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Die Erfindung betrifft eine Warmumformanlage für Werkstücke aus Stahl, insbesondere Blechplatinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, Blechformteile aus Stahl durch Warmumformen herzustellen und dabei oder anschließend im Umformwerkzeug zu härten. Für das Härten im geschlossenen Umformwerkzeug wird vorwiegend der Begriff „Presshärten” verwendet. Die Blechformteile werden aus Blechplatinen hergestellt, wobei die Blechplatinen vor dem Warmumformen und/oder Presshärten auf eine Temperatur oberhalb der sog. Austenitisierungstemperatur erwärmt werden. Durch das plötzliche Abkühlen der Blechformteile in dem geschlossenen kalten und/oder gekühlten Umformwerkzeug tritt die Härtung ein.
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So können Bereiche während oder nach der Erwärmung der Blechplatine ausgebildet werden, die oberhalb oder unterhalb der Austenitisierungstemperatur liegen.
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Die
DE 102 56 621 B3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität und einen dafür geeigneten Durchlaufofen. Der Durchlaufofen weist mindestens zwei in Durchlaufrichtung nebeneinander angeordnete Zonen unterschiedlichen Temperaturniveaus auf, die durch eine oberhalb der den Ofen durchwandernden Blechplatine angeordnete Trennwand voneinander abgetrennt sind.
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Von Nachteil ist, dass die Ausbildung des Ofens die Variabilität der Blechformteile einschränkt bzw. die Umrüstung des Ofens zeitaufwändig und kostenintensiv ist.
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In der
DE 10 2008 062 270 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum partiellen Härten von metallischen Werkstücken beschrieben. Das Werkstück wird mittels einer Fördereinrichtung entlang einer Förderrichtung transportiert und mittels einer aus mehreren Heizquellen zusammengesetzten Heizeinrichtung in unterschiedlichen Regionen des Werkstücks unterschiedlich erwärmt. Dabei bewegt sich die Heizquelle ebenfalls in Förderrichtung mit dem Werkstück. Dies offenbart eine relativ aufwändige Konstruktion.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, die die o. g. Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird eine Warmumformanlage für Werkstücke aus Stahl, insbesondere Blechplatinen, vorgeschlagen, umfassend eine Transporteinrichtung mit Werkstückträger zur Aufnahme und zum Transport der Werkstücke, eine Erwärmungseinrichtung und eine Warmumformeinrichtung, wobei die Erwärmungseinrichtung bezogen auf den technologischen Ablauf des Prozesses der Warmumformeinrichtung vorgeschaltet ist und die Transporteinrichtung mit der Erwärmungseinrichtung derart zusammenwirkt, dass über die Transporteinrichtung der Erwärmungseinrichtung die Werkstückträger mit Werkstücken zugeführt, hindurchgeführt und abgeführt werden, wobei vorgesehen ist, dass die Erwärmungseinrichtung eine eine Wärmestrahlung aussendende Heizeinrichtung aufweist, um die Werkstücke, während sie über die Werkstückträger mittels der Transporteinrichtung hindurch geführt werden, zu erwärmen, und wobei vorgesehen ist, dass der Werkstückträger, der jeweils mindestens ein Werkstück aufnimmt, eine Temperierungseinrichtung aufweist, die mit mindestens einem Abschnitt des Werkstücks zusammenwirkt.
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Die erfindungsgemäße Warmumformanlage zeichnet sich dadurch aus, dass durch die an dem Werkstückträger angeordnete Temperierungseinrichtung eine besonders einfache und energetisch vorteilhafte Lösung für die Ausbildung unterschiedlicher Temperaturbereiche in dem Werkstück gefunden wurde. An der Warmumformanlage vorzunehmende Änderungen für das Presshärten unterschiedlicher Werkstücke mit Ausbildung duktiler Bereiche sind so auf den Werkstückträger und/oder die Temperierungseinrichtung beschränkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Temperierungseinrichtung so ausgebildet ist, dass das von dem Werkstückträger aufgenommene Werkstück in unterschiedlichen Abschnitten des Werkstücks unterschiedliche Temperatur erhält.
