DE102015101668A1

DE102015101668A1 - Zweifach fallendes Heiz- und Formwerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile

Info

Publication number: DE102015101668A1
Application number: DE102015101668.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Frost; Max NIESSE; Jan Lackmann; Stefan Konrad; Oliver Lütkemeyer; Ulrich Huschen; Josef Köster
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-08-11
Also published as: US20160228934A1; CN113145745A; CN105855380A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zweifach fallendes Heiz- und Formwerkzeug (1) zur gleichzeitigen Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile (32) aufweisend eine Erwärmungseinrichtung und eine Umformeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kontakterwärmungswerkzeuge (3) und wenigstens zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) in einer Presse (2) parallel nebeneinander angeordnet sind, so dass bei einer Schließbewegung zwei Platinen (5) erwärmt werden und zwei Kraftfahrzeugbauteile (32) warmumgeformt und pressgehärtet werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugbauteilen (6, 32) unter Verwendung eines zweifach fallenden Heiz- und Formwerkzeuges (3) gemäß den Merkmalen von mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pressentakt gleichzeitig zwei spiegelverkehrte Kraftfahrzeugbauteile (32) hergestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zweifach fallendes Heiz- und Formwerkzeug zur gleichzeitigen Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 12.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugbauteile als Blechumformbauteile aus Stahlwerkstoffen herzustellen. Hierzu werden Stahlplatinen bereitgestellt, die in ein Pressumformwerkzeug eingelegt werden und durch Schließen des Pressumformwerkzeuges dreidimensional ausgeprägt werden und dann das Kraftfahrzeugbauteil ausbilden.
Ferner hat sich im Stand der Technik die Warmumform- und Presshärtetechnologie etabliert. Hierbei ist es möglich, Kraftfahrzeugbauteile durch thermische Behandlung in ihrer Festigkeit und bei gleichen oder gar verringerten Wandstärken zu erhöhen. Dazu werden die Platinen austenitisiert, mithin auf eine Temperatur über dem AC3-Punkt erwärmt und in diesem austenitisierten Zustand warmumgeformt. Hierdurch ergibt sich sogleich der Vorteil, dass auch die Formgebungsfreiheitsgrade aufgrund der erwärmten Platine erhöht werden. Nach Abschluss der Formgebung wird das so hergestellte Kraftfahrzeugbauteil abgeschreckt und das zunächst austenitische Werkstoffgefüge wird in ein zumindest teilweises, insbesondere vollständiges martensitisches Werkstoffgefüge mit hoher Festigkeit umgewandelt. Insbesondere findet dies bevorzugt nach Abschluss des Pressumformvorganges in dem Pressenwerkzeug selbst statt, weshalb dieser Vorgang auch als Presshärten bezeichnet wird.
Aus der EP 2 014 777 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperierung eines Stahlblechkörpers bekannt, bei der mittels zweier Kontaktplatten eine Metallplatine durch Kontakterwärmung erwärmbar ist. Hier kann ein schneller und gezielter Wärmeeintrag in die Platine erfolgen und somit beispielsweise eine Platine für eine nachfolgende Warmumformung austenitisiert werden.
Ferner ist aus der DE 10 2012 021 031 A1 ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Blechbauteilen bekannt, bei dem zumindest ein Stahlblech ofenlos mittels Induktor bzw. eine aufgepresste Kontaktplatte erwärmt wird und dann in eine oder mehrere hintereinander geschaltete Pressenstufen überführt wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom oben benannten Stand der Technik, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Produktionskosten, die benötigte Produktionsfläche sowie die Produktionszeit zur Herstellung warmumgeformter und pressgehärteter Bauteile effizient zu senken.
Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem zweifach fallenden kombinierten Heiz- und Formwerkzeug zur gleichzeitigen Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugbauteilen gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das zweifach fallende Heiz- und Formwerkzeug zur Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile weist einen Bereich mit Erwärmungseinrichtung und einen Bereich mit Umformeinrichtung auf. Es zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Kontakterwärmungswerkzeuge und wenigstens zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge in einer Presse parallel nebeneinander angeordnet sind, so dass bei einer Schließbewegung zwei Platinen erwärmt werden und zwei Kraftfahrzeugbauteile warmumgeformt und pressgehärtet werden, mithin in einem Pressentakt.
Zweifach fallend bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass die wenigstens zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge gleichzeitig fallen und somit zwei Bauteile gleichzeitig hergestellt werden. Parallel dazu fallen die zwei Kontakterwärmungswerkzeuge ebenfalls und erwärmen zwei Platinen, wobei die zwei erwärmten Platinen dann nach Öffnen in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge transferiert werden und bei erneutem Schließen dann entsprechend umgeformt werden. Zwei neue kalte Platinen werden dabei dann in die Kontakterwärmungswerkzeuge eingelegt und erwärmt. Im Rahmen der Erfindung kann das Heiz- und Formwerkzeug auch dreifach fallend ausgebildet sein. Es werden dann in einem Pressentakt drei Bauteile gleichzeitig hergestellt. Auch ist es möglich, dass das Heiz- und Formwerkzeug vierfach fallend ausgebildet ist, mithin vier Bauteile gleichzeitig hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Heiz- und Formwerkzeug zur gleichzeitigen Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Bauteile eignet sich insbesondere zur Herstellung von links/rechts Bauteilen. So kann beispielsweise im Falle der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien eine linke Kraftfahrzeugsäule und eine rechte Kraftfahrzeugsäule hergestellt werden. Auch können beispielsweise Türaufprallträger oder warmumgeformte und pressgehärtete Verstärkungspatches gleichzeitig hergestellt werden.
Als besonderer Vorteil ergibt sich eine deutliche Platzeinsparung in einer Produktionshalle, da die sonst zur Herstellung zweier verschiedener Bauteile benötigten zwei Wärmestationen, zwei Transfereinrichtungen sowie zwei Umformpressen in ein kombiniertes Heiz- und Formwerkzeug platzsparend integriert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist weiterhin ein Förderer vorgesehen, der die Transfereinrichtungen zwischen separater Erwärmungsstation und separater Umformeinrichtung ersetzt. Somit kann auch der Raum, den eine solche Transfereinrichtung für das Handling benötigt, beispielsweise der Schwenkraum eines Industrieroboters, platzsparend bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfallen. Es müssen ferner auch nicht vier auf- und abbewegbare Pressen separat betrieben werden, sondern alle Funktionen können in einer Presse integriert sein. Aufgrund der entfallenen Handlingszeit, welche eine Transfereinrichtung zur Überführung der Platine von der separaten Erwärmungseinrichtung zur separaten Umformeinrichtung benötigen würde, könnte gleichzeitig die Produktionszeit verringert werden sowie insgesamt durch geringere Betriebskosten können die Produktionskosten der Bauteile verringert werden. Ein weiterer sich ergebender Vorteil ist, dass bei Anlieferung einer Charge Blechplatinen sichergestellt ist, dass insbesondere bei Herstellung von links/rechts Bauteilen die Produktionsabweichungen verschiedener Lieferungen von Halbzeugen oder Ausgangsmaterialien entfallen. Somit sind die jeweils gleichzeitig hergestellten links/rechts Bauteile, bezogen auf die gelieferte Charge zu verarbeitender Blechplatine, gleichwertig. Die Ausschussware wird wiederum verringert, wodurch insgesamt die Produktionskosten sinken. Die Schwankungsbreite des Festigkeitsverlaufs in den Bauteilen wird durch kurze Transferwege/ -zeiten reduziert und somit die Produktqualität gesteigert.
