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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum bereichsselektiven Härten eines Werkstücks und ein Verfahren zum bereichsselektiven Härten eines Werkstücks.
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Der Stand der Technik kennt beispielsweise Werkzeuge, mit denen sich Bleche mittels einer Warmumformung in eine gewünschte Form überführen lassen. Beispielsweise werden die Bleche in das Werkzeug eingelegt und erhalten durch die Warmumformung ihre finale Form. Dazu werden Werkzeugbereiche des Werkzeugs typischerweise gezielt auf hohe Werkzeugtemperaturen (mehrere hundert Grad) erwärmt. Bei solchen Werkzeugtemperaturen wird viel Wärme an die Umgebung abgegeben und geht so verloren. Mittel zum Erwärmen der Werkzeugabschnitte, beispielsweise Heizpatronen, müssen also ständig diesen Verlust an Wärme ausgleichen, indem sie nachheizen, was die Energieeffizienz beim gesamten Blechumformungsprozess mindert. Außerdem werden Werkzeugteile ungewollt mitgewärmt, für die eine niedrigere Temperatur vorgesehen ist.
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Um einen Wärmeübertrag zwischen heißen Werkzeugteilen und Umgebung oder Maschine sowie zwischen unterschiedlich temperierten Werkzeugteilen beim Warmumformen des Werkzeugs zu mindern, sieht es der Stand der Technik, wie beispielsweise in der Druckschrift
US 2011 / 0 030 442 A1 offenbart, vor, zwischen den unterschiedlich temperierten Werkzeugteilen einen Spalt anzuordnen, der den unmittelbaren Wärmeübertrag zwischen den Werkzeugteilen reduziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem der Wärmeübertrag zwischen Werkzeug und Umgebung oder zwischen einzelnen Werkzeugteilen, die für das Härten auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden, gegenüber dem Stand der Technik weiter verbessert und dadurch eine energieeffizientere Nutzung des Werkzeugs, beispielswiese beim Warmumformen von Blechen, ermöglicht wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Werkzeug zum Warmumformen eines Werkstücks, wobei das Werkzeug ein erstes Werkzeugteil und/oder ein zweites Werkzeugteil umfasst, wobei für ein Wärmen des Werkstücks das erste Werkzeugteil für ein Wärmen des Werkstücks eine andere Temperatur als das zweite Werkzeugteil oder als eine Umgebung des Werkzeugs annimmt, wobei das Werkzeug eine Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung aufweist.
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Gegenüber dem Stand der Technik sieht das erfindungsgemäße Werkzeug eine Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung vor, mit der in vorteilhafter Weise der durch Wärmestrahlung bewirkte Verlust an Wärme zwischen dem ersten Werkzeugteil und der Umgebung bzw. dem Übertrag von Wärme vom ersten zum zweiten Werkzeugteil reduziert werden kann. Auf diese Weise lässt sich ein Aufrechterhalten einer bestehenden Temperaturdifferenz zwischen den Werkzeugteilen bzw. der Temperierung des gesamten Werkzeugs unterstützen, wodurch schließlich eine besonders energieeffiziente Nutzung des Werkzeugs ermöglicht wird. Durch die Reduzierung des Wärmeübertrags lässt sich auch in vorteilhafter Weise ein Temperaturprofil entlang des ersten oder zweiten Werkzeugteils hinsichtlich der räumlichen Homogenität verbessern. Weiterhin lassen sich räumlich scharf abgrenzende Temperaturbereiche im Werkzeug erzielen, die beim Härten in vorteilhafter Weise zu schmalen Übergangsbereichen zwischen Werkstückbereichen mit unterschiedlicher Härte führen.