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In einer vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Temperierungseinrichtung mindestens ein Abschirmelement aufweist, das über mindestens einem der Wärmestrahlung zugewandten Oberflächenabschnitt des Werkstücks anordenbar ist. Bei dem Abschirmelement kann es sich beispielsweise um einen plattenförmigen Körper aus einem wärmebeständigen Material handeln, dessen Kontur der Kontur des von der Wärmestrahlung abzuschirmenden Oberflächenabschnitts entspricht.
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Das mindestens eine Abschirmelement kann relativ zu einer das Werkstück aufnehmenden Aufnahme des Werkstückträgers positionsverstellbar sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Temperierungseinrichtung mindestens zwei Abschirmelemente aufweist, die relativ zueinander positionsverstellbar sind.
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Das mindestens eine Abschirmelement oder die mindestens zwei Abschirmelemente können an einem Träger angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann der Träger aus stabförmigen Elementen aufgebaut sein, welche die auf das Werkstück gerichtete Wärmestrahlung nicht wesentlich abschirmen.
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Der Werkstückträger kann ein Gestell aufweisen, das auf einer Führungsbahn der Transporteinrichtung verschiebbar geführt ist. Vorteilhafterweise kann auch das Gestell aus stabförmigen Elementen aufgebaut sein, so dass das Gestell die Wärmeverteilung im Werkstück nicht beeinflusst.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass an oder in dem Gestell eine das Werkstück aufnehmende Aufnahme angeordnet ist.
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Die Aufnahme kann gestellfest angeordnet sein.
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Die Aufnahme kann Aufnahmepunkte aufweist, auf denen das Werkstück punktweise aufliegt. Durch die punktweise Auflage des Werkstücks wird erreicht, dass nur eine geringe Wärmeableitung aus dem Werkstück in die Aufnahme erfolgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Temperierungseinrichtung mindestens ein Kühlelement aufweist, das mit mindestens einem Oberflächenabschnitt des Werkstücks in Wärmeleitungskontakt ist. Das Kühlelement kann aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff ausgebildet sein und eine ausreichende Wärmespeicherkapazität aufweisen, um die aus dem Werkstück abgeführte Wärmemenge aufzunehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die die Aufnahme das mindestens eine Kühlelement bildet.
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Es kann weiter vorgesehen sein, dass in oder an dem Gestell ein Tragarm angeordnet ist, wobei in oder an dem Tragarm die Temperierungseinrichtung gelagert ist. Der Tragarm kann lösbar oder unlösbar mit dem Gestell verbunden sein. Als lösbare Verbindung kann beispielsweise eine Steckverbindung vorgesehen sein, so dass die Temperierungseinrichtung leicht wechselbar ist. Als unlösbare Verbindung kann beispielsweise eine Schweißverbindung vorgesehen sein.
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Die Temperierungseinrichtung kann an oder in dem Tragarm positionsverstellbar gelagert sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass an oder in dem Tragarm oder an oder in dem Gestell ein Schwenklager des Trägers angeordnet ist, dessen Schwenkachse quer oder senkrecht zur Transportrichtung und/oder in der Transportebene der Transporteinrichtung angeordnet ist. Das an dem Träger angeordnete Abschirmelement kann so um eine waagerechte oder senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sein, so dass es durch Schwenken in eine Arbeitsstellung bringbar ist, in der es über dem abzuschirmenden Abschnitt des Werkstücks angeordnet ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass an oder in dem Tragarm oder an oder in dem Gestell eine Linearführung des Trägers angeordnet ist, dessen Führungsachse quer zur Transportrichtung und/oder in der Transportebene der Transporteinrichtung angeordnet ist. Das Abschirmelement kann so parallel oder quer zur Längsachse des Werkstückträgers angeordnet sein, so dass es durch Verschieben in eine Arbeitsstellung bringbar ist, in der es über dem abzuschirmenden Abschnitt des Werkstücks angeordnet ist.
