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Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung für das elektromagnetische Umformen und/oder Schneiden von blechartigen Materialien unter Einsatz eines Treibblechs.
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Beim elektromagnetischen Umformen werden durch elektrische Aktivierung einer Spule elektromagnetische Kräfte erzeugt, die in bekannter Weise zum Umformen oder auch zum Schneiden von Blechmaterialien genutzt werden können.
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Aus der
DE 10 2005 013 539 A1 ist ein gängiges Prinzip für eine Spulenanordnung bekannt, bei dem die Spule teilweise von einem elektrisch leitenden Rahmen umgeben ist, der wiederum mit dem umzuformenden und/oder zu schneidenden Blechmaterial derart kontaktiert ist, dass der Rahmen und das Blechmaterial einen geschlossenen Stromflussweg (Strompfad) um die Spule herum ausbilden. Wird nun die Spule aktiviert, so wird in dem Rahmen und in dem Blechmaterial ein Strom induziert, woraus abstoßende elektromagnetische Kräfte zwischen der Spule und dem Blechmaterial resultieren, die zum Umformen und/oder Schneiden des Blechmaterials genutzt werden.
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In der
DE 10 2005 013 539 A1 ist auch die Verwendung eines Treibblechs erläutert, das zwischen dem eigentlichen Zielblech und der Spule (elektromechanischer Aktuator) angeordnet und mit dem Rahmen mechanisch und elektrisch kontaktiert ist (siehe
3 und zugehörige Beschreibung). In vorteilhafter Weise wird hierbei das Zielblech nicht direkt kontaktiert. Die bei Aktivierung der Spule auf das Treibblech wirkenden Kräfte werden auf das Zielblech übertragen. Auf diese Weise können auch schlecht leitende und nicht-leitende blechartige Materialien umgeformt und/oder geschnitten werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, das elektromagnetische Umformen und/oder Schneiden mit einem Treibblech zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spulenanordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß dem ersten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein Werkzeug für die Blechbearbeitung, wie insbesondere ein Umform- und/oder Schneidwerkzeug, das wenigstens eine erfindungsgemäße Spulenanordnung aufweist.
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Ferner wird mit dem zweiten nebengeordneten Anspruch auch für eine Baugruppe gesondert Schutz beansprucht, wobei diese Baugruppe wenigstens eine Spuleneinrichtung und wenigstens einen Rahmen umfasst, die für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung und/oder in einem korrespondierenden Werkzeug vorgesehen und entsprechend ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Spulenanordnung weist wenigstens eine Spuleneinrichtung, wenigstens einen stabilen Rahmen, der die Spuleneinrichtung teilweise umgibt, und ein austauschbares Treibblech (bzw. eine austauschbare Treibfolie), das in einem Arbeitsbereich zwischen der Spuleneinrichtung und dem umzuformenden und/oder zu schneidenden blechartigen Material (Zielblech) positioniert ist, auf. Es ist vorgesehen, dass, im Querschnitt betrachtet, die Spuleneinrichtung von dem Treibblech im Wesentlichen vollständig umschlossen ist, wobei das dementsprechend räumlich geformte Treibblech außerhalb des Arbeitsbereichs zwischen der Spuleneinrichtung und dem umgebenden Rahmen angeordnet und abgestützt ist.
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Unter einer Spuleneinrichtung wird eine stabile Baueinheit verstanden, die wenigstens eine Spule zum elektromagnetischen Umformen aufweist. Die Spuleeinrichtung ist z. B. quaderförmig ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die umfasste Spule keine ebene Flachspule, sondern eine räumlich ausgebildete Spule ist.
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Unter einem blechartigen Material wird ein flächiges und bezüglich seiner flächigen Ausdehnung dünnes Material verstanden, wobei es sich vorzugsweise um ein Metallmaterial (Blechmaterial) handelt. Bei dem umzuformenden und/oder zu schneidenden blechartigen Material kann es sich jedoch auch um ein nicht-metallisches und insbesondere elektrisch nicht-leitendes Material handeln.
