1 geschoben worden, dass das oberste Blechteil 3 des Blechstapels nicht aus dem Gehäuse 18 heraussteht und während einer Bewegung des Gehäuses 18 nirgends anstösst oder schleift. Das Gehäuse 18 wird nach dem Auswerfen des verbackenen Blechstapelkörpers aus der rechten Kavität 1 und dem Einbringen des Blechstapels in die linke Kavität soweit nach links bewegt, dass die linke Kavität 1 unter den linken oberen Druckstempel 17 mit dem linken Auswerfer 6 und die rechte Kavität 1 unter die Stanzvorrichtung zu liegen kommt. In dieser Position wird der Blechstapel in der linken Kavität 1 verbacken, währendem Blechteile 3 gestanzt und in die rechte Kavität 1 eingebracht werden. Nachdem der Blechstapel in der linken Kavität 1 verbacken und ein Blechstapel in die rechte Kavität 1 eingebracht worden ist, bewegt sich das Gehäuse 18 wieder in die Position wie in Fig. 3 und das Verbacken in der rechten Kavität 1 und das Befüllen der linken Kavität 1 mit einem Blechstapel fängt von vorne an.

[0074] Die Stanzvorrichtung in Fig. 3entspricht weitestgehend der Stanzvorrichtungen in Fig. 1a - 1c, allerdings ist der Stanzstempel 4 keine Führung für einen Auswerfer 6 mehr. Die Stanzmatrize 5 ist immer noch durch eine thermische Abtrennung 8 vom Rest des Werkzeugs isoliert, allerdings wird das Blech 2 nun nicht von links nach rechts, sondern senkrecht zur Zeichnungsebene durch die Stanzvorrichtung transportiert.

[0075] Zusammenfassend ist festzustellen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nur wenige konkrete Beispiele einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Umsetzung des erfindungsgemässen Verfahrens und/oder der Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind.

[0076] Beispielsweise muss in der Stanzvorrichtung das frisch gestanzte Blechteil nicht mit dem Stanzstempel direkt durch Matrize in Kavität gestossen werden, sondern kann z. B. nur ein Stück weit in Matrize gestossen werden, damit Platz für das nächste zu stanzende Blechteil geschaffen wird. Oder das frisch gestanzte Blechteil wird gar nicht weiter in bzw. durch die Matrize gestossen als für den Stanzprozess nötig, und dann durch das nächste Blechteil des darauffolgenden Stanzprozesses weiter in die Matrize gedrückt. Die bereits gestanzten Blechteile können einzeln oder zu mehreren als Stapel durch den Stanzstempel während oder nach dem Stanzen in Richtung Kavität gestossen werden.

[0077] Bei Bedarf kann der Druckstempel aber auch den entstehenden Blechstapel mit einstellbarer Kraft nach unten begleiten. Der Druckstempel kann bis an die Oberseite der Matrize ausfahren und nach jedem Stanzvorgang um die Distanz einer Blechdicke mit einstellbarer Gegenkraft nach unten fahren. Diese Funktion wird eingestellt, wenn die Kavität nicht mit genügender Klemmkraft in Bezug auf die Blechteile gefertigt werden kann; dies ist insbesondere der Fall bei dünnen Blechen, grossen Querschnitten und/oder falls Kantenbeanspruchungen bzw. Kantenverletzungen vermieden werden sollen.

[0078] Die Kavität kann direkt an die Matrize anschliessen, bzw. kann (direkt) darunter positioniert werden. Die Matrize kann aber auch selber die Kavität umfassen, d. h. derart ausgestaltet sein, dass die Matrize gleichzeitig die Kavität ist und umgekehrt. Die Kavität kann zur Endlosfertigung auch durchgehend sein, d. h. ohne einen abschliessenden Druckstempel. Die Matrize kann auch aus anderen Materialien als aus Werkzeugstahl oder Hartmetall bestehen, insbesondere aus anderen Metallen und/oder Metalllegierungen. Die Matrize muss auch nicht über Fluidkanäle verfügen, sondern kann auch auf andere Art und Weise erwärmt und/oder gekühlt und auf der entsprechenden Toleranz gehalten werden (bei der Beschreibung des Ofenteils weiter oben sind einige Varianten aufgeführt). Die Matrize ist in der Regel von der Kavität und/oder von den restlichen Teilen der Vorrichtung thermisch getrennt, kann aber auch direkt oder indirekt thermisch verbunden sein.