Zum Ausgleich der voneinander verschiedenen Toleranzen und/oder aufgrund von Verzug des jeweiligen Pressentisches sind die zwei Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder die zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeug federnd gelagert, insbesondere an einem Oberwerkzeug der Presse. Durch die federnde Lagerung bzw. die Lagerung mit einem anderen Ausgleichselement ist es möglich, den thermischen Verzug im Betrieb auszugleichen. Auch kann durch unterschiedliche Abstimmung der Ausgleichselemente bzw. Federn, insbesondere deren Länge, und/oder vor Auslegung der Ausgleichselemente oder Federn der absolute Kontakt bei Schließbewegung der Presse zeitlich bestimmt werden. Beispielsweise können die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge mit einem Ausgleichselement oder Federelement gelagert sein, welches länger ist, als das Ausgleichselement oder Federelement der Kontakterwärmungswerkzeuge. Bei Schließbewegung der Presse kommen somit zunächst die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge mit der Metallplatine in Kontakt und bei weiterer Schließbewegung ist der Umformvorgang mitunter vor Erreichen des unteren Totpunktes abgeschlossen. Durch weiteres Absenken der Presse wird dann der Anpressdruck über das Ausgleichselement und/oder die Feder erhöht, so dass ein optimales Anliegen der umgeformten Platine in dem Formhohlraum gewährleistet ist. Ein Verbleiben im unteren Totpunkt bei Durchführung des Abschreckvorganges zum Presshärten kann dann besonders effektiv erfolgen, da eine besonders vorteilhafte Wärmeleitung aufgrund des Anlagenkontaktes mit erhöhter Flächenpressung von umgeformter Platine mit der Innenseite der jeweiligen Formwerkzeughälften der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge gewährleistet ist. Während der Zeit des Presshärtens kann dann gleichzeitig an den Kontakterwärmungswerkzeugen die Kontakterwärmung stattfinden. Auch ist es möglich, die Federn bzw. Ausgleichselemente der Kontakterwärmungswerkzeuge derart auszulegen, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge einen vollständigen Anlagenkontakt der zu erwärmenden Platinen erreicht haben, ohne dass die Presse sich bereits im unteren Totpunkt befindet. Ein weiteres Schließen der Presse sorgt dann für eine Erhöhung des Anpressdruckes der Kontakterwärmungswerkzeuge mit der zu erwärmenden Platine, was den Wärmeübergang aufgrund von Wärmeleitung aufgrund der erhöhten Flächenpressung und des damit verbesserten Anlagenkontaktes positiv beeinflusst.
Die relative Lagerung kann wie nachfolgend beschrieben ausgebildet sein. Die Kontakterwärmungswerkzeuge sowie die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge können jeweils einzeln oder gemeinsam an dem Oberwerkzeug oder an dem Unterwerkzeug mittels eines hydraulischen Ausgleichskissens schwimmend gelagert sein. Bei einzelner Lagerung ist dann jedem Werkzeugteil, mithin jedem Kontakterwärmungswerkzeug und jedem Warmumform- und Presshärtewerkzeug ein Ausgleichskissen am Oberwerkzeug und/oder am Unterwerkzeug zugeordnet. Bei kombinierter Lagerung können beispielsweise beide Kontakterwärmungswerkzeuge über ein gemeinsames Ausgleichskissen gelagert sein sowie beide Warmumformund Presshärtewerkzeuge ebenfalls über ein gemeinsames Ausgleichskissen jeweils an dem Oberwerkzeug bzw. Unterwerkzeug. Auch können alle Werkzeuge an dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug der Presse über jeweils ein zentrales gemeinsames Kissen gelagert sein. Die Lagerung erfolgt schwimmend, so dass eine Relativbewegung zur Pressenhubrichtung translatorisch und/oder rotatorisch ermöglicht ist. Das hydraulische Ausgleichskissen ist derart ausgebildet, dass zwischen der Hinterseite bzw. Rückseite des jeweiligen Werkzeuges sowie Stempel des Oberwerkzeuges und/oder Pressentisch des Unterwerkzeuges eine Kissenhülle, insbesondere eine metallische Kissenhülle, ausgebildet ist. Diese Kissenhülle ist dann mit einem Hydraulikmedium, insbesondere einem Fluid, befüllt. Der Druck in dem Hydraulikkissen kann dabei voreingestellt sein oder aber auch aktiv bei Durchführung der Schließbewegung und/oder im geschlossenen Zustand nachjustierbar bzw. einstellbar sein.
Wird nunmehr die Presse geschlossen, so können bei geschlossener Presse die Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge eine relative Ausgleichsbewegung durchführen, so dass durch die schwimmende Lagerung mit dem hydraulischen Ausgleichskissen ein Verkanten ausgeschlossen ist und die am Oberwerkzeug und Unterwerkzeug der Presse jeweils aufgehangenen Kontakterwärmungswerkzeuge und Warmumform- und Presshärtewerkzeuge können sich optimal zueinander ausrichten und die Pressenkraft auf die zu erwärmenden Platinen und/oder die umgeformten Platinen übertragen und somit für einen gleichmäßigen Anlagenkontakt sorgen. Das Ausgleichskissen selbst ist derart ausgebildet, dass es den beim Pressen auftretenden Druckkräften Stand hält.
