CN113070387A - 用于制造薄壁部件的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于由坯料（3）制造薄壁部件（2）、特别是软包电池的壳体膜的设备（1）和方法，包括：·第一线圈体（4），·用于提供脉冲状电流的电路（7），·模具（8），模具具有面向第一线圈体（4）的用于待成型的坯料（3）的支承部（9），其中支承部（9）具有部件（2）的待产生的形状，以及·第一分离设备（10），利用第一分离设备（10）能将坯料（3）的第一子区域（11）与第二子区域（12）至少部分地分离，其中坯料（3）能布置在第一线圈体（4）和模具（8）之间，能通过作用在第一线圈体（4）和坯料（3）之间的电磁力朝模具（8）加速，且在此能通过支承部（9）成型，并且能通过第一分离设备（10）至少部分地分离。

Description

用于制造薄壁部件的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于制造薄壁部件的设备和方法。所述部件特别是具有铝的膜（Folie），特别是由铝层压板制成的复合膜。所述部件特别是用作软包电池的壳体。所述壳体用于封闭（Einhausung）电池堆，该电池堆包括电极和隔板。

背景技术

由铝层压板制成的用于软包电池的膜具有较差的拉深延性（Tiefziehfähigkeit）。在此，在所述膜的由于成型而受到高应力的子区域中可能会出现裂纹和折痕。此外，利用常规的拉深只能实现很短的周期时间。此外，拉深冲模（Tiefziehstempel）和膜之间的摩擦会导致高能量损失。拉深和分离子区域这些步骤规律地在分离的过程中进行，从而需要耗费的材料处理以及长过程时间。

迄今为止，这些缺点通过以下措施来克服：增加所述膜中的铝份额，其中由此增加所述膜的材料成本和重量；在成形期间提高所述膜的温度，其中由此增加过程成本并且影响到所述铝层压板的质量；在拉深时压料圈（Blechhalter）的研磨，其中该措施是费时的。

从US 2005/0217334 A1中已知一种用于制造燃料电池板的方法。为此所使用的设备包括电磁致动器和模具。在模具和致动器之间布置具有导电性的膜材料。所述致动器产生磁场，通过该磁场在所述膜材料中感生电压。由于在此过程中产生的洛伦兹力，使得所述膜材料远离所述致动器并向模具加速。由于所述膜材料的高速度，所述膜材料在击中模具时被成型。在此过程中所述膜材料显示出超塑性（hyper-plastisch）行为。

从US 2013/0086961 A1中已知一种用于焊接两个部件的方法。这些部件彼此接触。其中一个部件被施加（Beaufschlagen）电脉冲。

发明内容

本发明的任务是至少部分地解决参考现有技术所讲述的问题。特别地，应当通过使用电磁力来实现薄壁部件的制造。所述部件应当能够以可再现的方式和/或以特别高的质量制造，其中必要时还应当能够实现低成本的制造。

具有根据本发明的特征的设备以及根据本发明所述的方法有助于解决这些任务。有利的扩展是下文描述的主题。在此单独列出的特征可以以技术上有意义的方式彼此组合，并且可以通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节加以补充，其中示出了本发明的其他实施变型。

提出了一种用于由坯料（Ausgangsteil）制造薄壁部件的设备。所述设备至少包括

•第一线圈体（Spulenkörper），所述第一线圈体的电导体至少布置在平面中，

•用于提供脉冲状电流的电路，能够向所述第一线圈体的电导体施加所述脉冲状电流，

•模具，所述模具具有面向所述第一线圈体的用于待成型的坯料的支承部（Auflage），其中所述支承部具有所述部件的待产生的形状，以及

•第一分离设备，利用所述第一分离设备能够将所述坯料的第一子区域与所述坯料的第二子区域至少部分地分离。

所述设备被这样实施或设立，使得所述坯料能够布置在所述第一线圈体和所述模具之间，能够通过作用在所述第一线圈体和所述坯料之间的电磁力朝着所述模具加速，而且在此能够通过所述支承部成型并且能够通过所述第一分离设备至少部分地分离。

特别地，由所述电路提供的脉冲状电流在所述第一线圈体中产生磁场，所述磁场又在所述坯料中感生电流。因此在所述坯料和所述第一线圈体之间产生洛伦兹力，通过所述洛伦兹力，所述坯料或所述坯料的多个部分朝所述模具加速。以这种方式实现的所述坯料的高速度使得能够通过模具对坯料成型，即，使得所述坯料的形状适配于所述支承部的形状。