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Der Werkzeugträger kann so ausgebildet sein, dass er zwischen einer Offenstellung zum Aufnehmen und Herausnehmen des Werkstücks und einer Geschlossenstellung zum Halten des Werkstücks schaltbar ist. In Offenstellung nimmt die Temperierungseinrichtung eine Lage ein, in der die Abschirmelemente nicht das Aufnehmen und Herausnehmen des Werkstücks behindern. In der Geschlossenstellung nimmt die Temperierungseinrichtung eine Lage ein, in der die Abschirmelemente in der Arbeitsstellung sind.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Warmumformanlage;
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2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht längs der Schnittlinie IIa-IIa in 2b;
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2b den Werkstückträger in 2a in einer Draufsicht;
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3a ein zweites Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht längs der Schnittlinie IIIa-IIIa in 3b;
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3b den Werkstückträger in 3a in einer Draufsicht;
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4a ein drittes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht;
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4b den Werkstückträger in 4a in einer Draufsicht;
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5a ein viertes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht längs der Schnittlinie Va-Va in 5b;
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5b den Werkstückträger in 5a in einer Draufsicht;
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6a ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht längs der Schnittlinie VIa-VIa in 6b;
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6b den Werkstückträger in 5a in einer Draufsicht;
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7a ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht;
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7b den Werkstückträger in 7a in einer Draufsicht;
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8a ein siebentes Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers in einer Schnittansicht längs der Schnittlinie VIIIa-VIIIa in 8b;
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8b den Werkstückträger in 8a in einer Draufsicht.
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Die 1 zeigt eine Warmumformanlage 1 für Werkstücke 2 aus Stahl, insbesondere Blechplatinen, umfassend eine Transporteinrichtung 3 mit Werkstückträgern 4 zur Aufnahme und zum Transport der Werkstücke 2, eine Erwärmungseinrichtung 5 und eine Warmumformeinrichtung 6. Die Erwärmungseinrichtung 5 ist bezogen auf den technologischen Ablauf des Prozesses der Warmumformeinrichtung 6 vorgeschaltet. Die Transporteinrichtung 3 wirkt mit der Erwärmungseinrichtung 5 derart zusammen, dass über die Transporteinrichtung 3 der Erwärmungseinrichtung 5 die Werkstückträger 4 mit Werkstücken 2 zugeführt, hindurchgeführt und abgeführt werden.
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In der Warmumformanlage 1 werden die als Blechplatinen aus Stahl ausgebildeten Werkstücke 2 in der Warmumformeinrichtung 6 in einem Umformwerkzeug zu Blechformteilen warm umgeformt und anschließend im Umformwerkzeug gehärtet. Es ist auch möglich, vorgeformte Blechformteile in das Umformwerkzeug einzulegen, dort zu kalibrieren und im geschlossenen Umformwerkzeug zu härten. Dieser Schritt wird auch als Presshärten oder Formhärten bezeichnet. Das in dem geschlossenen Umformwerkzeug gehärtete Blechformteil weist den Vorteil auf, dass während des Härtens kein Verzug eintritt, so dass das Blechformteil eine hohe Formtreue und Maßhaltigkeit aufweist. Im Folgenden werden sowohl die Blechplatinen als auch die Blechformteile als Werkstück 2 bezeichnet.
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Das Werkstück 2 wird durch einen ersten Industrieroboter 7 auf einem leeren Werkstückträger 4 abgelegt. Der Werkstückträger 4 ist auf der Transporteinrichtung 3 angeordnet. Die Transporteinrichtung 3 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Transportband ausgebildet, das einen Ofenraum 51 der Erwärmungseinrichtung 5 durchgreift und die Werkstückträger 4 durch den Ofenraum 51 transportiert. An der Decke des Ofenraums 51 ist eine Heizeinrichtung 52 angeordnet, von der durch Richtungspfeile symbolisierte Wärmestrahlung ausgeht, die vor allem das Werkstück 2 erwärmt.
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Der Werkstückträger 4 weist eine Temperierungseinrichtung 42 auf, die von einer Offenstellung in eine Arbeitsstellung schwenkbar ist. In der Offenstellung ist das Werkstück 2 auf dem Werkstückträger 4 ablegbar. Nach der Ablage des Werkstücks 2 auf dem Werkstückträger 4 wird die Temperierungseinrichtung 42 von der Offenstellung in die Arbeitsstellung gebracht, in der die Temperierungseinrichtung 42 mit mindestens einem Abschnitt des Werkstücks 2 zusammenwirkt.