Insbesondere ergibt sich hierbei der Vorteil, dass an dem Oberwerkzeug bzw. an dem Stempel des Oberwerkzeuges oder einem Pressentisch des Unterwerkzeuges Nutensteine ausgebildet sein können, an denen dann zur Umstellung der Produktionslinie austauschbare Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder Warmumform- und Presshärtewerkzeuge unter Eingliederung des Ausgleichskissens gelagert sind. Es kann somit ein einfacher Werkzeugwechsel stattfinden und aufgrund der schwimmenden Lagerung ein aufwendiges Nachjustieren bzw. Nachbearbeiten, insbesondere der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge, entfallen, da eine relative Eigenzentrierung zueinander aufgrund der schwimmenden Lagerung erfolgt. Auch ist es vorstellbar, dass das Ausgleichskissen aktiv ansteuerbar ist und somit beispielsweise über einen Hydraulikzylinder der Druck im Ausgleichskissen anhebbar ist. Bei vollständig geschlossener Presse kann somit ein hoher Druck in das Ausgleichskissen eingebracht werden, wodurch sich der Anpressdruck bei Kontakterwärmungswerkzeug und/oder den Warmumform- und Presshärtewerkzeugen erhöht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Lagerung sieht vor, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge an dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug unter Eingliederung mehrerer Federelemente relativ beweglich gelagert sind. Bei Schließen der Presse können somit die aufeinander zu bewegten Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder Warmumform- und Presshärtewerkzeuge eine Relativbewegung aufgrund der Federelemente ausführen, so dass ein nahezu vollständiger Anlagenkontakt zur Kontakterwärmung bzw. beim Presshärten zur Kontaktkühlung sichergestellt ist. Auch können in diesem Fall wiederum die Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge am Oberwerkzeug bzw. am Unterwerkzeug der Presse schwimmend gelagert sein, insbesondere über Nutensteine, so dass gerade bei einem Werkzeugwechsel zum Umstellen der Produktionslinie auf andere Produkte sich kurze Rüstzeiten ergeben und aufwendige Nachjustierungsarbeiten entfallen. Auch ist es möglich, dass die Federn blockierbar sind.
Weiterhin besonders bevorzugt sind Führungen, insbesondere Linearführungen, vorgesehen, dass bei schwimmender Lagerung der Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge aufgrund der linearen Führung in Pressenschließrichtung eine Zentrierung quer zur Vertikalrichtung erfolgt.
Ein seitlicher ungewollter Versatz von Warmumform- und Presshärtewerkzeug und/oder der Kontakterwärmungswerkzeuge wird hierdurch vermieden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind die zwei Warmumformund Presshärtewerkzeuge jeweils als kombinierte Warmschneide- und Warmlochwerkzeuge ausgebildet. Somit können zunächst durch die Kontakterwärmungswerkzeuge die Platinen erwärmt werden und anschließend dann mittels eines Förderers in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge transferiert werden. In den Warmumform- und Presshärtewerkzeugen können dann die Platinen umgeformt und im noch warmen Zustand beschnitten und/oder gelocht werden. Nach Abschluss des Umformvorganges können dann die umgeformten Bauteile mittels Abschrecken pressgehärtet werden. Eine weitere Nachbearbeitung kann dann vorteilig entfallen, wodurch wiederum die Produktionszeit und somit die Produktionskosten gesenkt werden. Auch ist hier nur ein geringer Werkzeugverschleiß zu verzeichnen, da das Warmschneiden bzw. Warmlochen an der relativ weichen erwärmten Metallplatine durchgeführt wird und nicht nachträglich an dem bereits gehärteten Kraftfahrzeugbauteil. Im Rahmen der Erfindung können die Kontakterwärmungswerkzeuge derart ausgebildet sein, dass sie die Platinen vollständig erwärmen und insbesondere vollständig auf über Austenitisierungstemperatur erwärmen.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge nur partielle Temperierungen vornehmen. Mithin werden Platinenbereiche gar nicht oder geringer als die AC3-Temperatur erwärmt, wohingegen andere Bereiche auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt werden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass die in die Kontakterwärmungswerkzeuge eingelegten Platinen zunächst vorerwärmt sind, beispielsweise homogen auf eine Temperatur kleiner gleich AC1-Temperatur bzw. eine Temperatur kleiner der AC3-Temperatur. In den Kontakterwärmungswerkzeugen werden dann Bereiche gezielt auf über AC3-Temperatur erwärmt, wohingegen die Bereiche kleiner AC3-Temperatur entweder auf dieser Temperatur gehalten werden oder gar nicht temperiert werden, sich jedoch auch nicht stark abkühlen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorstellbar, dass die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge segmentiert ausgebildet sind, so dass beispielsweise bei vollständig homogen auf über AC3-Temperatur erwärmter Platine eine partiell voneinander verschiedene Abkühlung stattfindet. Auch können sowohl partiell voneinander verschiedene Temperierung in den Kontakterwärmungswerkzeugen und eine partiell voneinander verschiedene Abschreckhärtung in den Warmumform- und Presshärtewerkzeugen stattfinden. Hierdurch sind Bauteile mit partiell voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen herstellbar.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorstellbar, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge jeweils segmentiert ausgebildet sind. Durch die einzelnen Segmente können dann partiell voneinander verschiedene Bereiche temperiert und/oder abgeschreckt werden, wobei sich insbesondere durch Trennspalte der Segmente eine nur geringe Wärmeleitung innerhalb des Werkzeuges und der Platine bzw. innerhalb des warmumgeformten und pressgehärteten Bauteils ergeben. Auch können die unterschiedlichen Segmente der Kontakterwärmungswerkzeuge und/oder der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge aus voneinander verschiedenen Materialien bzw. Werkstoffen ausgebildet sein, so dass durch die unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten eines jeden Werkstoffes voneinander verschiedene Temperierungen erfolgen.
Weiterhin ist ein Förderer vorgesehen, der die erwärmten Platinen von den Kontakterwärmungswerkzeugen in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge überführt. Der Förderer ist insbesondere als Linearförderer ausgebildet, welcher innerhalb der Presse die erwärmten Platinen in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge überführt. Dieser ist bevorzugt als Zahnstangenantrieb oder 2-Achsen- bzw. 3-Achsenantrieb ausgebildet. Der Förderer kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass er bereits den Kontakterwärmungswerkzeugen die kalten Platinen zuführt und die fertiggestellten warmumgeformten und pressgehärteten Bauteile aus der Presse herausführt. Das Zuführen der kalten Platinen und Abführen der hergestellten Bauteile kann jedoch auch durch einen jeweiligen Manipulator, beispielsweise durch einen Industrieroboter, erfolgen. Es sind auch mehrere zeitgleich bewegbare Linerarförderer möglich, die hintereinander in Förderrichtung um die Breite eines Heiz- oder Presshärtewerkzeuges versetzt angeordnet sind.
