DE102012221152A1 - System for tempering workpieces - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
Es wird ein System zum Temperieren von Werkstücken, insbesondere für eine Warmumformungsstation, vorgeschlagen, aufweisend eine Temperiervorrichtung und wenigstens einen durch die Temperiervorrichtung zu transportierenden Warenträger, wobei die Temperiervorrichtung eine Temperierkammer zum Temperieren eines auf dem Warenträger angeordneten Werkstücks aufweist, wobei die Temperiervorrichtung ferner eine Isolationskammer aufweist, welche zum Laden des Werkstücks auf den Warenträger und/oder zum Entladen des Werkstücks vom Warenträger vorgesehen ist.A system for temperature control of workpieces, in particular for a hot forming station, is proposed, comprising a temperature control device and at least one goods carrier to be transported through the temperature control device, the temperature control device having a temperature control chamber for temperature control of a workpiece arranged on the goods carrier, the temperature control device also having an insulation chamber which is provided for loading the workpiece onto the goods carrier and / or for unloading the workpiece from the goods carrier.
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem System zum Temperieren von Werkstücken, insbesondere für eine Warmumformungsstation, wobei das System eine Temperiervorrichtung und wenigstens einen durch die Temperiervorrichtung zu transportierenden Warenträger umfasst, wobei der Warenträger mit einem Werkstück zu bestücken ist. The present invention is based on a system for tempering workpieces, in particular for a hot forming station, the system comprising a temperature control device and at least one goods carrier to be transported by the temperature control device, wherein the goods carrier is to be equipped with a workpiece.
Es ist allgemein bekannt, metallische Werkstücke vor ihrer Weiterverarbeitung mittels einer Aufwärmvorrichtung auf eine optimale Verarbeitungstemperatur aufzuwärmen. Beispielsweise werden in der Karosseriefertigung Blechplatinen durch Warmumformung in eine gewünschte Form gebracht. Vor dem Warmumformen werden die Blechplatinen dabei durch eine Aufwärmvorrichtung transportiert, um die Blechplatinen aufzuwärmen und hierdurch die Festigkeit der Blechplatinen für den darauffolgenden Umformprozess vorübergehend herabzusetzen. Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, derartige Systeme mit Rollenförderern auszustatten, auf deren Rollen die Blechplatinen durch die Aufwärmvorrichtung bewegt werden. It is generally known to warm metallic workpieces to an optimum processing temperature by means of a warm-up device prior to their further processing. For example, in the Karosseriefertigung sheet metal plates are brought by hot forming in a desired shape. Before the hot forming, the sheet metal blanks are thereby transported by a warm-up device to heat the sheet metal blanks and thereby temporarily reduce the strength of the sheet metal blanks for the subsequent forming process. From the prior art is also known to equip such systems with roller conveyors on the roles of the sheet metal blanks are moved by the warm-up device.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System zum Temperieren von Werkstücken bereitzustellen, welches ein energieeffizienteres Temperieren der Werkstücke erlaubt und gleichzeitig kostengünstig zu realisieren ist. It is an object of the present invention to provide a system for tempering workpieces, which allows a more energy-efficient temperature control of the workpieces and at the same time is inexpensive to implement.
Diese Aufgabe wird mit einem System zum Temperieren von Werkstücken, insbesondere für eine Warmumformungsstation, aufweisend eine Temperiervorrichtung und wenigstens einen durch die Temperiervorrichtung zu transportierenden Warenträger, wobei die Temperiervorrichtung eine Temperierkammer zum Temperieren eines auf dem Warenträger angeordneten Werkstücks aufweist, und wobei die Temperiervorrichtung ferner eine Isolationskammer aufweist, welche zum Laden des Werkstücks auf den Warenträger und/oder zum Entladen des Werkstücks vom Warenträger vorgesehen ist. This object is achieved by a system for tempering workpieces, in particular for a hot forming station, comprising a temperature control device and at least one product carrier to be transported by the temperature control device, the temperature control device having a temperature control chamber for tempering a workpiece arranged on the goods carrier, and wherein the temperature control device further comprises a Isolation chamber, which is provided for loading the workpiece on the goods carrier and / or for unloading the workpiece from the product carrier.