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Nach dem Verlassen des Ofenraums 51 wird die Temperierungseinrichtung 42 von der Arbeitsstellung in die Offenstellung gebracht. Das erwärmte Werkstück 2 wird durch einen weiteren Industrieroboter 7 dem Werkstückträger 4 entnommen und in das geöffnete Umformwerkzeug der Warmumformeinrichtung 6 eingelegt. Der nun leere Werkstückträger 4 wird durch eine in 1 nicht dargestellte Rückführungseinrichtung der Transporteinrichtung 3 entnommen und stromaufwärts vor der Erwärmungseinrichtung wieder auf der Transporteinrichtung 3 abgelegt. Es kann eine weitere, außerhalb des Ofenraums 51 angeordnete Transporteinrichtung vorgesehen sein mit zu der Transporteinrichtung 3 entgegengesetzter Transportrichtung, wobei die Übergabe der leeren Werkstückträger 4 durch Industrieroboter vorgesehen sein kann.
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Die 2a und 2b zeigen den Aufbau des Werkstückträgers 4 im Einzelnen. Der Werkstückträger 4 umfasst ein Gestell 41 und die an dem Gestell 41 angeordnete Temperierungseinrichtung 42.
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In dem in 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gestell 41 aus stabförmigen Streben fachwerkartig ausgebildet mit einer rechteckförmigen Außenkontur und einer kreuzförmigen Aussteifung. Auf dem Gestell 41 sind zylinderförmige Aufnahmen 41a angeordnet, auf denen das Werkstück 2 mit seiner Unterseite punktförmig aufliegt.
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Das Gestell 41 liegt mit seiner Unterseite auf dem Transportband der Transporteinrichtung 3 auf.
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Die Temperierungseinrichtung 42 arbeitet nach dem Prinzip der Abschirmung der Wärmestrahlung und weist ein plattenförmiges Abschirmelement 42a auf, das in der in 2a und 2b dargestellten Arbeitsstellung der Temperierungseinrichtung 42 über der Oberseite des Werkstücks 2 angeordnet ist und einen unter dem Abschirmelement 42a angeordneten Abschnitt des Werkstücks 2 vor der auftreffenden Wärmestrahlung abschirmt. Das Abschirmelement 42a ist mit zwei voneinander beabstandeten Trägern 42t starr verbunden. Die Träger 42t sind als Schwenkarme ausgebildet, die jeweils in einem Schwenklager 41s um eine quer zur Längsachse des Gestells 41 erstreckte Drehachse um 180° schwenkbar gelagert sind, wie durch einen Bogenpfeil in 2a angedeutet. Die Schwenklager 41s sind auf von einer Querstirnseite des Gestells 41 schräg auskragenden Tragarmen 41t angeordnet. In der Offenstellung, das heißt bei um 180° gedrehten Trägern 42t, kann das Werkstück 2 auf den Werkstückträger 4 aufgelegt werden bzw. von dem Werkstückträger 4 abgehoben werden, wie weiter oben beschrieben.
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In der in den 2a und 2b gezeigten geschlossenen Stellung des Werkstückträgers 4, bei dem das Werkstück 2 auf der Aufnahme des Werkstückträgers 4 aufgelegt ist, ist zwischen der Unterseite des Abschirmelements 42a und der Oberseite des Werkstücks 2 ein Abstandsraum ausgebildet, das heißt zwischen dem Abschirmelement 42a und dem Werkstück 2 findet keine Wärmeleitung statt. Das Werkstück 2 wird so nicht gleichmäßig erwärmt. Während die nicht abgeschirmten Abschnitte des Werkstücks 2 beim Verlassen des Ofenraums 51 eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur aufweisen, weist der unter dem Abschirmelement 42a angeordnet Abschnitt des Werkstücks 2 eine niedrigere Temperatur auf und ist deshalb nicht härtbar. Dieser Abschnitt des Werkstücks 2 bleibt deshalb duktil.
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Die 3a und 3b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4. Der Werkstückträger 4 ist wie der in 2a und 2b dargestellte Werkstückträger ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Temperierungseinrichtung 42 um eine senkrechte Drehachse um 180° schwenkbar ist, wie in 3b durch einen Pfeilbogen dargestellt. Es ist nur ein Schwenklager 41s vorgesehen. Der Träger 42t ist gabelförmig mit zwei Gabelarmen ausgebildet, an denen das plattenförmige Abschirmungselement 42a angeordnet ist.