Die Zeit, die der Förderer benötigt, um die erwärmten Platinen von den Kontakterwärmungswerkzeugen in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge zu überführen, ist kleiner gleich dem Pressentakt, bevorzugt weniger als die Hälfte des Pressentaktes, insbesondere beträgt die Zeit weniger als ein Drittel des Pressentaktes. Es kann eine Öffnungsbewegung bis zum Erreichen des oberen Totpunkts und gleichzeitig wiederum anschließend über eine Schließbewegung der Presse ausgeführt werden, wobei beispielsweise bei bereits halb oder drei Viertel geöffneter Presse der Transport der erwärmten Platinen zu den Warmumform- und Presshärtewerkzeugen beginnt, die Presse den oberen Totpunkt erreicht und wiederum die Schließbewegung durchführt. Vor Erreichen des mittleren Schließweges hat der Förderer bereits die erwärmten Platinen in die Warmumformund Presshärtewerkzeuge eingelegt. Dies bringt den erfindungsgemäßen Vorteil einer Rationalisierung der Produktionszeit mit sich, insbesondere wenn die Kontakterwärmung bereits aufgrund eines Anlagenkontaktes vor Erreichen des unteren Totpunktes beginnt. Gleiches gilt für das Warmumform- und Presshärtewerkzeug. Insofern die Umformung bereits vor Erreichen des unteren Totpunktes abgeschlossen ist, kann bereits das Presshärten einsetzen. Durch die beiden zuvor beschriebenen Maßnahmen verkürzt sich wiederum die Zuhaltezeit der Presse, bevorzugt auf Null, und somit die Produktionszeit insgesamt.
Als Presse selbst wird besonders bevorzugt eine Servopresse verwendet oder auch eine hydraulische Presse. Beide Pressen ermöglichen insbesondere die gezielte Ansteuerungsmöglichkeit in Bezug auf Öffnungs- und Schließbewegung sowie in Schließstellung den Anpressdruck nochmals nachzujustieren, so dass es möglich ist, sowohl die Anforderungen der Kontakterwärmung als auch die Anforderungen des Warmumform- und Presshärtens gleichzeitig in einer Presse zu erfüllen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das Kontakterwärmungswerkzeug derart ausgebildet, dass dieses mindestens eine Kontaktplatte aufweist, bevorzugt zwei Kontaktplatten, mithin eine am Oberwerkzeug und eine am Unterwerkzeug, die dann bei Schließen der Presse eine Platine zwischen sich einschließen. Die mindestens eine Kontaktplatte ist bevorzugt durch Induktion erwärmbar.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist es auch möglich, dass die Kontaktplatte selbst als Stromleiter ausgebildet ist, wobei der Stromleiter sich aufgrund elektrischer Widerstandserwärmung bei Durchleiten eines Stromes erwärmt, wobei der Stromfluss vor Kontakt mit der Platine zur Vermeidung eines Kurzschlusses unterbrochen wird. Der Anlagenkontakt des erwärmten Stromleiters sorgt dann wiederum für einen Wärmeübergang von Stromleiter zur zu erwärmenden Platine.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, segmentierte Kontaktplatten einzusetzen, so dass gezielt partiell voneinander verschiedene Bereiche der Platine erwärmt werden.
Im Falle der Verwendung eines Stromleiters ist bevorzugt ein flächiger Stromleiter ausgebildet, der einen und/oder mehrere Spalte aufweist, wobei die Teile, welche durch den Schlitz bzw. Spalt getrennt sind, dann einen Stromleiter bzw. Strompfad ergeben, durch welchen bei angeschlossenen Polen dann ein elektrischer Strom fließt und dabei den Stromleiter erwärmt. Auch ist es vorstellbar, eine Kontaktplatte durch mehrere Stromleiter auszubilden, wobei die einzelnen Stromleiter dann jeweils voneinander verschieden temperiert werden, so dass in der Platine voneinander verschiedene Bereiche ausgebildet werden. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses wird dann jeweils spätestens kurz vor Kontakt mit der Platine der Stromfluss unterbrochen. Die verbleibende Wärme wird dann mittels Wärmeleitung abgegeben.
Auch ist es möglich, die Kontaktplatten durch andere Wärmequellen zu erhitzen, beispielsweise durch Wärmestrahlung oder sonstige Wärmeleitung. Bevorzugt werden jedoch im Falle von Kontaktplatten diese über einen Induktor erwärmt. Die Kontaktplatten selbst geben dann wiederum mittels Wärmeleitung, auch als Konduktion bezeichnet, die Eigenwärme über Wärmeleitung an die zu erwärmende Platine ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das Kontakterwärmungswerkzeug derart ausgebildet, dass ein elektrisches Ausgleichselement ausgebildet ist. Es wird eine Stromleitquerschnittsfläche gebildet, so dass das eine Kontakterwärmungswerkzeug als elektrisches Ausgleichselement ausgebildet ist. Dieses wird auf die zu erwärmende Platine aufgesetzt, wobei dann die Stromleitquerschnittsfläche des Ausgleichselementes addiert mit der Stromleitquerschnittsfläche der zu erwärmenden Platine eine Gesamtstromleitquerschnittsfläche bilden, wobei durch Auslegung der Gesamtstromleitquerschnittsfläche eine homogene Erwärmung der Platine erfolgt oder eine gezielt partiell voneinander verschiedene Erwärmung. Das Kontakterwärmungswerkzeug ist hierbei als ein kombiniertes Erwärmungswerkzeug aus von dem Ausgleichselement mittels Wärmeleitung aufgrund von Kontakt übergehender Wärme sowie direkt in der Platine aufgrund eines elektrischen Stromflusses erzeugter Wärme ausgebildet. Insbesondere kann mit dem elektrischen Ausgleichselement eine variierende Breite und/oder Dicke einer zuvor beschnittenen Platine gezielt kompensiert werden und/oder durch Variation der Stromquerschnittsfläche des Ausgleichselementes selber gezielt eine weitergehende Beeinflussung der Erwärmung in der Platine insbesondere mit homogenem Querschnittsverlauf aufgrund des Leitens von elektrischer Energie herbeigeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante können entweder die Kontakterwärmungswerkzeuge selber oder alternativ auch die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge jeweils ein zusätzliches Beschneidewerkzeug und/oder Lochwerkzeug aufweisen. Hiermit ist es möglich, Ausnehmungen und/oder einen Randbeschnitt in den Produktionsprozess zu integrieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist zwischen dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug sowie der Presse bzw. dem Oberwerkzeug oder Unterwerkzeug der Presse ein elastisches Stellglied angeordnet, wodurch das Warmumformen bereits vor vollständiger Schließung der Presse beendet ist und der restliche Schließweg der Presse zu einer Stauchung des elastischen Stellgliedes führt. Auch ist es vorstellbar, zwischen Presse und Kontakterwärmungswerkzeugen ein solches elastisches Stellglied anzuordnen. Bevorzugt sind pro Werkzeug mehrere elastische Stellglieder einsetzbar. Dies bedeutet, das Warmumformen ist beendet und das Zuhalten beginnt, bevor die Presse selbst den unteren Totpunkt bzw. Umkehrpunkt erreicht. Weiterhin wird das Zuhalten erst in der Aufwärtsbewegung der Presse beendet, nachdem der untere Umkehrpunkt bzw. der untere Totpunkt vollständig durchfahren wurde und das Oberwerkzeug wiederum angehoben wird. Durch diese Maßnahme wird wiederum die Zykluszeit von Warmumformen und Presshärten des Blechbauteils derart reduziert, indem die Umformung bereits sehr frühzeitig beginnt und beendet ist vor Erreichen des anderen Totpunktes und die Haltezeit zum Abschreckhärten des geformten Blechbauteils maximal ausgenutzt wird. Als positiver Nebeneffekt lassen sich die wiederum elastischen Stellglieder zum Ausgleichen von verkanteten Kontakterwärmungswerkzeugen und/oder Warmumform- und Presshärtewerkzeugen nutzen. Gleichzeitig können Unterschiede in der gemeinsam fallenden Presse zwischen Kontakterwärmungswerkzeug und Warmumform- und Presshärtewerkzeug aufgrund voneinander verschiedener benötigter Pressenkräfte mit den elastischen Stellgliedern ausgeglichen werden. Maßgeblich sind die elastischen Stellglieder als passive Stellglieder ausgebildet, insbesondere als Druckfedern. Die elastischen Stellglieder können jedoch auch beispielsweise aktiv ausgebildet sein durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellaktor. Der sich damit ergebende Vorteil ist, dass die Pressenzuhaltezeit im unteren Totpunkt auf null reduziert werden kann.