特别是通过所述电路的电容器提供所述脉冲状电流。特别地，所述电容器在每次至少部分放电之后再次被充电。

作为坯料特别是使用铝复合膜或铝层压膜。所述坯料还可以包括不同塑料，特别是作为层或层压板。

除了所述坯料的成型之外，这里特别是附加地还将所述坯料的子区域至少部分地分离。特别地，至少部分地分离包括分离（Abtrennen）所述坯料的子区域，例如冲孔或去除边缘区域。

所述设备中的过程步骤的组合，即成型和分离，特别是实现了低成本的制造。在此，特别是取消了：在成型过程和分离过程之间对所述坯料进行处理。另一方面，取消了：已经正确分离但尚未成型的坯料的精确对准（Ausrichten）或已成型但尚未分离的坯料的精确对准。由此同样改善了所述部件的质量。

相对于已知的拉深，在该设备中或在通过所述设备实现的方法中消耗很少的能量，其中在所述方法中所述坯料通过脉冲状电流而被移动。

在朝所述模具加速时，所述坯料特别是达到了大于100m/s[米/秒]的速度。特别地，所述坯料的材料在此具有粘塑性（viskoplastisch）状态，从而改善了所述材料的成型行为。将部分塑性、部分粘性的材料行为称为粘塑性行为。因此，粘塑性物质结合了固体和液体的特征，并且因此能更好地成型。

特别地，所述第一分离设备具有环绕地（umlaufend）实施的分离边（Trennkante），使得所述分离边全面地包围所述第一子区域，并且能够将所述第一子区域与所述第二子区域分离。借助于所述分离边、也称为切割边（Schneidkante），子区域彼此分离。也就是说，借助于分离边对所述部件进行切割并由此定义了新的子区域。

特别地，所述分离边全面地包围所述支承部。因此，特别是所述第一子区域形成所述部件，其中所述第二子区域例如作为材料残余物被清除。特别地，所述设备包括一种材料滑道（Materialrutsche），通过所述材料滑道，被分离的第二子区域从所述设备中自动地、例如在重力的影响下被导出。

所述第一分离设备也可以具有多个分离边，从而形成多个子区域，所述多个子区域至少部分地与其他子区域分离或完全被分离。

特别地，所述第一分离设备的分离边位置固定地布置在所述模具上。特别地，所述坯料由于脉冲状电流而被挤压到所述模具上，其中在此过程中所述坯料也被挤压在所述分离边上并且由此进行分离过程。由此，可以特别是在时间上并行地进行成型和分离。

特别地，所述分离边被实施为可移动的并且与所述坯料一起通过相同的脉冲状电流而朝着所述模具加速。为此，所述坯料必须布置于其中一侧上的模具与其中另一侧上的第一线圈体和第一分离设备之间。

特别地，所述设备附加地包括至少一个第二线圈体，通过所述至少一个第二线圈体使得所述第一分离设备能够朝向所述模具移动。因此，特别是第一分离设备能够独立于所述坯料移动。第二线圈体的导体与所述第一线圈体的导体布置在共同的平面中。特别地，所述第二线圈体布置在所述第一线圈体的内部或外部。

特别地，设置其他线圈体，使得其他分离设备能够在时间上彼此偏移地或在时间上并行地朝向所述模具移动。

特别地，所述设备包括至少一个第二线圈体和第二分离设备，其中通过所述第二线圈体使得所述第二分离设备能够朝向所述模具移动。特别地，所述第一分离设备布置在所述模具上。

所述分离设备被这样布置，使得所述分离设备形成在所述坯料上的切割线彼此以正确的间距来定位。替代地或附加地，可移动布置的第二分离设备和布置在所述模具上的第一分离设备共同作用，并在所述坯料上形成至少部分或完全共同的切割线。

特别地，所述第二线圈体全面地包围所述第一线圈体，并且这些线圈体的电导体布置在共同的平面中，其中所述电路被实施为，使得只能相继地向这些线圈体施加脉冲状电流。由此，可以非常简单且低成本地构造所述电路，其中在所述第一线圈体和所述第二线圈体之间交替切换。