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Die 4a und 4b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4. Der Werkstückträger 4 ist wie in 3a und 3b dargestellt ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Temperierungseinrichtung 42 nicht drehbar, sondern linear verschiebbar an dem Tragarm 41t gelagert ist. Die Lagerung der Temperierungseinrichtung 42 ist in den 4a und 4b nur grob angedeutet. Es handelt sich dabei um zwei parallel zur Längsachse des Werkstückträgers 4 angeordnete Linearführungen 41f, in denen die zwei Gabelarme des Trägers 42t geführt sind.
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Die 5a und 5b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4.
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Der Werkstückträger 4 ist wie vorstehend in 4a und 4b beschrieben ausgebildet, mit dem Unterschied, dass zwei einander gegenüberstehende Abschirmelemente 42a vorgesehen sind, zwischen denen in der Arbeitsstellung der Temperierungseinrichtung 42 der gegen Wärmestrahlung abgeschirmte Abschnitt des Werkstücks 2 angeordnet ist. Bei dieser Ausführung wird auch von der Transporteinrichtung 3 ausgehende sekundäre Wärmestrahlung abgeschirmt.
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Die 6a und 6b zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Temperierungseinrichtung 42 anstelle der Abschirmelemente Kühlelemente 42k auf, die an den Abschnitten des Werkstücks 2 anliegen, welche nach dem Härten duktile Abschnitte bilden (in 6b durch Kreuzschraffur hervorgehoben).
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Das Werkstück 2 weist zwei rechteckförmige Abschnitte mit unterschiedlicher Länge auf, die durch einen trapezförmigen Mittenabschnitt miteinander verbunden sind.
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Das Gestell 41 ist als ein Rahmen mit einer quer zur Längsachse verlaufenden Rippe ausgebildet, dessen Außenkontur der Außenkontur des Werkstücks 2 ähnlich ist. Der äußere Randbereich des Gestells 41 ist im Querschnitt mit einer von außen nach innen abfallenden Flanke ausgebildet, an die sich der innere Randbereich anschließt, der im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist. Der innere Randbereich sowie die Rippe bilden eine Aufnahme 41a für das Werkstück 2 und zugleich das Kühlelement 42k, auf dem der Randbereich sowie ein Mittenabschnitt des Werkstücks 2 aufliegen. Das Kühlelement 42k erzeugt im Werkstück 2 durch Wärmeableitung Bereiche, in denen die Temperatur nicht die Austenitisierungstemperatur erreicht, so dass diese Bereiche nach dem Presshärten duktil ausgebildet sind. In die duktilen Bereiche können beispielsweise Durchgangslöcher zur Aufnahme von Befestigungselementen eingebracht werden und/oder ein Randabschnitt ausgeführt werden.
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Die 7a und 7b zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Temperierungseinrichtung 42 neben Kühlelementen 42k, wie in 6a und 6b beschrieben, auch ein Abschirmelement 42a auf, das wie in 2a und 2b beschrieben, das durch Schwenken des Trägers 42t über einem Abschnitt des Werkstücks 2 anordenbar ist.
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Die 8a und 8b zeigen ein siebentes Ausführungsbeispiel des Werkstückträgers 4, das wie das in 2a und 2b beschriebene Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass an einem der Träger 42t ein weiteres Abschirmelement 42a' angeordnet ist. Der Abstandsraum zwischen dem weiteren Abschirmelement 42a' und der der Wärmestrahlung zugewandten Oberfläche des Werkstücks 2 ist kleiner als der Abstandsraum zwischen dem Abschirmelement 42a und der der Wärmestrahlung zugewandten Oberfläche des Werkstücks 2, womit unterschiedlich duktile Bereiche ausgebildet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Warmumformanlage
- 2
- Werkstück
- 3
- Transporteinrichtung
- 4
- Werkstückträger
- 5
- Erwärmungseinrichtung
- 6
- Warmumformeinrichtung
- 7
- Industrieroboter
- 41
- Gestell
- 41a
- Aufnahme
- 41f
- Linearführung
- 41s
- Schwenklager
- 41t
- Tragarm
- 42
- Temperierungseinrichtung
- 42a
- Abschirmelement
- 42a'
- weiteres Abschirmelement
- 42k
- Kühlelement
- 42t
- Träger
- 51
- Ofenraum
- 52
- Heizeinrichtung