Weiterhin besonders bevorzugt ist zwischen Kontakterwärmungswerkzeug und Pressentisch ein elastisches Element eingegliedert, wobei das elastische Element eine thermische Ausdehnung des Kontakterwärmungswerkzeuges, insbesondere eines Segmentes eines segmentierten Kontakterwärmungswerkzeuges, kompensiert. Gerade bei partiell voneinander verschiedener Kontakterwärmung in Verbindung mit einem segmentierten Kontakterwärmungswerkzeug dehnen sich die einzelnen Elemente unterschiedlich stark durch thermische Einwirkung voneinander aus. Aufgrund der verschiedenen Temperaturen und/oder unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten dehnen einzelne Segmente sich voneinander verschieden stark aus. Bereits die Abweichung von wenigen Zehntelmillimetern kann bereits partiell zu keinem Kontakt mit der zu erwärmenden Platine mehr führen, so dass eine schlechtere Erwärmung und/oder nicht scharf berandete Erwärmung durchgeführt wird.
Durch die elastischen Elemente an den Kontakterwärmungswerkzeugen, insbesondere an den Segmenten der Kontakterwärmungswerkzeuge können diese voneinander verschiedenen thermischen Ausdehnungen kompensiert werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugbauteilen unter Verwendung eines zweifach fallenden Heiz- und Formwerkzeuges gemäß den zuvor genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass in einem Pressentakt gleichzeitig zwei spiegelverkehrte Kraftfahrzeugbauteile hergestellt werden. Ebenfalls werden zwei Platinen erwärmt, die im folgenden Pressentakt umformtechnisch bearbeitet werden.
Somit können insbesondere links/rechts Bauteile, beispielsweise auf die Fahrtrichtung bezogen eine linke B-Säule und eine rechte B-Säule, hergestellt werden. Hierbei ergibt sich insbesondere der Vorteil der Verkürzung der Produktionszeit und Nutzung von Synergieeffekten, da nicht vier einzelne Erwärmungs- bzw. Umformeinrichtungen betrieben werden müssen, sondern alle Bauteile gleichzeitig auf einer Presse hergestellt werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, das Erwärmen auf dem Kontakterwärmungswerkzeug in einer Zeit von 3 bis 20 Sekunden, insbesondere 4 bis 10 Sekunden durchzuführen. Zeitgleich wird das Umformen in einer Zeit von bevorzugt 0,1 bis 3 Sekunden, insbesondere 1 bis 2 Sekunden durchgeführt, wobei direkt auf das Umformen folgend das Abschreckhärten in einer Zeit von 4 bis 20 Sekunden, besonders bevorzugt von 5 bis 10 Sekunden durchgeführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 das erfindungsgemäße zweifach fallende Heiz- und Formwerkzeug in einer Seitenansicht,
2 das Werkzeug aus 1 mit zusätzlichen Ausgleichselementen,
3 eine Querschnittsansicht durch ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug mit federnder Lagerung,
4 eine alternative Variante in Teilschnittansicht,
5 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Heiz- und Formwerkzeug,
6 eine Kontaktplatte ausgebildet als Stromleiter in einer Draufsicht,
7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kontakterwärmungswerkzeug mit Ausgleichselement,
8 eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Heiz- und Formwerkzeuges in Detailansicht bzgl. der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge,
9 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kontakterwärmungswerkzeuges,
10 ein Ausführungsbeispiel für ein dreifach fallendes Werkzeug und
11 ein Ausführungsbeispiel für ein vierfach fallendes Werkzeug.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt das erfindungsgemäße zweifach fallende Heiz- und Formwerkzeug 1 in einer Seitenansicht. Das Heiz- und Formwerkzeug 1 weist eine zentrale Presse 2 auf, wobei innerhalb der Presse 2 zwei Kontakterwärmungswerkzeuge 3 sowie darauffolgend zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 angeordnet sind. In das Heiz- und Formwerkzeug 1 werden von einem Platinenstapel Platinen 5 eingelegt, erwärmt und zu Kraftfahrzeugbauteilen 6 vorgeformt und pressgehärtet. Erfindungsgemäß werden zwei Kraftfahrzeugbauteile 6 gleichzeitig mit dem zweifach fallenden Heiz- und Formwerkzeuges hergestellt. Es werden zwei Platinen 5 eingelegt in die Kontakterwärmungswerkzeuge 3. Die sich davor in den Kontakterwärmungswerkzeugen 3 befindenden Platinen 5, welche erwärmt wurden, werden beide gleichzeitig durch einen Förderer 7, hier dargestellt als Linearförderer in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 überführt. Bei Schließen der Presse 2 des Heiz- und Formwerkzeuges 1 werden somit die zwei in die Kontakterwärmungswerkzeuge 3 eingelegten Platinen 5 erwärmt und die in die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 überführten erwärmten Platinen zu einem jeweiligen Kraftfahrzeugbauteil 6 umgeformt.
Der zurückzulegende Weg zwischen Kontakterwärmungswerkzeug 3 und Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 ist für jede Platine 5 konstant, so dass sich in jedem Bauteil ein gleicher Temperaturabfall aufgrund der Transferzeit einstellt.
Die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 können zusätzlich als Warmloch- und/oder Warmschneidewerkzeuge ausgebildet sein, so dass beim Umformen gleichzeitig auch gelocht und/oder beschnitten wird.