In vorteilhafter Weise wird bei dem erfindungsgemäßen System der Warenträger innerhalb der Isolationskammer be- und/oder entladen. Dies hat den Vorteil, dass der Warenträger nicht aus der Temperiervorrichtung entnommen wird und somit der Wärmeaustausch zwischen dem Warenträger und der die Temperiervorrichtung umgebenden Luft reduziert wird. Die Energiebilanz des Systems wird somit erheblich verbessert. Die Temperiervorrichtung dient entweder zum Aufwärmen oder zum Abkühlen des Werkstücks für nachfolgende Weiterverarbeitungsprozesse. Das Werkstück umfasst insbesondere ein plattenförmiges, metallisches Werkstück, beispielsweise eine Blechplatine, aus welchem im Wege einer Warmumformung ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug erzeugt wird. Die Warmumformung erfolgt vorzugsweise in einer Presse. Advantageously, in the system according to the invention, the goods carrier is loaded and / or unloaded within the isolation chamber. This has the advantage that the product carrier is not removed from the temperature control device and thus the heat exchange between the product carrier and the ambient air surrounding the temperature control device is reduced. The energy balance of the system is thus significantly improved. The tempering device serves either to warm up or to cool the workpiece for subsequent further processing. In particular, the workpiece comprises a plate-shaped, metallic workpiece, for example a sheet metal blank, from which a body component for a motor vehicle is produced by means of hot forming. The hot forming is preferably carried out in a press.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das System einen Transportmechanismus zum Transportieren des Warenträgers in einem geschlossenen Kreislauf nacheinander durch die Temperierkammer und die Isolationskammer aufweist. In vorteilhafter Weise wird der Warenträger somit in einer Schleife durch die Temperiervorrichtung gefördert. Der Warenträger wird beim Durchlaufen der Temperierkammer immer wieder auf die Zieltemperatur gebracht und weicht beim Durchlaufen der Isolationskammer geringer von dieser Zieltemperatur ab, als wenn der Warenträger wie beim Stand der Technik nach jedem Zyklus vollständig aus der Temperiervorrichtung herausgenommen werden würde. Vorzugsweise weist der Warenträger eine hohe Wärmekapazität auf, so dass der Warenträger in der Isolierkammer nur geringfügig abkühlt (sofern die Temperiervorrichtung als Aufwärmvorrichtung arbeitet). In die Isolierkammer werden lediglich neue zu temperierende Werkstücke von außen eingebracht und nach Durchlaufen der Temperierkammer wieder aus der Isolierkammer entfernt. According to a preferred embodiment of the present invention, it is provided that the system has a transport mechanism for transporting the goods carrier in a closed circuit in succession through the tempering chamber and the insulation chamber. Advantageously, the product carrier is thus conveyed in a loop through the temperature control. The product carrier is repeatedly brought to the target temperature when passing through the tempering chamber and deviates less from this target temperature when passing through the insulation chamber, as if the product carrier would be removed as in the prior art after each cycle completely out of the tempering. Preferably, the product carrier has a high heat capacity, so that the goods carrier in the insulating chamber cools only slightly (if the temperature control works as a warm-up device). In the insulating only new workpieces to be tempered are introduced from the outside and removed after passing through the tempering again from the isolation chamber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Transportmechanismus derart ausgebildet ist, dass der Warenträger innerhalb der Temperierkammer parallel zu einer zur Haupterstreckungsebene des Warenträgers senkrechten Vertikalrichtung transportiert wird und dass der Warenträger innerhalb der Isolationskammer antiparallel zur Vertikalrichtung transportiert wird. Die vom Warenträger in der Temperiervorrichtung zurückgelegte Wegstrecke entspricht somit nahezu einem Rechteck. Eine solcher Bewegungsablauf ist vorteilhafterweise mittels eines vergleichsweise einfach und kostengünstig aufzubauenden Transportmechanismus realisierbar. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the transport mechanism is designed such that the goods carrier is transported within the tempering chamber parallel to a vertical direction perpendicular to the main extension plane of the goods carrier and that the product carrier is transported in the isolation direction antiparallel to the vertical direction. The distance traveled by the product carrier in the temperature control device thus corresponds almost to a rectangle. Such a sequence of movements can advantageously be realized by means of a transport mechanism that is comparatively simple and inexpensive to construct.