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Vorzugsweise ist das Werkzeug zum Warmumformen oder zum „tailored tempering“ vorgesehen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mit dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil das vorgewärmte Werkstück während des Umformens bereichsselektiv auf Temperatur gehalten bzw. nur bis auf Werkzeugtemperatur abgekühlt wird und anschließend bei entsprechender Temperatur gehalten wird. Beispielsweise ist das Werkstück ein Blech, welches auf eine Temperatur im Bereich von 720°C bis 900°C aufgeheizt, anschließend im Werkzeug angeordnet wird, und durch die vom Werkzeug bewirkte Umformung seine finale Form erhält. Hierbei werden durch die unterschiedlich temperierten Werkzeugteile, und den damit verbundenen unterschiedlichen Abkühlraten bzw. Haltezeiten, gezielt unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in den Bereichen des Werkstücks erzielt. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Werkzeug eine matrizenartige Werkzeugwirkfläche aufweist, an der das Werkstück im Betriebszustand anliegt und durch dessen Einwirkung das Werkstück dann umgeformt wird. Vorzugsweise ist die Form der Werkzeugwirkfläche angepasst an die spätere Form des geformten Werkstücks. Insbesondere ist das Werkzeug zumindest teilweise als Presse ausgestaltet. Dabei ist die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung zumindest bereichsweise Teil des ersten und/oder zweiten Werkzeugteils oder kann zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet sein. Insbesondere ist die Vorrichtung eine Eigenschaft des ersten und/oder zweiten Bauteils.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Oberflächenbeschaffenheit des ersten Werkzeugteils, insbesondere der Werkzeugwirkfläche, und/oder des zweiten Werkzeugteils zur Manipulation der Wärmestrahlung modifiziert ist. Dabei wird durch die Oberflächenbeschaffenheit die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung gebildet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Werkzeugteil nach einer Behandlung, insbesondere einer Nachbehandlung, wie z.B. einem Polieren, einem Beschichten oder Aufrauen, zumindest stellenweise eine geänderte Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Oberflächenbeschaffenheit der unterschiedlich temperierten Werkzeugteile, d. h. des ersten und des zweiten Werkzeugteils, voreinander unterscheiden. Durch die Modifikation der Oberflächenbeschaffenheit lässt sich in vorteilhafte Weise die Menge der zwischen den unterschiedlich temperierten Werkzeugteilen ausgetauschten, sowie an die Umgebung abgegebene Wärmestrahlung steuern bzw. manipulieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil zumindest teilweise durch einen Spalt voneinander räumlich getrennt sind. Durch den Spalt wird in vorteilhafter Weise ein direkter Wärmeübertrag vom zweiten Werkzeugteil auf das erste Werkzeugteil reduziert. Insbesondere wird die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung innerhalb des Spalts angeordnet. Es ist dabei vorstellbar, dass die Vorrichtung dann in den Spalt zur Manipulation der Wärmestrahlung eingeführt und/oder austauschbar angeordnet ist, wodurch sich die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung möglichst optimal an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen lässt. Eine derartige Vorrichtung kann in einer weiteren Ausführungsform ebenfalls zwischen Werkzeugteilen und der Umgebung angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Werkzeug zur Manipulation der Wärmestrahlung eine Beschichtung aufweist. Dabei bildet die Beschichtung die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung. Eine solche Beschichtung lässt sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise einfach auf das erste und/oder das zweite Werkzeugteil auftragen und nimmt wenig Bauraum in Anspruch. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Beschichtung derart ausgestaltet ist, dass die Beschichtung die Wärmestrahlung absorbiert oder reflektiert. Insbesondere ist die Beschichtung dabei an eine spektrale Verteilung der Wärmestrahlung angepasst, wobei die Beschichtung bevorzugt breitbandig im infraroten Spektralbereich absorbiert oder reflektiert. Durch die Anpassung der Beschichtung an die spektrale Verteilung der Wärmestrahlung lässt sich besonders effektiv die Wärmestrahlung manipulieren. Weiterhin wird die Beschichtung derart gewählt, dass sie eine Emission der Wärmestrahlung zumindest teilweise mitbestimmt. Insbesondere ist das erste oder das zweite Werkzeugteil mit einem Material, das einen bestimmten Emissionskoeffizienten aufweist, beschichtet, um die vom ersten oder zweiten Werkzeugteil ausgehende Emission zu manipulieren. Es ist dabei auch vorstellbar, dass es sich bei