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Indem die Spuleneinrichtung von dem Treibblech im Wesentlichen vollständig umschlossen ist (bzw. indem das Treibblech die Spuleneinrichtung vollständig umschließt), wird von dem Treibblech um die Spuleneinrichtung herum ein geschlossener Strompfad für einen induzierten Strom ausgebildet. Damit entfällt die bislang erforderliche Kontaktierung zwischen dem Rahmen und dem Treibblech, wie in der
DE 10 2005 013 539 A1 gezeigt. Verschweißungen zwischen dem Rahmen und dem Treibblech treten nicht mehr auf, wodurch der Austausch des Treibblechs vereinfacht wird und insbesondere auch automatisiert werden kann. Ferner entfallen Aufschweißungen am Rahmen, die bislang ein regelmäßiges Überarbeiten der Rahmenkontaktflächen erforderlich machten.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Rahmen stromlos bleiben kann, woraus sich neue Gestaltungsmöglichkeiten für den Rahmen ergeben. Bspw. kann der Rahmen mehrteilig ausgebildet werden, ohne dass eine elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen Rahmenteilen erforderlich ist. Vor allem kann der Rahmen oder wenigstens ein Rahmenteil aus einem elektrisch schlecht leitenden oder elektrisch nicht-leitenden Material gebildet sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Rahmen oder wenigstens ein Rahmenteil aus einem Holzmaterial, einem Kunststoffmaterial oder aus einem Kunststoffverbundmaterial gebildet ist. Gegenüber den bislang üblichen Metallrahmen ist ein solcher Rahmen deutlich leichter und lässt sich somit z. B. beim Austauschen des Treibblechs einfacher handhaben. Zudem kann ein solcher Rahmen in der Herstellung günstiger sein. Dessen ungeachtet kann es sich jedoch auch um einen Metallrahmen, bspw. aus einem hochfesten Stahlmaterial, handeln, womit sehr hohe Kräfte aufgenommen werden können.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Abstützung des Treibblechs zwischen der Spuleneinrichtung und dem umgebenden Rahmen kann sich, bei Aktivierung der Spule, das Treibblech nur in dem dafür vorgesehenen Arbeitsbereich verformen, wobei die dort erzeugte Verformung auf das umzuformende und/oder zu schneidende blechartige Material übertragen wird. D. h., die im Arbeitsbereich im Treibblech auftretende kinetische Energie wird auf das zu schneidende blechartige Material übertragen. Die Abstützung des Treibblechs außerhalb des Arbeitsbereichs wird insbesondere durch dessen flächige Anlage am Rahmen bewerkstelligt, so dass es sich, trotz gegebener elektromagnetischer Kräfte, nicht verformen kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Treibblech außerhalb des Arbeitsbereichs vom Rahmen an die stabile Spuleneinrichtung angedrückt wird und somit quasi zwischen Rahmen und Spuleneinrichtung eingeklemmt ist.
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Das Treibblech ist aus einem umformbaren und elektrisch leitenden Material von vorzugsweise geringer Festigkeit gebildet (z. B. Al 99,5). Die Dicke des Treibblechs soll zumindest wenige Zehntelmillimeter betragen. Nach jedem Umform- und/oder Schneidvorgang muss das Treibblech ausgetauscht bzw. ausgewechselt werden. Hierfür ist die Spuleneinrichtung freizulegen, um das Treibblech manuell oder maschinell (bspw. mit Hilfe einer Biegevorrichtung oder dergleichen) um die Spuleneinrichtung herum anordnen bzw. auf diese aufwickeln zu können. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die unbenutzten Treibbleche bereits vorgeformt sind und auf die Spuleneinrichtung quasi aufgestülpt werden.
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Um einen geschlossenen Strompfad zu erhalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Endabschnitte des um die Spuleneinrichtung herumgeführten Treibblechs miteinander elektrisch kontaktiert werden. Diese Kontaktierung kann direkt oder mit einem stromleitenden Zwischenstück erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kontaktierung durch Verklemmen der Endabschnitte (Kontaktflansche) erfolgt. Die Kontaktierung der Endabschnitte erfolgt insbesondere auf der vom Arbeitsbereich abgewandten Seite der Spuleneinrichtung.
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Das Treibblech ist ein Verschleißteil. Um das Austauschen des Treibblechs zu vereinfachen, kann der Rahmen mehrteilig und insbesondere teilbar ausgebildet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rahmen zweiteilig ausgebildet ist und zwei insbesondere symmetrisch ausgebildete Rahmenschenkel umfasst, die vollständig separierbar sind. Die Rahmenteile des mehrteiligen Rahmens können von wenigstens einer lösbaren mechanischen Verspanneinrichtung (bspw. einem Zuganker mit Zugschrauben) zusammengehalten werden. Alternativ können die Rahmenteile auch von wenigstens einer lösbaren hydraulischen oder pneumatischen Verspanneinrichtung zusammengehalten werden. Ebenso ist die Verwendung wenigstens einer elektromechanischen Verspanneinrichtungen möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur beispielhaft näher erläutert.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Umformwerkzeug mit einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung.
