DE102004032239A1

DE102004032239A1 - Formwerkzeug mit integrierter Heizung

Info

Publication number: DE102004032239A1
Application number: DE200410032239
Authority: DE
Inventors: Ansgar Gusinde; Karl Hirmer; Ulrich Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-01-19

Abstract

Bei einem Formwerkzeug mit integrierter Heizung zur Formung eines Werkstückes (11, 12, 13) besteht die dem Werkstück zugekehrte Werkzeugfläche zumindest teilweise aus einem wärmestrahlungsdurchlässigen Material (2, 9) und weist auf der dem Werkstück abgewandten Seite eine Strahlungsheizung (4, 5, 6, 10) auf, deren Wärmestrahlung von dem Werkstück absorbierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug mit integrierter Heizung zur Formung eines Werkstückes.

Aus der DE 197 53 658 C2 ist ein Formwerkzeug zur Herstellung eines Bauteils aus Metallschaum bekannt, welches aus zwei Formhälften besteht, die jeweils mit einer Heizeinrichtung versehen sind.

Weiterhin ist es bei der spanlosen Formänderung von Blechteilen, insbesondere solchen aus Aluminium, Magnesium oder hochfestem Stahl, aus Gründen einer hohen Fertigungsqualität etwa aus der DE 101 28 199 A1 , DE 196 53 543 A1 oder DE 44 25 033 C2 bekannt, die Blechteile in den Bereichen hoher Bearbeitungsdichte entweder außerhalb des Trenn- und/oder Umformwerkzeuges oder im Werkzeug selbst durch Beheizen einer das Blechteil kontaktierenden Werkzeugfläche zumindest partiell auf ca. 200 °C bei Aluminium und bis zu 1200 °C bei höchstfestem Stahl zu erwärmen, wobei als Wärmequelle Heizrohre oder auch – wie nach der DE 101 08 419 A1 – Infrarotstrahler Verwendung finden. Damit sich die Erwärmung des bei einer werkzeuginternen Wärmequelle unmittelbar und bei einer externen Blechteilerwärmung aufgrund des Wärmekontakts zwischen Blechteil und Werkzeugfläche mittelbar beheizten Werkzeugbereichs nicht in die übrigen Werkzeugbereiche fortpflanzt, sind diese mit einer Zwangskühlung zur Abfuhr der einströmenden Wärmemenge ausgestattet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Formwerkzeug mit integrierter Heizung zu schaffen, bei welchem die Erwärmung des zu bearbeitenden Bauteils sowohl zeitlich als auch örtlich besser gesteuert werden kann als es mit den bisher bekannten Maßnahmen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruchs 1 gekennzeichnete Formwerkzeug gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug wird das Bauteil an der oder den erforderlichen Stellen mittels einer Strahlungsheizung durch wärmestrahlungsdurchlässige Wandungen des Formwerkzeugs hindurch direkt erwärmt, so dass zum einen die thermische Belastung des Formwerkzeugs erheblich reduziert wird und zum anderen die Aufheizung bzw. Abkühlung des Bauteils sowohl zeitlich als auch örtlich exakt gesteuert werden kann. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und einer zugleich überdurchschnittlich hohen tribolischen Standfestigkeit hat sich dabei die Verwendung einer Glaskeramik für die wärmestrahlungsdurchlässige Werkzeugwandung als besonders vorteilhaft erwiesen.

Erfindungsgemäß ausgestattete Formwerkzeuge sind mit besonderem Vorteil zum Formschäumen von Metallschaum-Sandwichblechen sowie zum Stanzen oder Abkanten eines Werkstücks geeignet, da hier die obengenannten Vorteile vollständig genutzt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Diese zeigt ein zweiteiliges Formwerkzeug mit seitlichen Blechhaltern zum Formschäumen von Metallschaum-Sandwichblechen. Die oberen und unteren Werkzeug- und Blechhalterteile sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel spiegelsymme trisch, so dass sich die Beschreibung auf die obere Werkzeughälfte beschränken kann.