还提出了一种利用设备由坯料制造薄壁部件的方法。所述设备特别是已经描述的设备。所述设备至少包括：

•第一线圈体，所述第一线圈体的电导体至少布置在平面中，

•用于提供脉冲状电流的电路，能够向所述第一线圈体的电导体施加所述脉冲状电流，

•模具，所述模具具有面向所述第一线圈体的用于待成型的坯料的支承部，其中所述支承部具有所述部件的待产生的形状，以及

•第一分离设备，利用所述第一分离设备能够将所述坯料的第一子区域与所述坯料的第二子区域至少部分地分离。

用于制造所述部件的方法至少包括以下步骤：

a）将坯料布置在所述第一线圈体和所述模具之间；

b）向所述第一线圈体的电导体施加所述脉冲状电流，并在所述第一线圈体和所述坯料之间产生电磁力，使得所述坯料能够朝向所述模具加速；

c）对所述坯料成型；以及

d）至少部分地分离所述坯料。

上述特别是非穷举地将方法步骤分为a）至d）应当主要仅用于区分而不是强制要求任何顺序和/或依赖性。例如在设立和/或运行所述设备期间，这些方法步骤的频率可能会变化。同样可能的是，使方法步骤至少部分地在时间上彼此重叠。非常特别优选地，这些方法步骤c）和d）在时间上并行地进行或至少部分在时间上彼此并行地进行并且在步骤a）和b）之后进行。步骤c）和d）也可以相继地并且以不同的顺序执行。特别地，至少步骤a）和b）以列出的顺序执行，其中步骤c）和d）在时间上在步骤a）和b）之后执行。

步骤c）和d）可以（至少部分地）在时间上并行或同时地执行。特别地，步骤d）在步骤c）期间进行。

步骤c）和d）可以在时间上偏移地执行，其中步骤c）通过第一脉冲状电流执行，而步骤d）通过时间上偏移的第二脉冲状电流执行。

特别地，所述坯料作为连续材料（Endlosmaterial）来提供，使得所述部件能够由作为带状材料来提供的坯料来制造。替代地，对所述坯料进行预切割（vorschneiden），其中所述坯料的在该方法中被分离的子区域作为材料残余物从所述设备中被导出。

特别地，所述坯料在步骤a）中布置在所述模具上或布置在所述支承部上。

为了执行步骤b），所述第一线圈体特别是布置成距所述坯料或所述支承部约30毫米。

特别是脉冲状电流会产生约20千牛顿的洛伦兹力（取决于所使用的组件的几何形状）。由于洛伦兹力，在所述支承部上模制（anformen）初始材料，从而使所述初始材料具有所述支承部的形状。

设置至少一个控制设备，所述控制设备被装备、配置或编程为执行所描述的方法。所述控制设备特别是所述设备的组成部分。

此外，所述方法也可以由计算机来执行或利用所述控制设备的处理器来执行。

因此，还提出了一种用于处理数据的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被适配/配置为执行所述方法或所提出的方法的一部分步骤。

可以设置计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括指令，所述指令在由计算机/处理器执行时促使所述计算机/处理器执行所述方法或所提出的方法的至少一部分步骤。

还提出了一种部件，所述部件至少利用所描述的设备或通过所描述的方法来制造，其中所述部件是用于软包电池的壳体膜或至少部分地形成用于软包电池的壳体。所述壳体或所述壳体膜可以用来封闭电池堆，该电池堆包括电极和隔板。

特别地，提出：所提出的设备用于由薄壁部件制造用于软包电池的壳体膜的用途。

对所述方法的讲述能够特别是转用于所述设备、所述部件和/或所述计算机实现的方法（也就是所述计算机或所述处理器、所述用于处理数据的系统、所述计算机可读存储介质），并且反之亦然。

所述设备或所述方法在成型期间特别是能够实现非常高的过程速度。由于所产生的粘塑性行为，所述坯料的材料的可成型性（Umformbarkeit）优于在常规拉深情况下的可成型性。由此可以实现高拉伸深度。所述坯料或所述部件的经过成型的材料分布得更均匀。可以减少经过成型的材料的回弹。所提出的成型需要较少的能量，因为例如消除了在冲模/压料圈和工件之间的摩擦。对于所使用的工具（分离设备和模具）几乎不产生磨损。可以降低用于提供所述设备的成本，因为现在将分离过程和成型过程合并在共同的设备中。

特别是在说明书中，对不定冠词（“一种”）的使用应以本身的方式来理解而不是理解为数词。因此，对应地由此引入的术语或成分应理解为：所述术语或成分至少存在一次，但特别是也可以存在多次。