2 zeigt das zweifach fallende Heiz- und Formwerkzeug 1 aus 1 mit zusätzlich angeordneten Federlagerungen 8. Sowohl die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 sind in dieser Ausgestaltungsvariante federnd gelagert als auch die Kontakterwärmungswerkzeuge 3. Dies bietet den Vorteil, dass bei Schließen der Presse 2 von oberem Teil 9 und unterem Teil 10 der Kontakterwärmungswerkzeuge 3 bzw. oberem Teil 11 und unterem Teil 12 der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 Relativbewegungen über die Federlager 8 ausgleichbar sind. Dies betrifft vor allem thermisch unterschiedliche Ausdehnungen aber auch einen Verzug der beim Betrieb der Presse 2 zwischen dem Oberwerkzeug 13 sowie dem Unterwerkzeug 14 auftreten kann.
3 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Presse 2 in Bezug auf ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 mit oberem Teil 11 sowie unterem Teil 12. Hierzu ist der obere Teil 11 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 an dem Oberwerkzeug 13 gelagert und der untere Teil 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 an dem Unterwerkzeug 14, nähergehend an einem Pressentisch 15 des Unterwerkzeuges 14. Das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 weist dazu zum einen Kühlkanäle 16 auf und zum anderen ergibt sich ein Formhohlraum 17 zwischen einer Formoberfläche 18 des oberen Teils 11 sowie einer Formoberfläche 19 des unteren Teils 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4. Wie hier dargestellt, kann es durch ein Verkanten, insbesondere eine Rotation in Bezug auf die Pressenhubrichtung 20, dazu führen, dass es zu einer Fehlstellung des oberen Teils 11 und unteren Teils 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 kommt. Zum Ausgleich dieser Fehlstellung sind Federelemente 21 zwischen Pressentisch 15 und unterem Teil 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 angeordnet, welche bei weiterer Ausführung der Schließbewegung die Stellung des unteren Teils 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 derart ausgleichen, so dass es in dem Formhohlraum 17 zu einem annähernd gleichmäßigen Anlagenkontakt der umgeformten, nicht näher dargestellten, Platine 5 und der jeweiligen Formoberfläche 18 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 kommt. Durch den nahezu vollständigen Anlagenkontakt wird eine sehr gute Wärmeabfuhr verzeichnet. Ferner ist eine Steuerleitung 22 dargestellt, über die beispielsweise die Federelemente 21 blockierbar wären. Die Federelemente 21 selbst können als mechanische Federn, insbesondere Spiralfedern oder Schraubendruckfedern, ausgebildet sein, jedoch auch als hydraulische oder pneumatische Federelemente.
4 zeigt eine alternative Variante des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 in Teilschnittansicht, wobei hier zwischen Oberwerkzeug 13 und oberem Teil 11 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 ein hydraulisches Kissen 23 angeordnet ist. Das hydraulische Kissen 23 weist dazu eine Kissenhülle 24 auf, die an einem außen umlaufenden Rahmen 25 fluiddicht mit dem Oberwerkzeug 13 der Presse 2 gekoppelt ist. In einem sich ergebenden Innenraum 26 ist dann ein entsprechendes Fluid angeordnet, so dass der obere Teil 11 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 sich relativ zu dem Oberwerkzeug 13 der Presse 2 bewegen kann. Um ein grundsätzliches Aufsetzen und eine Übertragung der vollständigen Pressenkraft in Pressenhubrichtung 20 zu gewährleisten, sind ferner Aufsetzleisten 27 angeordnet, so dass im Fall des Erreichens des unteren Totpunktes der Presse 2 eine Rückseite 28 des oberen Teils 11 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 mit dem Oberwerkzeug 13 der Presse 2 aufgrund der Aufsetzleiste 27 in formschlüssigen Anlagenkontakt kommt und somit spätestens dann die vollständige Pressenkraft überträgt. Zuvor ist es jedoch möglich, durch Ausführung der Relativbewegung aufgrund des hydraulischen Kissens 23 eine optimale Eigenzentrierung von oberem Teil 11 und nicht näher dargestelltem unteren Teil des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 zu gewährleisten.
Die jeweilige schwimmende Lagerung von 3 oder 4 ist alternativ oder ergänzend auch an den Kontakterwärmungswerkzeugen 3 anwendbar.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Heiz- und Formwerkzeug 1. Dargestellt ist ein Förderer 7 in Form eines Linearförderers 29. Die Platinen 5 werden nach Erwärmung in Fördererrichtung 30 zu den nicht näher dargestellten Presshärtewerkzeugen transferiert. Hierzu sind an dem Förderer 29 Aufnahmen 31 vorgesehen, die dann mittels nicht näher dargestellter Kontakt- oder Greifvorrichtung die Platinen 5 erfassen und in Förderrichtung 30 befördern. Ferner dargestellt ist, dass ein auf die Bildebene bezogener linker Bereich der Platine 5 auf eine Temperatur von AC1 erwärmt ist und ein auf die rechte Bildebene bezogener Bereich der Platine 5 auf eine Temperatur von AC3. Mithin ergeben sich an den Platinen 5 voneinander verschiedene Temperaturbereiche, die dann an den hergestellten Kraftfahrzeugbauteilen 32 nach Abschluss des Presshärtevorganges zwei voneinander verschiedene Bereiche 33, 34 ergeben, wobei ein erster Bereich 33 gegenüber einem zweiten Bereich 34 eine geringere Festigkeit aufweist. Bei den zwei hergestellten Kraftfahrzeugbauteilen 32 kann es sich dann beispielsweise um eine linke B-Säule und eine rechte B-Säule für eine Kraftfahrzeugkarosserie handeln, die gleichzeitig in einem Pressentakt hergestellt sind.
