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Die
Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur Erwärmung einer metallenen Platine,
mit einer unteren Heizeinheit und einer oberen Heizeinheit, die zwischen
einer geschlossenen, die Platine zwischen sich aufnehmenden Heizstellung
und einer voneinander beabstandeten Freigabestellung verstellbar
sind, wobei jede Heizeinheit eine mit der Platine in Kontakt tretende,
beheizbare Heizplatte aufweist.
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Um
ein Bauteil aus einer metallenen Platine beispielsweise mittels
einer hydraulischen Presse umzuformen und um das Material zu härten, ist
es notwendig, die Platine vor dem Umformvorgang zu erwärmen. Bei
einer üblichen
Stahlplatine ist dazu eine Erwärmung
auf eine Temperatur oberhalb der Ac3-Temperatur notwendig. Eine
der Möglichkeiten, um
die Platine auf die gewünschte
Temperatur zu bringen, ist die sogenannte Kontaktwärmebehandlung.
Dazu wird die Platine in eine Heizvorrichtung eingelegt, die eine
untere und eine obere Heizeinheit besitzt. Beide Heizeinheiten besitzen
jeweils eine beheizbare Heizplatte. In einer Freigabestellung sind die
beiden Heizeinheiten auseinandergefahren und soweit voneinander
beabstandet, dass die Platine auf die Heizplatte der unteren Heizeinheit
aufgelegt werden kann. Dann werden die Heizeinheiten so relativ
zueinander verfahren, dass die Heizplatten der Heizeinheiten auf
gegenüberliegenden
Seiten der Platine auf dieser anliegen und diese zwischen sich mit
geringer Kraft einspannen. In dieser geschlossenen Heizstellung
werden die Heizplatten erwärmt,
so dass aufgrund des Kontaktes mit der Platine auch diese erwärmt wird.
Nachdem die Platine eine ausreichende Temperatur erreicht hat, werden
die Heizeinheiten in die Freigabestellung auseinander gefahren und
die heiße
Platine wird zur weiteren Bearbeitung entnommen.
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Bei
der Erwärmung
der Platine dehnt sich diese insbesondere in ihrer Plattenebene
aus. Diese Wärmedehnung
ist von der Größe der Platine,
der Art des Materials und der Erwärmungstemperatur abhängig und
kann bis zu 50 mm betragen. Aufgrund der Ausdehnung der Platine
kommt es an der Kontaktfläche
zwischen der Platine und der jeweiligen Heizplatte der unteren und
oberen Heizeinheit zu einer Relativbewegung zwischen diesen Bauteilen,
die im Randbereich der Platine am größten ist. Da die Heizplatten
gegen die Platine gespannt sind, treten in der Kontaktfläche aufgrund
dieser Relativbewegung große
Reibungskräfte
auf, die dazu führen
können, dass
die Oberfläche
der Platine beschädigt
wird. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Platine eine
außenseitige
Beschichtung trägt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung der genannten
Art zur Erwärmung
einer metallenen Platine zu schaffen, bei der eine Beschädigung der
Platine infolge Wärmedehnungen
zuverlässig
vermieden ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei
ist vorgesehen, dass die Heizplatte der unteren und/oder der oberen
Heizeinheit eine Vielzahl von Heizsegmenten aufweist, die in einem
vorbestimmten Raster relativ zueinander angeordnet sind und die
in der von einer Kontaktfläche zwischen
den Heizsegmenten und der Platine definierten Ebene relativ zueinander
verschiebbar sind.
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Erfindungsgemäß wird von
der Grundüberlegung
ausgegangen, die Heizplatte der unteren oder der oberen Heizeinheit
und insbesondere die Heizplatten beider Heizeinheiten in eine Vielzahl
von Heizsegmenten zu unterteilen und diese so zu lagern, dass sie
den Bewegungen der Platine infolge der Wärmedehnungen folgen können, wobei
zwischen den Heizsegmenten infolge der abschnittsweise unterschiedlichen
Wärmedehnungen
eine Relativverschiebung auftritt, die zugelassen wird.
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Auch
bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
wird die zu erwärmende
Platine zwischen den beiden Heizplatten der Heizvorrichtung mit
geringer Kraft eingespannt. Bei Erwärmung der Platine dehnt sich
diese in ihrer Plattenebene in allen Richtungen seitlich aus. Die
einzelnen Heizsegmente, die mit der Platine unter Spannung in Anlage
stehen, sind vorzugsweise schwimmend gelagert und können der
Bewegung der Platine folgen, wodurch zwar eine relative Verschiebung
zwischen den Heizsegmenten, aber keine Verschiebung zwischen der
Platine und den Heizsegmenten auftritt. Auf diese Weise ist vermieden,
dass die Oberfläche
der Platine bei ihrer Erwärmung
beschädigt
wird.