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das System innerhalb der Isolationskammer eine Entladestation zum Entladen der Werkstücke von dem Warenträger und eine Ladestation zum Laden der Werkstücke auf den Warenträger aufweist. In vorteilhafter Weise erfolgt die Be- und Entladung des Warenträgers innerhalb der Isolationskammer, so dass möglichst wenig Temperaturaustausch mit der Umgebung der Temperiervorrichtung herbeigeführt wird. Auf diese Weise wird in der Temperierkammer weniger Energie verbraucht, um den in die Temperierkammer neu eingebrachten Warenträger erneut zu temperieren. Die Ladestation und die Entladestation liegen entlang der Vertikalrichtung vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene. According to another preferred embodiment of the present invention, it is provided that the system within the isolation chamber has an unloading station for unloading the workpieces from the goods carrier and a loading station for loading the workpieces onto the goods carrier. Advantageously, the loading and unloading of the goods carrier takes place within the isolation chamber, so that as little as possible temperature exchange with the environment of the temperature control is brought about. In this way, less energy is consumed in the tempering chamber to temper the newly introduced in the tempering chamber goods carrier again. The charging station and the unloading station preferably lie in a common plane along the vertical direction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Transportmechanismus ein erstes Verschiebeelement zum Transportieren des Warenträgers von der in der Isolationskammer angeordneten Ladestation parallel zu einer zur Vertikalrichtung senkrechten Horizontalrichtung in die Temperierkammer aufweist und dass der Transportmechanismus ein zweites Verschiebeelement zum Transportieren des Warenträgers von der Temperierkammer antiparallel zur Horizontalrichtung zu der in der Isolationskammer angeordneten Entladestation aufweist. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the transport mechanism has a first displacement element for transporting the goods carrier from the charging station arranged in the isolation chamber parallel to a horizontal direction perpendicular to the vertical direction in the tempering chamber and that the transport mechanism, a second displacement element for transporting the goods carrier from the tempering chamber has anti-parallel to the horizontal direction to the discharge station arranged in the isolation chamber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das erste und/oder zweite Verschiebeelement ein Antriebsmittel zum Bewegen des Mitnehmermittels parallel oder antiparallel zur Horizontalrichtung aufweist und wobei das erste Verschiebeelement und/oder das zweite Verschiebeelement jeweils ein Mitnehmermittel zum Mitnehmen des Warenträgers parallel oder antiparallel zur Horizontalrichtung aufweist. Das Antriebsmittel umfasst vorzugsweise einen Seilzug, eine Gliederkette oder eine Schubstange. Auf diese Weise wird ein vergleichsweise kostengünstiger Transportmechanismus zum Bewegen des Warenträgers zwischen der Isolationskammer und der Temperierkammer realisiert. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the first and / or second displacement element has a drive means for moving the driving means parallel or anti-parallel to the horizontal direction and wherein the first displacement element and / or the second displacement element in each case a driving means for carrying the goods carrier parallel or antiparallel to the horizontal direction. The drive means preferably comprises a cable, a link chain or a push rod. In this way, a comparatively inexpensive transport mechanism for moving the goods carrier between the isolation chamber and the temperature chamber is realized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierkammer und die Isolationskammer in ein gemeinsames Isolationsgehäuse gekapselt sind. In vorteilhafter Weise kann somit der Energieverbrauch weiter gesenkt werden. Die Wandungen des Isolationsgehäuses sind vorzugsweise aus einem Isoliermaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Die Wandung der Isolationskammer weist vorzugsweise eine verschließbare Eingangsöffnung zum Einbringen von Werkstücken in die Ladestation und/oder eine verschließbare Ausgangsöffnung zum Abführen von Werkstücken aus der Entladestation auf. Auf diese Weise können die Eingangs- und/oder Ausgangsöffnung verschlossen werden, wenn gerade kein Einbringen oder Ausbringen von Werkstücken vorgesehen ist. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the tempering chamber and the insulation chamber are encapsulated in a common insulation housing. Advantageously, thus the energy consumption can be further reduced. The walls of the insulating housing are preferably made of an insulating material with low thermal conductivity. The wall of the isolation chamber preferably has a closable inlet opening for introducing workpieces into the loading station and / or a closable outlet opening for removing workpieces from the unloading station. In this way, the input and / or output port can be closed when no introduction or dispensing of workpieces is provided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperiervorrichtung eine Aufheizvorrichtung zum Aufheizen der auf dem Warenträger angeordneten Werkstücke aufweist. Die Aufheizvorrichtung umfasst insbesondere eine Induktionseinheit mit einer Induktionsspule, wobei innerhalb der Induktionsspule die Temperierkammer angeordnet ist. Die Verwendung einer Induktionsspule ermöglicht ein vergleichsweise energieeffizientes Aufheizen der Werkstücke. Vorzugsweise weist der Warenträger eine Grundplatte und/oder eine Temperierungsplatte auf. Die Temperierungsplatte weist vorzugsweise eine Dicke auf, die größer die Dicke des Werkstücks ist. Das erfindungsgemäße System ermöglicht in vorteilhafter Weise einen durch Induktionsströme hervorgerufenen Wärmeeintrag in die Temperierungsplatte, wobei die Temperierungsplatte die Wärme dann durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an das Werkstück abgibt. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich energieeffizientere Aufwärmung des Werkstücks, insbesondere auf hohe Temperaturen, ermöglicht wird. Bei der Verwendung von Induktionstechnik zum Aufheizen von Werkstücken werden mittels einer Induktionsspule Wirbelströme im Werkstück induziert. Die Effizienz des Heizvorgangs hängt dabei allerdings von der Materialstärke des Werkstücks ab. Bei geringen Materialstärken lässt sich keine energieeffiziente Aufheizung auf hohe Temperaturen allein mittels Induktion erzielen. Das erfindungsgemäße System nutzt daher einen Warenträger, der zusätzlich mit einer Temperierungsplatte ausgestattet ist. Diese Temperierungsplatte kann – je nach gewünschter Zieltemperatur – in entsprechender Stärke ausgebildet sein. Beim induktiven Erwärmen werden zunächst das Werkstück (sofern es sich um ein metallisches Werkstück handelt) und die Temperierungsplatte jeweils durch Induktionsströme unmittelbar aufgeheizt. Bei zunehmenden Temperaturen wird die allein durch Induktion herbeigeführte Temperaturzunahme beim Werkstück immer geringer, während die allein auf Induktion beruhende Temperaturzunahme bei der insbesondere dick ausgebildeten Temperierungsplatte weiter fortschreitet. Die aufgeheizte Temperierungsplatte gibt sodann Wärme über Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an das Werkstück ab. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Werkstück in Form einer sehr dünnen Blechplatine durch ein induktives Heizverfahren auf effiziente Weise auch auf derart hohe Temperaturen aufgeheizt werden, welche ohne das Vorhandensein der Temperierungsplatte durch Induktion nicht oder nur sehr langsam (und somit ineffizient) erreicht werden würden. Die Temperierungsplatte ist insbesondere aus Stahl und die Grundplatte aus Keramikmaterial gefertigt. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the tempering device has a heating device for heating the arranged on the goods carrier workpieces. The heating device comprises, in particular, an induction unit with an induction coil, wherein the temperature-control chamber is arranged inside the induction coil. The use of an induction coil allows a comparatively energy-efficient heating of the workpieces. Preferably, the product carrier on a base plate and / or a Temperierungsplatte. The Temperierungsplatte preferably has a thickness which is greater than the thickness of the workpiece. The system according to the invention advantageously enables a heat input into the tempering plate caused by induction currents, wherein the tempering plate then delivers the heat to the workpiece by heat conduction and / or heat radiation. It has been found that in this way a considerably more energy-efficient heating of the workpiece, in particular to high temperatures, is made possible in comparison with the prior