An einem metallischen Grundkörper 1.1 des oberen Formwerkzeugteils 1 ist ein auswechselbarer, formgebender Werkzeugkörper 2 aus wärmestrahlungsdurchlässiger Glaskeramik befestigt, in welchem drei elektrisch betriebene und separat über Steuerleitungen 3 ansteuerbare Infrarot(IR)-Strahlungsquellen 4, 5 und 6 integriert sind. Das Werkzeugteil 1 ist weiterhin von einem Blechhalter 7 umgeben, welcher unabhängig von dem Werkzeugteil 1 höhenverstellbar ist, was durch die Doppelpfeile angedeutet ist. Der Blechhalter 7 besteht, ähnlich wie das Werkzeugteil 1, aus einem metallischen Grundkörper 8 mit einem auswechselbaren Kontaktstück 9 aus Glaskeramik auf der dem Bauteil zugewandten Seite, wobei in dieses ebenfalls separat ansteuerbare IR-Strahlungsquellen 10 integriert sind.
Zur Herstellung eines Metallschaum-Sandwichteils werden zwischen das untere und das obere Formwerkzeugteil 1 zwei Aluminiumbleche 11 und 12 mit einem dazwischenliegenden aufschäumbaren, metallischen Kernmaterial 13 eingelegt und zwischen dem Blechhalter 7 und dem zugehörigen Gegenhalter 14 eingespannt. Anschließend werden die formgebenden unteren und oberen Werkzeugteile 1 auf einen vorgegebenen gegenseitigen Abstand eingestellt und die einzelnen Strahlungsquellen 4, 5, 6 und 10 aktiviert. Dabei dienen die mittleren Strahlungsquellen 5 der oberen und unteren Werkzeugteile 1 zur Auslösung des Aufschäumprozesses in dem Kernmaterial 13, die seitlichen Strahlungsquellen 4 und 6 zur zusätzlichen Erweichung der Aluminiumbleche 11 und 12 an den stark gekrümmten Randbereichen und die Strahlungsquellen 10 in den Blechhaltern 7 und 14 zur Verschweißung der äußeren Ränder der Aluminiumbleche 11 und 12. Die obengenannten Heizprozesse laufen jedoch nicht alle gleichzeitig ab; so muss beispielsweise der Schäumprozess durch eine abrupte Beendigung der Wärmezufuhr rechtzeitig gestoppt werden, bevor es zu einem Kollabieren des Schaums kommt, wogegen zumindest ein Teil der übrigen Strahlungsquellen z. B. noch für die Verschweißung der Blechränder oder für ein Nachformen des Bauteils auf Endmaß aktiv sind. Je nach Art des verwendeten Blechmaterials kann vor Prozeßbeginn eine Oberflächenbehandlung der Bleche 11, 12 zum Zwecke einer lokal gesteigerten oder verminderten Strahlungsaufnahme vorteilhaft sein.
Die Erfindung lässt sich in analoger Weise auch auf andere Formwerkzeuge zur spanlosen oder auch spanenden Formung von Werkstücken übertragen. Vor allem zum thermisch unterstützten Stanzen oder Abkanten können derartige Formwerkzeuge mit zumindest in Teilbereichen aus einer Glaskeramik hergestellten Arbeitsflächen sowie mit einer integrierten Strahlungsheizung zur Anwendung kommen.

Claims

Formwerkzeug mit integrierter Heizung zur Formung eines Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein dem zu formenden Werkstück (11, 12, 13) zugekehrter Teil (2, 9) des Formwerkzeuges (1, 7, 14) zumindest partiell wärmestrahlungsdurchlässig ausgebildet und auf der dem Werkstück gegenüberliegenden Seite des wärmestrahlungsdurchlässigen Formwerkzeugteils (2, 9) eine Strahlungsheizung (4, 5, 6, 10) angeordnet ist, deren Wärmestrahlung von dem Werkstück absorbierbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, mit mindestens einer formgebenden Arbeitsfläche zur Umformung eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebende Arbeitsfläche zumindest partiell wärmestrahlungsdurchlässig ausgebildet und auf der Rückseite mit einer Strahlungsheizung (4, 5, 6) versehen ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 2, mit mindestens einem Werkstück-Niederhalter, dadurch gekennzeichnet, das der Niederhalter (7, 14) zumindest in einem Teilbereich ebenfalls wärmestrahlungsdurchlässig ausgebildet ist und hinter diesem Bereich eine Strahlungsheizung (10) aufweist.
Formwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Ausbildung als Schäumwerkzeug (1) mit wärmestrahlungsdurchlässiger Formfläche (2) und integrierter Strahlungsheizung (4, 5, 6) zum Formschäumen von Metallschaum-Sandwichblechen (11, 12, 13).
Formwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung als Stanzwerkzeug mit mindestens einer strahlungsdurchlässigen Stanzfläche und einer hinter dieser angeordneten Strahlungsheizung, deren Wärmestrahlung von dem Werkstück absorbierbar ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmestrahlungsdurchlässige Werkzeugteil (2, 9) aus Glaskeramik besteht und die Strahlungsheizung (4, 5, 6, 10) eine Infrarot-Strahlungsquelle ist.