预先考虑地应当注意，这里使用的数词（“第一”，“第二”，……）主要（仅）用于区分多个相同类型的对象、变量或过程，即特别是并不强制性地预给定这些对象、变量或过程彼此间的依赖性和/或顺序。如果依赖性和/或顺序是必要的，则这里对所述依赖性和/或顺序明确说明，或者对于本领域技术人员而言在研究具体描述的构型时是显而易见地得出所述依赖性和/或顺序。如果部件可出现多次（“至少一个”），则对这些组件之一的描述可以同样地适用于所有所述部件或多个所述部件中的一部分，但这不是强制性的。

附图说明

下面基于附图进一步解释本发明以及技术环境。应当指出的是，不应当通过所讲述的实施例来限制本发明。特别地，只要是没有另外地明确说明，也可以提取附图中解释的事实的部分方面，并将它们与本说明书中的其他组成部分和认识相组合。特别应指出的是，附图以及特别是所示出的尺寸关系仅是示意性的。其中：

图1示出了设备的第一实施变型；

图2以截面中的侧视图示出了根据图1的设备的一部分；

图3示出了设备的第二实施变型；以及

图4以截面中的侧视图示出了根据图3的设备的一部分。

具体实施方式

图1示出了设备1的第一实施变型。图2以截面中的侧视图示出了根据图1的设备1的一部分。下面一起描述图1和图2。

设备1包括：第一线圈体4，所述第一线圈体的电导体5布置在平面6中；用于提供脉冲状电流的电路7，能够向第一线圈体4的电导体5施加所述脉冲状电流；模具8，该模具具有面向第一线圈体4的用于待成型的坯料3的支承部9，其中支承部9具有部件2的待产生的形状；以及第一分离设备10，利用该第一分离设备10可以将坯料3的第一子区域11与坯料3的第二子区域12分离。

设备1被这样实施，使得坯料3能够布置在第一线圈体4和模具8之间、特别是能够布置在模具8上，能够通过作用在第一线圈体4和坯料3之间的电磁力至少部分地朝着模具8加速，而且在此能够通过支承部9成型并且能够通过第一分离设备10切开。

电路7包括第一回路（Schaltkreis）18，在所述第一回路中布置至少一个电感24、功率电阻23、电容器16以及第一线圈体4。第一线圈体4的电导体5具有多个匝（Windungen）。

由电路7提供的脉冲状电流在第一线圈体4中产生磁场，该磁场又在坯料3中感生电流。由此在坯料3和第一线圈体4之间产生洛伦兹力，通过该洛伦兹力，坯料3至少部分地朝着模具8加速或被施加（anlegen）到模具8和支承部9的形状（Form）上。以这种方式实现的坯料3的高速度使得能够通过模具8对坯料3成型，也就是说，使坯料3的形状适配于支承部9的形状。

除了初始材料3的成型之外，附加地将第二子区域12与第一子区域11分离。该分离包括切入到坯料3中，其中该切口与坯料3的外边缘间隔开地布置。这里，该分离包括去除被实施为边缘区域的第二子区域12。

第一分离设备10具有环绕实施的分离边13，使得分离边13全面地包围第一子区域11，并且第一子区域11能够与第二子区域12分离。分离边13全面地包围支承部9。第一子区域11形成部件2，其中第二子区域12作为材料残余物被清除。为此，设备1包括材料滑道20，通过材料滑道20，被分离的第二子区域12在重力21的影响下被自动从设备1中导出（abführen）。

第一分离设备10的分离边13位置固定地布置在模具8上。坯料3由于脉冲状电流而被挤压到模具8上，其中在此过程中坯料3也被挤压在分离边13上并且由此进行分离过程。由此可以在时间上并行地进行成型和分离。

通过控制设备22来操控电路7。

图3示出了设备1的第二实施变型。图4以截面中的侧视图示出了根据图3的设备1的一部分。下面一起描述图3和图4。参考对图1和2的陈述。

与第一实施变型不同，设备1这里包括电路7，该电路7具有附加的第二回路19。在第二回路19中布置第二线圈体14，其中可以通过开关17在第一回路18和第二回路19之间来回切换。

因此，设备1附加地包括第二线圈体14和第二分离设备15，其中通过第二线圈体14使得第二分离设备15能够朝向模具8移动。第一分离设备10布置在模具8上。

分离设备10、15被布置成使得可移动布置的第二分离设备15和布置在模具8上的第一分离设备10以它们的分离边13来共同作用，并且在此过程中在坯料3上形成共同的切割线。