der Beschichtung um einen Lack und/oder einen strukturierten Primer handelt. Insbesondere lässt sich in vorteilhafter Weise durch die Beschichtung bewirken, dass die Wärmestrahlung zwischen den unterschiedlich temperierten Werkzeugteilen manipuliert, insbesondere reduziert, wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Werkzeugteil eine von der Beschichtung des zweiten Werkzeugteils abweichende Beschichtung aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das zweite Werkzeugteil eine höhere Temperatur hat als das erste Werkzeugteil und durch die Beschichtung das zweite Werkzeugteil zumindest teilweise eine dunklere Farbe als das erste Werkzeugteil annimmt bzw. aufweist, insbesondere schwarz gefärbt ist. Dadurch wird das zweite Werkzeugteil beispielsweise zu einer Art schwarzem Körper und es wird möglichst viel Strahlung von der Beschichtung des ersten Werkzeugteils absorbiert. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das erste Werkzeugteil, wenn es eine niedrigere Temperatur aufweist als das zweite Werkzeugteil, durch die Beschichtung zumindest teilweise eine hellere Farbe als das zweite Werkzeugteil annimmt bzw. aufweist. Dadurch wird das erste Werkzeugteil beispielsweise zu einer Art weißem Körper, der möglichst viel Strahlung reflektiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Sekundäroberfläche des zweiten Werkzeugteils eine größere Rauhigkeit gegenüber einer Primäroberfläche des ersten Werkzeugteils hat. Durch die erhöhte Rauigkeit der Sekundärfläche wird dessen Fähigkeit zur Absorption von Wärmestrahlung vorteilhafterweise weiter erhöht. Vorzugsweise ist dahingegen die Primäroberfläche poliert und reflektiert die Wärmestrahlung in Richtung des ersten Werkzeugteils.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sekundäroberfläche der Primäroberfläche gegenüberliegt. Insbesondere liegen sich die Sekundäroberfläche und die Primäroberfläche entlang des Spalts zumindest teilweise gegenüber. Vorzugsweise sind die Sekundäroberfläche und die Primäroberfläche komplementär ausgebildet. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Sekundäroberfläche rauher und hinsichtlich der Farbgebung dunkler als die Primäroberfläche ist. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise bewirken, dass der Wärmeübertrag vom zweiten Werkzeugteil zum ersten Werkzeugteil reduziert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil eine die Wärmestrahlung reflektierende Vorrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die die Wärmestrahlung reflektierende Vorrichtung, insbesondere ein Spiegel, innerhalb des Spalts angeordnet ist. Vorzugsweise sind die reflektierenden Eigenschaften der Vorrichtung abgestimmt mit der, vorzugsweise zu erwartenden, spektralen Verteilung der Wärmestrahlung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die die Wärmestrahlung reflektierende Vorrichtung breitbandig im infraroten Spektralbereich reflektiert. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die die Wärmestrahlung reflektierende Vorrichtung austauschbar im Spalt angeordnet ist. Dadurch kann eine mit der gewünschten Betriebstemperatur abgestimmte Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung in den Spalt eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine reflektierende Seite der die Wärmestrahlung reflektierenden Vorrichtung auf das zweite Werkzeugteil gerichtet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die die Wärmestrahlung reflektierende Vorrichtung auf ihrer Rückseite einen absorbierenden Teil aufweist, die die vom ersten Werkzeugteil kommende Wärmestrahlung absorbiert. Durch das Ausrichten der die Wärmestrahlung reflektierenden Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise ein Wärmeübertrag zwischen den unterschiedlich temperierten Werkzeugteilen reduziert.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum bereichsselektiven Warmumformen eines Werkstücks mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug, wobei in einem Verfahrensschritt a das erwärmte Werkstück im Werkzeug angeordnet wird, wobei in einem Verfahrensschritt b das Werkstück mit dem ersten Werkzeugteil und/oder dem zweiten Werkzeugteil umgeformt und/oder zumindest bereichsweise auf Temperatur gehalten bzw. unterschiedlich schnell abgekühlt wird, und wobei in einem Verfahrensschritt c das Werkstück entnommen und gegebenenfalls zur weiteren Gefügeeinstellung nachbehandelt wird. Vorzugsweise wird das Werkstück über unterschiedlich temperierte Werkzeugteile, beispielweise das erste und zweite Werkstückteil unterschiedlich schnell abgekühlt bzw. auf bei einer Temperatur gehalten, wodurch gezielt Materialeigenschaften, wie die Härte oder Duktilität, am geformten und schließlich gehärteten Werkstück mitbestimmt werden können.