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In
einer möglichen
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizsegmente
auf einer Trägerplatte
verschieblich aufgelagert sind und insbesondere auf dieser aufliegen.
Damit die Heizsegmente der Bewegung der Platine infolge ihrer Erwärmung folgen,
muss die Reibungskraft zwischen der Platine und den Heizsegmenten
größer sein
als die Reibungskraft zwischen den Heizsegmenten und der Trägerplatte.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann deshalb vorgesehen
sein, dass zwischen der Trägerplatte
und den Heizsegmenten zumindest eine Gleitschicht angeordnet ist.
Beispielsweise können
die Heizsegmente eine 1. Gleitschicht tragen, die aus Zirkoniumoxid
(ZrO2) besteht, während die Trägerplatte
eine zusätzliche
2. Gleitschicht trägt,
die beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht. Es sind jedoch auch andere Gleitschichtmaterialien
möglich
und es kann auch vorgesehen sein, dass die 1. Gleitschicht der Heizsegmente
und die 2. Gleitschicht der Trägerplatte
aus dem gleichen Material bestehen.
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Die
Form der Heizplatten ist üblicherweise an
die Form der zu erwärmenden
Platine angepasst. In der Regel besitzt die Platine die Form einer
rechteckigen Platte konstanter Dicke. In diesem Fall besitzen auch
die Heizplatten der beiden Heizeinheiten jeweils eine entsprechende
rechteckige Form. Es bietet sich dabei an, die Heizsegmente mit
einer rechteckigen Kontaktfläche
auszubilden und so in gegenseitigen Abstand in einem aus mehreren
nebeneinander liegenden Reihen gebildeten Raster anzuordnen, so
dass die Heizplatte aus einer Matrix von nebeneinander angeordneten
Heizsegmenten gebildet ist.
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Die
Erwärmung
der einzelnen Heizelemente erfolgt vorzugsweise mittels einer integrierten
Widerstandsheizung. Die Unterteilung der Heizplatte in eine Vielzahl
von Heizelementen gibt die Möglichkeit, jedes
Heizelement mit einer unabhängig
ansteuerbaren Widerstandsheizung auszubilden, so dass der Benutzer
der Heizvorrichtung für
jedes Heizelement individuell entscheiden kann, ob und gegebenenfalls auf
welche Temperatur er dieses Heizsegment aufheizen möchte. Auf
diese Weise ist es möglich,
die Heizplatte und damit auch die Platine auf bereichsweise unterschiedliche,
vom Benutzer festzulegende Temperaturen zu erwärmen.
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Um
den steuerungstechnischen Aufwand zu verringern, kann alternativ
auch vorgesehen sein, mehrere Heizelemente bezüglich der Steuerung ihrer Heizleistung
zu einer Heizsegment-Gruppe zusammen zu fassen, wobei die Heizsegmente
einer Heizsegment-Gruppe vom Benutzer der Heizvorrichtung in ihrer
Gesamtheit angesteuert werden können.
Vorzugsweise sind mehrere Heizsegment-Gruppen vorgesehen, die bezüglich ihrer
Heizleistung separat ansteuerbar sind. Auf diese Weise ist zwar
keine so feine Temperaturabstufung innerhalb der Heizplatte zu erreichen,
wie es bei den einzeln ansteuerbaren Heizsegmenten der Fall ist,
jedoch reicht es in der Praxis üblicherweise
aus, die Platine in zwei bis fünf Bereiche
unterschiedlicher Erwärmung
zu erteilen. Dies lässt
sich mit den genannten Heizsegment-Gruppen zuverlässig erreichen.
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Um
die Wärmeverluste
der Heizvorrichtung möglichst
gering zu halten, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, dass die untere und/oder die obere Heizeinheit einen wärmeisolierenden
Mantel besitzt. Der wärmeisolierende
Mantel kann die Trägerplatte
vollständig
umgeben und darüber
hinaus auch auf der der Heizplatte abgewandten Seite der Trägerplatte-angeordnet
sein.