art. When using induction technology for heating workpieces, eddy currents are induced in the workpiece by means of an induction coil. However, the efficiency of the heating process depends on the material thickness of the workpiece. With low material thicknesses, energy-efficient heating to high temperatures can not be achieved by induction alone. The system according to the invention therefore uses a goods carrier, which is additionally equipped with a Temperierungsplatte. This Temperierungsplatte can - depending on the desired target temperature - be formed in the appropriate strength. When inductive heating, the workpiece (if it is a metallic workpiece) and the Temperierungsplatte are each directly heated by induction currents. With increasing temperatures, the induction of temperature caused by induction of the workpiece is always lower, while the solely based on induction temperature increase in the particular thick formed Temperierungsplatte continues to progress. The heated Temperierungsplatte then gives off heat via heat conduction and / or thermal radiation to the workpiece. In this way, for example, a workpiece in the form of a very thin sheet metal blank can be heated by an induction heating method in an efficient manner to such high temperatures, which would not be achieved or only very slowly (and thus inefficiently) without the presence of Temperierungsplatte by induction. The Temperierungsplatte is made in particular of steel and the base plate of ceramic material.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperiervorrichtung eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der auf dem Warenträger angeordneten Werkstücke aufweist. In vorteilhafter Weise können die Werkstücke mittels der Temperiervorrichtung gekühlt werden. Die Kühlvorrichtung umfasst vorzugsweise ein Leitungssystem zum Fördern eines Kühlfluid. Das Kühlfluid ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, welches beispielsweise durch das als Kälteschlagen fungierende Leitungssystem, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil gepumpt wird. According to another preferred embodiment of the present invention, it is provided that the temperature control device has a cooling device for cooling the workpieces arranged on the goods carrier. Advantageously, the workpieces can be cooled by means of the temperature control device. The cooling device comprises preferably a conduit system for conveying a cooling fluid. The cooling fluid is preferably a cooling fluid which is pumped, for example, by the line system acting as a cold impact, a compressor, a condenser, and an expansion valve.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the drawings, as well as from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings illustrate only exemplary embodiments of the invention, which do not limit the essential inventive idea.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
In
Das System
Die Ladestation
Zum Erwärmen der Werkstücke
Wenn der Warenträger
In
In
Das erste Verschiebeelement
In analoger Weise ist das zweite Verschiebeelement
Die in
In
In
In
Zusätzlich weist der Warenträger
Der Warenträger
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- System system
- 2 2
- Werkstück workpiece
- 3 3
- Temperiervorrichtung tempering
- 4 4
- Temperierkammer temperature chamber
- 5 5
- Warenträger goods carriers
- 6 6
- Induktionseinheit induction unit
- 7 7
- Induktionsspule induction coil
- 8 8th
- Grundplatte baseplate
- 9 9
- Temperierungsplatte Temperierungsplatte
- 10 10
- Isolationskammer isolation chamber
- 11 11
- Ladestation charging station
- 12 12
- Entladestation unloading
- 13 13
- Auflagemittel support means
- 14 14
- Stapelmittel stacking means
- 15 15
- Positionierelemente, Abstandshalter Positioning elements, spacers
- 18 18
- Isolationswand insulation wall
- 21 21
- Temperierungseinheit tempering unit
- 22 22
- Leitung management
- 23 23
- Temperierungsfluid temperature control fluid
- 24 24
- Stationäre Temperierungsplatte Stationary tempering plate
- 25 25
- Erster Manipulator First manipulator
- 26 26
- Zweiter Manipulator Second manipulator
- 31 31
- Warmumformungsstation Hot forming station
- 32 32
- Kühlvorrichtung cooler
- 33 33
- Erstes Verschiebeelement First displacement element
- 34 34
- Zweites Verschiebeelement Second displacement element
- 36 36
- Seilzug cable
- 37 37
- Rollen roll
- 38 38
- Mitnehmermittel entraining
- 100 100
- Haupterstreckungsebene Main plane
- 101 101
- Horizontalrichtung Horizontal direction
- 102 102
- Vertikalrichtung vertical direction
Claims (15)
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