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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 Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die 1 zeigt ein Teil eines Werkzeugs gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt ein Teil eines Werkzeugs gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt ein Teil eines Werkzeugs gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 den Abbildungen wird mit den geschwungen Linien angedeutet, dass nur ein Ausschnitt aus dem jeweiligen Werkzeug betrachtet wird. Des Weiteren sind die Darstellungen zum besseren Verständnis stark vereinfacht und unproportional dargestellt, da zum Beispiel in der Regel das zweite Werkzeugteil 12 das erste Werkzeugteil 11 nicht komplett umgreift, sondern diese einander benachbart sind.
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In 1 ist ein Werkzeug 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Werkzeug 1 dient bevorzugt einer Warmumformung eines Werkstücks 10, vorzugsweise eines Stahlblechs. D. h. das Werkzeug 1 hält das erwärmte Werkstück 10 auf oder über einer bestimmten Temperatur und formt das Werkstück 10 in ein geformtes Werkstück 10‘ um. Es ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass das Werkzeug 1 zumindest teilweise matrizenartig ausgestaltet ist. Dazu umfasst das Werkzeug 1 vorzugsweise eine formgebende Werkzeugwirkfläche, die in einem Betriebszustand mit dem Werkstück 10 derart in eine Wirkverbindung tritt, dass das Werkstück 10 zumindest teilweise ungeformt wird, insbesondere eine durch die Werkzeugwirkfläche vorgegebene Form annimmt. Dabei bildet die Werkzeugwirkfläche eine Seite des Werkzeugs 1, an der das Werkstück 10 anliegt. Insbesondere wird die Umformung unter einem auf das Werkstück 10 wirkenden Druck umgeformt, insbesondere verpresst. Vorzugsweise wird das erwärmte Werkstück 10 in einem Verfahrensschritt a in das Werkstück 10 eingelegt. In einem Verfahrensschritt b wird das Werkstück 10 umgeformt und bereichsweise auf Temperatur gehalten bzw. unterschiedlich schnell angekühlt. Dazu weist das Werkstück ein erstes Werkzeugteil 11 und ein zweites Werkzeugteil 12 auf, mit denen unterschiedliche Bereiche des Werkstücks 1 unterschiedlich temperiert, vorzugsweise im Bereich von 450°C bis 550 ° C, werden und anschließend in einem Verfahrensschritt c das Werkstück 10 aus dem Werkzeug 1 entnommen wird und außerhalb, vorzugsweise gezielt, gekühlt wird. Denkbar ist beispielsweise, dass das Werkstück 10 dabei durch die das Werkzeug 1 umgebende Luft gekühlt wird. Weiterhin ist in der ein Teil des Werkzeugs 1 und ein Teil des Werkstücks 10 dargestellt, wobei der Teil des Werkzeugs dargestellt ist, in dem das erste Werkzeugteil 11 und das zweite Werkzeugteil 12 zueinander benachbart angeordnet sind. Beispielsweise umfasst das zweite Werkzeugteil 12 zumindest teilweise eine Werkzeugwirkfläche, mit der das Werkstück 10 umgeformt wird. Insbesondere umfassen das erste und das zweite Werkzeugteil 11 und 12 Werkzeugwirkflächen, mit denen sich das Werkstück 10 umformen lässt. Dadurch lässt sich auf unterschiedliche Temperaturen erwärmte Werkzeugebereiche