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Die
Heizsegmente sind vorzugsweise frei beweglich und insbesondere schwimmend
gelagert. Wenn die Platine auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt
ist, nehmen die Heizsegmente eine aus ihrer Ausgangsstellung relativ
zueinander verstellte bzw. verschobene Position ein, aus der sie
wieder in ihre Ausgangslage zurückgestellt
werden müssen. Da
die Heizsegmente keine eigene Antriebsvorrichtung besitzen, ist
in Weiterbildung der Erfindung eine Rückstelleinrichtung vorgesehen,
mittels der die relativ zueinander verschobenen Heizsegmente wieder in
ihre Ausgangsstellung zurückgestellt
werden können.
Vorzugsweise umfasst die Rückstelleinrichtung auf
jeder Seite der Heizplatte eine Schubplatte, die über eine
Kolben-Zylinder-Einheit verstellbar ist. Die die Heizplatte bzw.
deren Heizsegmente außenseitig beaufschlagenden
Schubplatten schieben die Heizsegmente wieder so in die Ausgangsstellung
zurück, dass
das gewünschte
Raster erreicht ist und eine weitere Platine erwärmt werden kann.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
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2 eine
vergrößerte schematische
Seitenansicht der unteren Heizeinheit,
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3 eine
Aufsicht auf die Heizplatte mit den Heizsegmenten,
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4 eine
schematische Darstellung der verschieblichen Lagerung der Heizsegmente
und
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5 eine
Aufsicht auf die Heizsegmente mit einer Rückstelleinrichtung.
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Die 1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10. Die
Heizvorrichtung 10 weist eine untere Heizeinheit 11 und
eine obere Heizeinheit 13 auf. Die untere Heizeinheit 11 ist
auf eine Grundplatte 12 aufgelagert und umfasst eine untere
Isolationsplatte 19, auf der eine Trägerplatte 18 liegt.
Auf der Trägerplatte 18 ist eine
Heizplatte 16 angeordnet, die aus einer Vielzahl von Heizsegmenten 21 besteht.
Die untere Heizeinheit 11 weist ferner einen die Isolationsplatte 19 und die
Trägerplatte 18 vorzugsweise
vollständig
umgebenden Isolationsmantel 20 auf.
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Mit
Abstand oberhalb der unteren Heizeinheit 11 ist ein oberer
Querträger 14 vorgesehen,
der über
mehrere Verstellvorrichtungen 15 in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten
angehoben und abgesenkt werden kann, wie es durch den Doppelpfeil
V in 1 angedeutet ist. Am oberen Querträger 14 ist die
obere Heizeinheit 13 gelagert, die den grundsätzlich gleichen
Aufbau wie die untere Heizeinheit 11 besitzt, jedoch so
ausgerichtet ist, dass ihre Heizplatte 16 nach unten in
Richtung der unteren Heizeinheit 11 weist.
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1 zeigt
die Heizvorrichtung 10 in einer Freigabestellung, in der
die beiden Heizeinheiten 11 und 13 auseinandergefahren
und in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind. In den
Zwischenraum zwischen die beiden Heizeinheiten 11 und 13 kann
eine metallene Platine P eingelegt werden, wie es in 1 schematisch
angedeutet ist. Üblicherweise
wird die Platine P auf die Heizplatte 16 der unteren Heizeinheit 11 aufgelegt,
woraufhin die obere Heizeinheit 13 durch Aktivierung der
Verstellvorrichtungen 15 auf die untere Heizeinheit 11 soweit abgesenkt
wird, bis die beiden Heizeinheiten 11 und 13 zwischen
ihren Heizplatten 16 die Platine P mit geringem Druck einspannen.
Anschließend
werden die Heizplatten 16 erwärmt, wodurch auch die Platine P
auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen,
dass die Heizplatte 16 aus einer Vielzahl von Heizsegmenten 21 aufgebaut
ist, die jeweils eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt besitzen und
in Form einer Matrix aus mehreren nebeneinander angeordneten Reihen von
Heizsegmenten angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht die Heizplatte 16 aus drei Reihen zu jeweils sechzehn
Heizsegmenten, jedoch kann sowohl die Anzahl der Reihen als auch
die Anzahl der Heizsegmente pro Reihe davon abweichen und ist im
wesentlichen von dem Einsatzgebiet der Heizvorrichtung abhängig.