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Das in 1 gezeigte und insgesamt mit 100 bezeichnete Umformwerkzeug weist eine Matrize 10 mit einem Formgebungsabschnitt 11 auf. Auf der Matrize 10 liegt ein umzuformendes blechartiges Material 50 auf, das am Außenrand durch den aufdrückenden Rahmen 30 gegen die Matrize 10 fixiert ist. Die gewählte Darstellung zeigt das blechartige Material 50 vor dem Umformvorgang. Das Umformwerkzeug 100 weist ferner eine als stabile Baueinheit ausgebildete Spuleneinrichtung 20 mit einer räumlich ausgebildeten Spule 21 auf (wobei es sich um eine Ein- oder Mehrwindungsspule handeln kann), die zu drei Seiten vom Rahmen 30 umgeben ist. Der Bereich zwischen der Spuleneinrichtung 20 und dem Formgebungsabschnitt 11 der Matrize 10 kann als Arbeitsbereich bezeichnet werden, da hier die Umformung des blechartigen Materials 50 erfolgt, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist die Spuleneinrichtung 20 vollständig von einem Treibblech 60 umschlossen. Außerhalb des Arbeitsbereichs ist das Treibblech 60 zwischen der Spuleneinrichtung 20 und dem Rahmen 30 angeordnet und wird von den beiden Rahmenschenkeln 31 und 32 gegen die Spuleneinrichtung 20 angedrückt. Bei elektrischer Aktivierung der Spule 21 in der Spuleneinrichtung 20 wird in dem Treibblech 60 ein Strom induziert, woraus bekanntermaßen abstoßende elektromagnetische Kräfte zwischen der Spule 21 und dem Treibblech 60 resultieren. Jedoch wird lediglich im Arbeitsbereich, in dem sich der Rahmen 30 nicht befindet, eine Umformung des Treibblechs 60 ermöglicht, wobei das Treibblech 60 infolge des mechanischen Kontakts die Umformung des blechartigen Materials 50 bewirkt, was durch einen Pfeil verdeutlicht ist. Der Rahmen 30 ist stabil ausgeführt, so dass dieser nicht deformiert wird. Die Umformung ist beendet, wenn das blechartige Material 50 an der Kontur des Formgebungsabschnitts 11 zur Anlage kommt. Hiernach wird der Rahmen 30 angehoben und das aus dem blechartigen Material 50 hergestellte Formteil kann entnommen werden.
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Durch Vorsehen von entsprechenden Prägeelementen im Formgebungsabschnitt 11 sind Formprägungen im blechartigen Material 50 möglich. Durch Vorsehen von Schneidkanten im Formgebungsabschnitt 11 kann auch ein Schneiden des blechartigen Materials 50 bewerkstelligt werden.
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Für einen neuen Umformvorgang muss das Treibblech 60 ausgetauscht werden. Um das Austauschen zu erleichtern, ist der Rahmen 30 teilbar ausgebildet. In dem gezeigten Beispiel sind zwei symmetrisch ausgebildete Rahmenschenkel 31 und 32 vorgesehen. Die Rahmenschenkel 31 und 32 werden von einer lösbaren Verspanneinrichtung 40 zusammengehalten, wobei die Verspanneinrichtung 40 zwei Spannbacken 41 und 42 aufweist, die die Rahmenschenkel 31 und 32 mit einer definierten Kraft aneinander drücken. Die Verspanneinrichtung 40 kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromechanisch betätigbar sein, was im Detail nicht dargestellt ist.
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Um einen geschlossenen Strompfad für einen zu induzierenden Strom zu erhalten, ist vorgesehen, dass die Endabschnitte 61 und 62 des um die Spuleneinrichtung 20 herumgeführten Treibblechs 60 miteinander elektrisch kontaktiert werden. Das Treibblech 60 wird somit quasi mit sich selbst kontaktiert. In dem gezeigten Beispiel erfolgt auf der dem Arbeitsbereich abgewandten Seite der Spuleneinrichtung 20 eine direkte Kontaktierung der Endabschnitte 61 und 62 durch Verklemmen zwischen den Rahmenschenkeln 31 und 32 des Rahmens 30. Alternativ kann ein Zwischenstück zwischen den Endabschnitten 61 und 62 angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Matrize
- 11
- Formgebungsabschnitt
- 20
- Spuleneinrichtung
- 21
- Spule
- 30
- Rahmen
- 31
- Rahmenschenkel
- 32
- Rahmenschenkel
- 40
- Verspanneinrichtung
- 41
- Spannbacke
- 42
- Spannbacke
- 50
- blechartiges Material (Zielblech)
- 60
- Treibblech
- 61
- Endabschnitt/Flansch (des Treibblechs)
- 62
- Endabschnitt/Flansch (des Treibblechs)
- 100
- Werkzeug zur elektromagnetischen Umformung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005013539 A1 [0003, 0004, 0012]