6 zeigt eine Kontaktplatte 35 ausgebildet als Stromleiter in einer Draufsicht. Die Kontaktplatte 35 selbst hat dabei eine rechteckige Konfiguration, wobei innerhalb der Kontaktplatte 35 verschiedene Schlitze 36 ausgebildet sind, die sich bezogen in die Bildrichtung hinein von einer Oberseite bis zu einer Unterseite der Kontaktplatte 35 erstrecken. Hierdurch wird die Kontaktplatte 35 derart elektrisch von den Schlitzen 36 voneinander getrennt, dass sich ein Strompfad 37 durch die Kontaktplatte 35 hindurch ergibt. Sind nunmehr zwei elektrische Pole 38 angeschlossen und wird die Kontaktplatte 35 mit einem Strom beaufschlagt, so fließt ein elektrischer Strom durch den Strompfad 37 und erwärmt dabei die Kontaktplatte 35 aufgrund einer Widerstandserwärmung. Bei Ausführung der Schließbewegung und/oder Ablegen einer zu erwärmenden Platine 5 auf der Kontaktplatte 35 wird kurz vor Oberflächenkontakt der Stromfluss unterbrochen, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Die in der Kontaktplatte 35 befindliche Wärme wird dann aufgrund eines Anlagenkontaktes von der Kontaktplatte 35 an die zu erwärmende Platine abgegeben.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kontakterwärmungswerkzeug 3. Hierbei gut ersichtlich ist, dass zum einen die zu erwärmende Platine 5 eingelegt ist, jedoch am oberen Teil 9 des Kontakterwärmungswerkzeuges 3 ein Ausgleichselement 39 angeordnet ist. An dem Ausgleichselement 39 sind jeweils außenseitig elektrische Pole 38 angeordnet, so dass sich bei geschlossenem Kontakterwärmungswerkzeug 3, insbesondere mit Anlagenkontakt, bevorzugt elektrischem, leitfähigem Anlagenkontakt, von Ausgleichselement 39 und Platine 5 und Beaufschlagen mit einem elektrischem Strom, eine Widerstandserwärmung sowohl des Ausgleichselementes 39 als auch optional der Platine 5 ergeben. Gleichzeitig weist jedoch das Ausgleichselement 39 eine Restwärme auf, so dass zusätzlich durch Wärmeleitung ebenfalls ein Wärmeeintrag aufgrund des Anlagenkontaktes in die zu erwärmende Platine 5 erfolgt. Zu erkennen ist, dass in Querrichtung Q das Ausgleichselement 39 eine voneinander verschiedene Querschnittsfläche aufweist, wobei das gesamte Ausgleichselement 39 aus einem leitfähigen Werkstoff ausgebildet ist. Durch die voneinander verschiedene Querschnittsfläche ergibt sich eine voneinander verschiedene Stromleitquerschnittsfläche und somit eine partiell voneinander verschieden starke Erwärmung aufgrund der Stromflussdichte. Insbesondere am links- und rechtsseitigen Ende, an denen ein jeweils kleinerer Querschnitt zu verzeichnen ist, ergibt sich eine stärkere Erwärmung als in einem mittleren Bereich durch eine höhere Stromflussdichte. Dadurch, dass die Platine 5 einen gleichbleibenden Querschnitt hat, fließt zum einen bei Beaufschlagung der elektrischen Pole 38 mit einem Strom in den äußeren Bereichen mehr Strom durch die Platine 5, weshalb hier eine stärkere Erwärmung zu verzeichnen ist. Die Stromleitquerschnittsfläche des Ausgleichselementes 39 und die Stromleitquerschnittsfläche der Platine 5 ergibt dann eine Gesamtstromleitquerschnittsfläche. Ferner dargestellt ist an dem unteren Teil 10 des Kontakterwärmungswerkzeuges 3 eine Isoliergegenlage 40 sowie zwischen oberem Teil 9 des Kontaktumformwerkzeuges 3 und dem Ausgleichselement 39 ebenfalls eine Isoliergegenlage 40.
8 zeigt ferner eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Heiz- und Formwerkzeuges 1 in Detailansicht bzgl. der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4. Dargestellt ist hier wiederum, dass der obere Teil 11 und der untere Teil 12 des jeweiligen Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 an dem Oberwerkzeug 13 bzw. dem Unterwerkzeug 14 der Presse 2 angeordnet sind. Die unteren Teile 12 der Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 sind dabei mit einem Abstand a gegenüber einem Pressentisch 15 des Unterwerkzeuges 14 in Pressenhubrichtung 20 beabstandet gelagert. Bei Ausführen der Schließbewegung kommen somit bereits der obere Teil 11 und der untere Teil 12 des jeweiligen Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 unter Eingliederung der Platine 5 zum Anlagenkontakt, so dass bereits vor Erreichen des unteren Totpunktes der Umformvorgang abgeschlossen ist. Ein weiteres Absenken führt dann zu einer Kompression des jeweiligen elastischen Stellgliedes 41, so dass sich die unteren Teile 12 der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 in Richtung zum Pressentisch 15 des Unterwerkzeuges 14 bewegen. Während dieses Zeitraumes kann bereits aufgrund der Kühlkanäle 16 der Presshärtevorgang beginnen und es ist wiederum sichergestellt, dass ein nahezu vollständiger Anlagenkontakt von oberem Werkzeug 11 mit umgeformter Platine 5 sowie unterem Teil 12 und umgeformter Platine 5 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 sowie damit einhergehender guter Wärmeleitung hergestellt ist. Ferner sind Zentrierungen 42 in Form von Zentrierstiften, welche gegenüber dem unteren Teilen 12 der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 überstehend ausgebildet sind, die in Zentriernuten 43 ausgebildet an dem oberen Teilen 11 der Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 bei Ausführung der Schließbewegung in Pressenhubrichtung 20 zum Eingriff kommen. Hierdurch wird eine lineare Führung in Pressenhubrichtung 20 vorgenommen, die insbesondere einen seitlichen Versatz von oberem Teil 11 und unterem Teil 12 des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges 4 gerade aufgrund der elastischen Lagerung durch die Stellglieder 41 vermeidet. Diese Ausführung ist auch an den Kontakterwärmungswerkzeugen 3 ausführbar.
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kontakterwärmungswerkzeuges 3, wobei das Kontakterwärmungswerkzeug 3 mehrere einzelne Segmente 44, 45 aufweist. Dabei sind insbesondere die Segmente 44 nicht temperierte Segmente und die Segmente 45 demgegenüber aktiv beheizte, in Relation zu der Temperatur der Segmente 44 höher temperierte Segmente. Alle Segmente 44, 45 sind jeweils über einen Trennspalt 46 voneinander thermisch isoliert ausgebildet. Die aktiv beheizten Segmente 45 dehnen sich folglich stärker aus als die Segmente 44, weshalb erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass elastische Elemente 47 an dem unteren Segment 45 aufgehangen an dem Pressentisch 15 des Unterwerkzeuges 14 angeordnet sind, so dass eine thermische Ausdehnung, insbesondere in Pressenhubrichtung 20 durch die elastischen Elemente 47 kompensiert wird. Im Rahmen der Erfindung kann somit auch jedes einzelne Segment 44, 45 des Kontakterwärmungswerkzeuges 3 für sich alleine, insbesondere relativbeweglich durch elastische Elemente 47 gelagert sein, so dass eine voneinander verschiedene thermische Ausdehnung durch die elastischen Elemente 47 kompensiert wird und somit jeweils die einzelnen Segmente 44, 45 annähernd einen vollflächigen Anlagenkontakt zu der erwärmenden Platine 5 haben. Diese Ausgestaltungsvariante kann auch auf das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 übertragen werden. Ferner ist eine Linearführung 48 vorgesehen, die eine Linearführung in Pressenhubrichtung 20 ermöglicht und ein Abscheren quer zur Pressenhubrichtung vermindert.