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Die
Heizsegmente 16 sind relativ zueinander in einer von der
Kontaktfläche
der Heizsegmente 16 mit der Platine P aufgespannten Ebene
E (s. 2), d. h. senkrecht zur Öffnungs- und Schließrichtung
V der Heizvorrichtung 10 frei verschieblich gelagert, indem
sie jeweils unabhängig
voneinander verschiebbar sind.
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Die
Heizsegmente 21 besitzen jeweils ein integriertes Heizelement 23 (s. 4)
in Form einer Widerstandsheizung. Dabei können die Heizsegmente 21 entweder
alle unabhängig
voneinander angesteuert und aufgeheizt werden, alternativ ist es möglich, mehrere
Heizsegmente 21 zu einer Heizsegment-Gruppe zusammen zu
fassen und diese jeweils auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Vorzugsweise
sind die Heizsegmente 21 der Heizsegment-Matrix in mehrere
Heizsegment-Gruppen unterteilt, die unabhängig voneinander hinsichtlich
ihrer Heizleistung angesteuert werden können.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Lagerung der Heizsegmente 21.
Bei der unteren Heizeinheit 11 liegt die Trägerplatte 18 auf
der Isolationsplatte 19. Auf der Oberseite der Trägerplatte 18 ist
eine 2. Gleitschicht 22 beispielsweise aus Aluminiumoxid
(Al2O3) ausgebildet.
Das Heizsegment 16 trägt
auf seiner unteren, der Trägerplatte 18 zugewandten
Seite eine 1. Gleitschicht, die beispielsweise aus Zirkoniumoxid
(ZrO2) bestehen kann. Wie 4 zeigt,
liegen die beiden Gleitschichten 17 und 22 aufeinander,
wodurch eine leichtgängige
Verschiebung des Heizsegmentes 21 relativ zur Trägerplatte 18 gewährleistet
ist.
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Die
obere Heizeinheit 13 besitzt einen prinzipiell gleichartigen
Aufbau, und unterscheidet sich von diesem dadurch, dass das Heizsegment 21,
das unterhalb der Trägerplatte 18 angeordnet
ist, über
einen Halter 24 die Trägerplatte 18 durchgreift
und übergreift.
Dementsprechend trägt
die Trägerplatte 18 auf ihrer
oberen, dem Heizsegment 21 abgewandten Seite die 2. Gleitschicht
insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3), während
die 1. Gleitschicht 17 auf der der Trägerplatte 18 zugewandten
Seite des Halters 24 angeordnet ist. Auch diese 1. Gleitschicht kann
beispielsweise aus Zirkoniumoxid (ZrO2)
bestehen.
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Wenn
die Platine P in die Heizvorrichtung 10 zwischen den Heizplatten 16 der
beiden Heizeinheiten 11 und 13 einge spannt ist
und erwärmt
wird, dehnt sie sich in ihrer Plattenebene aus. Dies führt zu einer
Verschiebung der Heizsegmente 21 in einer zur Plattenebene
parallelen Ebene, da die Reibungskräfte an der Kontaktfläche eines
Heizsegmentes 21 mit der Platine P größer sind als die Reibungskräfte des Heizsegmentes 21 an
der Trägerplatte 18,
da diese Reibungskräfte
durch die Gleitschichten 17, 22 wesentlich herabgesetzt
sind.
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Nach
Beendigung der Erwärmung
der Platine P wird die Heizvorrichtung 10 geöffnet, indem
die beiden Heizeinheiten 11 und 13 voneinander
abgehoben bzw. auseinandergefahren werden. Anschließend wird
die Platine P entnommen. In diesem Zustand weisen die Heizsegmente 21 eine
aus ihrer Ausgangsposition gemäß 3 verschobene
gegenseitige Ausrichtung auf, die durch die Ausdehnung der Platine
P bei der Erwärmung
bestimmt ist. Für
die Erwärmung
der nächsten
Platine müssen
die Heizsegmente 21 wieder in ihre Ausgangsposition, d. h.
die Matrix-Anordnung zurückgeführt werden.
Gemäß 5 sind
dafür auf
allen vier Seiten der Heizsegmente-Matrix jeweils Rückstelleinrichtungen 25 angeordnet,
die eine Schubplatte 26 und eine damit verbundene Kolben-Zylinder-Einheit 27 umfassen. Bei
Aktivierung aller vier Rückstelleinrichtungen 25 werden
die Heizsegmente 21 wieder soweit zusammengeschoben, dass
sie ihre ursprüngliche
Anordnung in Form einer rechteckigen Matrix einnehmen.