jeweils mit den entsprechenden Werkzeugteilen umformen. Um Wärmeverluste zu vermeiden ist es weiter vorgesehen, dass das Werkzeug 1 eine Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung 2 umfasst. Insbesondere ist es in der in 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, mit der Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung 2 zu verhindern, dass Wärme in Form von Wärmestrahlung 2 von dem zweiten Werkzeugteil 12 auf das erste Werkzeugteil 11 übertragen wird, wobei das zweite Werkzeugteil 12 zum Temperieren des Werkstücks wärmer ist als das erste Werkzeugteil 11, d. h. eine höhere Eigentemperatur besitzt, als das erste Werkzeugteil 11. In der hier schematisch dargestellten Ausführungsform sind das zweite Werkzeugteil 12 und das erste Werkzeugteil 11 durch einen Spalt 4 voneinander getrennt und im Spalt 4 ist eine die Wärmestrahlung 2 reflektierende Vorrichtung 5, vorzugsweise ein Spiegel zur Reflektion von infrarotem Licht, angeordnet. In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform umfasst das Werkzeug die Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung, um den Wärmeverlust an die Umgebung zu verhindern. Die die Wärmestrahlung 2 reflektierende Vorrichtung 5 umfasst bevorzugt eine Seite, die hochreflektierend für die vom zweiten Werkzeugteil 12 ausgehende Wärmestrahlung 2 ist. Diese hochreflektierende Seite ist besonders bevorzugt auf das zweite Werkzeugteil 12 gerichtet, so dass die Wärmestrahlung 2 zurück auf das zweite Werkzeugteil 12 reflektiert wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die hochreflektierende Seite ein Material und/oder eine Beschichtung 3 zur Reflektion von infrarotem Licht umfasst. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die hochreflektierende Seite angepasst ist an eine vom zweiten Werkzeugteil 12 angenommene Betriebstemperatur im Betriebszustand und die damit verbundene spektrale Verteilung der Wärmestrahlung 2, indem beispielsweise eine Wellenlänge, für die die hochreflektierende Seite maximal reflektiert, in einen Wellenlängenbereich fällt, in dem das Werkstück 10 bei Betriebstemperatur am meisten Wärmestrahlung 2 emittiert. Durch die hochreflektierende Seite lässt sich in vorteilhafter Weise ein Wärmeverlust des zweiten Werkzeugteils 12 vermeiden, was schließlich für einen effizienten Betrieb des ganzen Werkzeugs 1 sorgt. Weiter ist es vorstellbar, dass die die Wärmestrahlung 2 reflektierende Vorrichtung 5 eine der hochreflektierenden Seite gegenüberliegende absorbierende Seite aufweist, die auf das erste Werkzeugteil 11 gerichtet ist. Insbesondere ist die absorbierende Seite angepasst an die vom ersten Werkzeugteil 11 ausgehende Wärmestrahlung, insbesondere an deren spektrales Wärmestrahlungsprofil. Durch die Manipulation der Wärmestrahlung 2 zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil 11 und 12 lässt sich in vorteilhafter Weise eine Temperaturdifferenz energieeffizient aufrechterhalten. Es ist zudem denkbar, dass neben der Vorrichtung zur Manipulation der Wärmestrahlung 2 zwischen dem erstem und dem zweitem Werkzeugteil 11 und 12 eine Dämmschicht angebracht ist.