10 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß kombiniertes Heiz- und Formwerkzeug 1, welches dreifach fallend ausgebildet ist. Hierzu werden einzelne Platinen 5 in Förderrichtung 30 in das Heiz- und Formwerkzeug 1 eingelegt und zunächst drei Platinen 5.1 gleichzeitig auf je einem Kontakterwärmungswerkzeug 3 erwärmt und im nachfolgenden Pressentakt die drei erwärmten Platinen 5.2 in drei Warmumform- und Presshärtewerkzeugen 4 gleichzeitig umgeformt, so dass drei Kraftfahrzeugbauteile 6 gleichzeitig in einem Pressentakt hergestellt sind. In diesem Fall ist ein dreifach fallendes Heiz- und Formwerkzeug 1 beschrieben.
11 zeigt eine Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Heiz- und Formwerkzeuges 1 als vierfach fallend. Hierbei werden zunächst wiederum Platinen 5 von zwei Platinenstapeln in Förderrichtung 30 in das Heiz- und Formwerkzeug 1 eingelegt. Hier sind jedoch nunmehr nur zwei Kontakterwärmungswerkzeuge 3 vorhanden, wobei jedes Kontakterwärmungswerkzeug zwei zu erwärmende Platinen 5.1 gleichzeitig erwärmt. Jede erwärmte Platine 5.2 wird dann auf ein separates Warmumform- und Presshärtewerkzeug 4 verbracht und es werden bei einer Pressenschließbewegung, mithin einem Pressentakt, vier Kraftfahrzeugbauteile 6 gleichzeitig hergestellt. Dabei handelt es sich insbesondere um kleinere Kraftfahrzeugbauteile 6, beispielsweise Verstärkungspatches oder Ähnliches. In diesem Fall ist das Heiz- und Formwerkzeug 1 vierfach fallend ausgebildet. Auch ist es vorstellbar, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge 3 in Förderrichtung 30 nebeneinander angeordnet sind und auch die vier Warmumform- und Presshärtewerkzeuge 4 in Förderrichtung 30 nebeneinander angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Heiz- und Formwerkzeug
2: Presse
3: Kontakterwärmungswerkzeug
4: Warmumform- und Presshärtewerkzeug
5: Platine
5.1: zu erwärmende Platine
5.2.: erwärmte Platine
6: Kraftfahrzeugbauteil
7: Förderer
8: Federlage
9: oberer Teil zu 3
10: unterer Teil zu 3
11: oberer Teil zu 4
12: unterer Teil zu 4
13: Oberwerkzeug zu 2
14: Unterwerkzeug zu 2
15: Pressentisch zu 14
16: Kühlkanäle
17: Formhohlraum
18: Formoberfläche zu 11
19: Formoberfläche 12
20: Pressenhubrichtung
21: Federelement
22: Steuerleitung
23: hydraulisches Kissen
24: Kissenhülle
25: Rahmen
26: Innenraum
27: Aufsetzleiste
28: Rückseite zu 11
29: Linearförderer
30: Förderrichtung
31: Aufnahme
32: Kraftfahrzeugbauteil
33: erster Bereich zu 32
34: zweiter Bereich zu 32
35: Kontaktplatte
36: Schlitz
37: Strompfad
38: elektrischer Pol
39: Ausgleichselement
40: Isoliergegenlage
41: Stellglied
42: Zentrierung
43: Zentriernuten
44: Segment
45: Segment
46: Trennspalt
47: elastische Elemente
48: Linearführung
a: Abstand
Q: Querrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2014777 B1 [0005]
DE 102012021031 A1 [0006]

Claims

Zweifach fallendes Heiz- und Formwerkzeug (1) zur gleichzeitigen Herstellung zweier warmumgeformter und pressgehärteter Kraftfahrzeugbauteile (6, 32) aufweisend eine Erwärmungseinrichtung und eine Umformeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kontakterwärmungswerkzeuge (3) und wenigstens zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) in einer Presse (2) parallel nebeneinander angeordnet sind, so dass bei einer Schließbewegung zwei Platinen (5) erwärmt werden und zwei Kraftfahrzeugbauteile (32) warmumgeformt und pressgehärtet werden.
Heiz- und Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kontakterwärmungswerkzeuge (3) und/oder die zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) federnd gelagert sind, insbesondere an einem Oberwerkzeug (13).
Heiz- und Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) jeweils als kombinierte Warmschneide- und/oder Warmlochwerkzeuge ausgebildet sind.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Förderer (7) vorgesehen ist, der die erwärmten Platinen (5) von den Kontakterwärmungswerkzeugen (3) in die Warmumformund Presshärtewerkzeuge (4) überführt, insbesondere in einer Zeit kleiner gleich dem Pressentakt, bevorzugt in einem Teil des Pressentaktes.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Presse (2), insbesondere eine Servopresse, verwendet wird oder dass eine hydraulische Presse (2) verwendet wird.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge (3) mindestens eine Kontaktplatte (35) aufweisen, wobei die Kontaktplatte (35) bevorzugt durch einen Induktor erwärmt wird oder dass die Kontaktplatte (35) durch einen elektrisch erwärmbaren Stromleiter ausgebildet ist.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge (3) je ein elektrisches Ausgleichselement (39) aufweisen, wobei eine Stromleitquerschnittsfläche des Ausgleichselementes (39) addiert mit der Stromleitquerschnittsfläche der zu erwärmenden Platine (5) eine Gesamtstromleitquerschnittsfläche bilden, wobei durch Auslegung der Gesamtstromleitquerschnittsfläche eine homogene Erwärmung der Platine (5) erfolgt oder eine gezielt partiell voneinander verschiedene Erwärmung.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge (3) und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) jeweils relativbeweglich an einer Trägerplatte der Presse (2) gelagert sind, insbesondere federnd gelagert.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakterwärmungswerkzeuge (3) und/oder die Warmumform- und Presshärtewerkzeuge (4) jeweils ein zusätzliches Beschneidewerkzeug und/oder Lochwerkzeug aufweist.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Warmumform- und Presshärtewerkzeug (4) sowie Presse (2) ein elastisches Stellglied (41) angeordnet ist, wodurch das Warmumformen bereits vor vollständiger Schließung der Presse (2) beendet ist und der restliche Schließweg der Presse (2) zu einer Stauchung des elastischen Stellgliedes (41) führt.
Heiz- und Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kontakterwärmungswerkzeug (3) und Pressentisch (15) ein elastisches Element (47) eingegliedert ist, wobei das elastische Element (47) eine thermische Ausdehnung des Kontakterwärmungswerkzeuges (3), insbesondere eines segmentierten Kontakterwärmungswerkzeuges (3), kompensiert.
Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugbauteilen (6, 32) unter Verwendung eines zweifach fallenden Heiz- und Formwerkzeuges (3) gemäß den Merkmalen von mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pressentakt gleichzeitig zwei spiegelverkehrte Kraftfahrzeugbauteile (32) hergestellt werden.