第二线圈体14全面地包围（umfassen）第一线圈体4，并且线圈体4、14的电导体5布置在共同的平面6中，其中电路7被实施为使得只能相继地向线圈体4、14施加脉冲状电流。由此，非常简单且低成本地构造电路7，其中在第一线圈体4和第二线圈体14之间交替切换（umschalten）。

附图标记列表

1 设备

2 部件

3 坯料

4 第一线圈体

5 导体

6 平面

7 电路

8 模具

9 支承部

10 第一分离设备

11 第一子区域

12 第二子区域

13 分离边

14 第二线圈体

15 第二分离设备

16 电容器

17 开关

18 第一回路

19 第二回路

20 材料滑道

21 重力

22 控制设备

23 功率电阻

24 电感

Claims (10)

1.用于由坯料（3）制造薄壁部件（2）的设备（1），所述设备至少包括

•第一线圈体（4），所述第一线圈体的电导体（5）至少布置在平面（6）中，

•用于提供脉冲状电流的电路（7），能够向所述第一线圈体（4）的所述电导体（5）施加所述脉冲状电流，

•模具（8），所述模具具有面向所述第一线圈体（4）的用于待成型的坯料（3）的支承部（9），其中所述支承部（9）具有所述部件（2）的待产生的形状，以及

•第一分离设备（10），利用所述第一分离设备（10）能够将所述坯料（3）的第一子区域（11）与所述坯料（3）的第二子区域（12）至少部分地分离，

其中所述坯料（3）能够布置在所述第一线圈体（4）和所述模具（8）之间，能够通过作用在所述第一线圈体（4）和所述坯料（3）之间的电磁力朝着所述模具（8）加速，而且在此能够通过所述支承部（9）成型并且能够通过所述第一分离设备（10）至少部分地分离。

2.根据权利要求1所述的设备（1），其中，所述第一分离设备（10）具有环绕实施的分离边（13），使得所述分离边全面地包围所述第一子区域（11），并且能够将所述第一子区域（11）与所述第二子区域（12）分离。

3.根据权利要求2所述的设备（1），其中，所述分离边（13）全面地包围所述支承部（9）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备（1），所述设备至少包括第二线圈体（14），通过所述第二线圈体使得所述第一分离设备（10）能够朝向所述模具（8）移动。

5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的设备（1），所述设备至少包括第二线圈体（14）和第二分离设备（15），其中通过所述第二线圈体（14）使得所述第二分离设备（15）能够朝向所述模具（8）移动。

6.根据权利要求5所述的设备（1），其中，所述第二线圈体（14）全面地包围所述第一线圈体（4），并且线圈体（4、14）的所述电导体（5）布置在共同的所述平面（6）中，其中所述电路（7）被实施为，使得只能相继地向所述线圈体（4、15）施加所述脉冲状电流。

7.利用设备（1）由坯料（3）制造薄壁部件（2）的方法，其中所述设备（1）至少包括

•第一线圈体（4），所述第一线圈体的电导体（5）至少布置在平面（6）中，

•用于提供脉冲状电流的电路（7），能够向所述第一线圈体（4）的所述电导体（5）施加所述脉冲状电流，

•模具（8），所述模具具有面向所述第一线圈体（4）的用于待成型的所述坯料（3）的支承部（9），其中所述支承部（9）具有所述部件（2）的待产生的形状，以及

•第一分离设备（10），利用所述第一分离设备（10）能够将所述坯料（3）的第一子区域（11）与所述坯料（3）的第二子区域（12）至少部分地分离，

其中所述方法至少包括以下步骤：

a）提供所述坯料（3）并且将所述坯料（3）布置在所述第一线圈体（4）和所述模具（5）之间；

b）向所述第一线圈体（4）施加所述脉冲状电流，并在所述第一线圈体（4）和所述坯料（3）之间产生电磁力，使得所述坯料（3）朝向所述模具（5）加速；

c）对所述坯料（3）成型；以及

d）至少部分地分离所述坯料（3）。

8.根据权利要求7的方法，其中，步骤c）和d）在时间上并行地执行。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤c）和d）在时间上偏移地执行，其中步骤c）通过第一脉冲状电流执行，并且步骤d）通过时间上偏移的第二脉冲状电流执行。

10.至少利用根据前述权利要求1至6中任一项所述的设备（1）或通过根据前述权利要求7至9中任一项所述的方法制造的部件（2），其中，所述部件（2）是用于软包电池的壳体膜。

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