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In 2 ist ein Werkzeug 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Werkzeug 1 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Maßnahme, mit der die Wärmestrahlung 2 manipuliert wird. Denkbar ist aber auch, dass in einer weiteren Ausführungsform die Maßnahmen zur Manipulation der Wärmestrahlung 2 aus der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform kombiniert werden. In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Oberflächenbeschaffenheit des Werkzeugs 1 zur Manipulation der Wärmestrahlung 2 ausgestaltet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das erste Werkzeugteil 11 weiß beschichtet bzw. gefärbt ist. Als weißer Körper lassen sich dadurch in vorteilhafter Weise Wärmestrahlung reflektieren und somit Strahlungsverluste vermeiden. Beispielsweise ist das zweite Werkzeugteil 12 zur Senkung der Wärmestrahlungsemission zumindest teilweise mit einer schwarzen Beschichtung 3 beschichtet, wodurch das zweite Werkzeugteil 12 in vorteilhafter Weise zumindest teilweise die Wärmestrahlungsemissionscharakteristik eines schwarzen Körpers annimmt. Es ist auch vorstellbar, dass die Oberfläche des zweiten Werkzeugteils 12 aufgeraut ist und dadurch die potenziell vom zweiten Werkzeugteil 12 auf das erste Werkzeugteil 11 übertragbare Wärmestrahlung 2 reduziert wird. Vorzugsweise ist die Oberflächenbeschaffenheit entlang einer Sekundäroberfläche modifiziert, d. h aufgeraut bzw. beschichtet, wobei die Sekundäroberfläche einer Primäroberfläche des ersten Werkzeugteils 11 entlang des Spalts 4 gegenüberliegend angeordnet. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Oberflächenbeschaffenheit des ersten Werkzeugteils 11 zumindest teilweise, vorzugsweise entlang der Primäroberfläche, komplementär zu der modifizierten Oberflächenbeschaffenheit des zweiten Werkzeugteils 12 ausgestaltet ist. Insbesondere weist die Oberfläche des zweiten Werkzeugteils 12 entlang der Primäroberfläche eine glatte Oberfläche auf oder ist mit einer reflektierenden Beschichtung 3 beschichtet bzw. überzogen. Vorzugsweise ist die absorbierende Beschichtung 3 zumindest teilweise weiß, wodurch das erste Werkzeugteil 11 in vorteilhafter Weise die Wärmestrahlungsemissionscharakteristik eines weißen Körpers annimmt.
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In 3 ist ein Werkzeug 1 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist es vorgesehen, dass das Werkzeug 1 in Form eines warmen Stempels ein erstes Werkzeugteil 11 und in Form eines kalten Stempels ein zweites Werkzeugteil 12 umfasst, wobei das erste Werkzeugteil 11 vom zweiten Werkzeugteil 12 durch einen Spalt 4 getrennt ist. Dabei ist es vorgesehen, dass das Werkstück 1 im Bereich des ersten Werkzeugteils 11 auf Temperatur gehalten wird bzw. nur auf eine Werkzeugtemperatur abgekühlt werden soll. Durch die unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten bzw. Haltezeiten bilden sich im Werkstück unterschiedliche Gefügestrukturen, wodurch die Materialeigenschaften eingestellt werden können. Das Werkzeug wirkt dabei vorzugsweise mit einem (nicht dargestellten), vorzugsweise matrizenartigen, Gegenstück des Werkzeugs 1 zusammen, wobei das erste Werkzeugteil 11 eine Wirkfläche umfasst. Über diese Wirkfläche geht Wärmeenergie verloren, wenn das Werkzeug 1 beispielsweise zur Aufnahme des Werkstücks 10 geöffnet wird, d. h. das Gegenstück von der Wirkfläche distanziert wird. Gemäß einer ersten Variante der Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Wärmestrahlung 2 an die Umgebung gemindert wird, wobei hauptsächlich der Wärmeverlust gemindert wird, der über die Wirkfläche an die Umgebung erfolgt, insbesondere dann, wenn das Werkzeug 1 geöffnet ist. Gemäß einer zweiten Variante der Ausführungsform wird die Wärmestrahlung zwischen dem ersten Werkzeugteil 11 und dem zweiten Werkzeugteil 12 gemindert, wobei der Temperaturaustausch zwischen dem ersten Werkzeugteil 11 und dem zweiten Werkzeugteil 12 reduziert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug
- 2
- Wärmestrahlung
- 3
- Beschichtung
- 4
- Spalt
- 5
- Wärmestrahlung reflektieren Vorrichtung
- 10
- Werkstück
- 10‘
- geformtes Werkstück
- 11
- erstes Werkzeugteil
- 12
- zweites Werkzeugteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0030442 A1 [0003]