[0079] Teile der Vorrichtung können dabei vorteilhaft modulartig aufgebaut sein, besonders vorteilhaft ist dabei ein modulartiges Stanzsystem. Ein solches modulartiges Stanzsystem, welches als Kassette ausgebildet sein kann, umfasst beispielsweise Druckstempel (ggf. mit Auswerfer), Niederhalter bzw. Stempelführung und Matrize. Das modulartige Stanzsystem kann dabei als ganze Einheit ausgewechselt werden; nach dem Erreichen der Standzeit kann das modulartige Stanzsystem einfach und rasch durch ein neues oder nachgeschliffenes bzw. revidiertes System ersetzt werden.

[0080] Das erste Fluid kann wie beschrieben in zwei getrennten und separat zuschaltbaren Kreisläufen, oder aber auch in mehr als zwei oder nur in einem Kreislauf zirkulieren oder sich ausserhalb eines (geschlossenen) Kreislaufs befinden. Das zweite Fluid kann sich ebenfalls ausserhalb oder innerhalb eines oder mehreren Kreisläufen befinden, und auch Kombinationen von Betriebsarten innerhalb und ausserhalb von Kreisläufen sind für beide Fluide denkbar.

[0081] Die Anzahl der Kavitäten muss nicht nur wie in Fig. 1a - 1ceins oder wie in Fig. 2zwei betragen, sondern kann beliebig nach oben erhöht werden, je nach Rationalisierung und Stanzleistung können mehrere Kavitäten hintereinander geschaltet werden, um eine kontinuierliche Fertigung zu erreichen. Mehrspurige Stanzanordnungen können mit den Kavitäten ebenfalls in allen denkbaren Variationen bedient werden.

[0082] Bei komplexen Blechgeometrien werden die Bleche in mehreren Schritten hergestellt. In diesem Fall kann das Blechteil beim letzten Schritt, üblicherweise der Ausstanzstation, wieder in das Blech (bzw. den Stanzstreifen) zurückgedrückt und bis zu einer Ausstoss-Station mit einer bereitstehenden Kavität weitertransportiert werden. Ist eine Kavität mit der entsprechenden Anzahl Blechen befüllt, wird die nächste freie Kavität bedient. Auf diese Weise kann eine kontinuierliche auch mehrspurige Produktion gewährleistet werden, wobei die Kavitäten mehrspurig und in allen Variationen angeordnet und bedient werden können.

[0083] Die Erfindung dient grundsätzlich dem Weiterverarbeiten von Elektroblech, welches mit noch klebefähigem Backlack (das Lösungsmittel kann dabei Wasser oder ein anderes, insbesondere organisches oder inorganisches Lösungsmittel sein) beschichtet ist. Es kann jedoch auch auf eine Vielzahl von anderen Verfahren angewendet werden, die durch Wärme, Feuchtigkeit, oder sonst wie aktiviert werden.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers mit folgenden Schritten: a) Bilden eines Stapels aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität (1) eines Werkzeugs, wobei b) zwischen den Blechteilen (3) thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und c) Aufheizen der Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass d) eine Kontur der Kavität (1) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der Kontur der Blechteile (3) ist, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet wird und dass infolgedessen die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (3) durch Stanzen hergestellt werden und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) in die Kavität (1) eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet wird, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile (3) eingeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kavität (1) ein zweites Fluid eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug nach erfolgtem Aufheizen der Blechteile (3) einer Zwangskühlung unterworfen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert gepresst wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Ofen mehrere Komponenten gegeneinander bewegen, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität (1) begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Blechteile (3) in die Kavität (1) und das Verbacken, Abkühlen und Ausstossen des Blechstapelkörpers zyklisch wiederholt werden und ein solcher Zyklus 1 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten und besonders vorteilhaft 1 bis 5 Minuten lang dauert.

10. Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers, umfassend: a) ein Werkzeug mit mindestens einer Kavität (1) zur Aufnahme eines Stapels aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben und zwischen welchen thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und b) mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Kontur der mindestens einen Kavität (1) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der Kontur der Blechteile (3) ist, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet wird und dass infolgedessen die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus vorgesehen ist, um die Blechteile (3) gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) mit in die Kavität (1) einzubringen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug erste Leitungen integriert sind zum Einleiten eines ersten Fluids, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug ein Ofenteil ausgebildet ist, welcher die Kavität (1) beinhaltet, vom Rest des Werkzeugs durch eine Isolationsvorrichtung (12) thermisch entkoppelt ist und zum Aufheizen der Blechteile (3) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung zweite Leitungen integriert sind zum Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität (1).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit einer Zwangskühlung ausgestattet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Messapparat zur Bestimmung der Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen umfasst.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine geregelte Pressvorrichtung vorgesehen ist, um den Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert zu pressen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen mehrere gegeneinander bewegliche Komponenten aufweist, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität (1) begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stanzvorrichtung zur Herstellung der Blechteile (3) vorgesehen, welche auf die Kavität (1) passgenau abgestimmt ist.