DE102015121842A1

DE102015121842A1 - Temperierstation sowie Verfahren zum Betreiben der Temperierstation

Info

Publication number: DE102015121842A1
Application number: DE102015121842.9A
Authority: DE
Inventors: Georg Frost; Martin Hesselmann; Markus Kettler; Max NIESSE
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: EP3187599B1; ES2690742T3; US10369606B2; CN106885474B; CN106885474A; EP3187599A1; US20170165731A1; DE102015121842B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperierstation (1) zur Kontakterwärmung einer Platine (7) sowie ein Verfahren zum Betreiben der Temperierstation (1). Erfindungsgemäß wird bei der Temperierstation (1) der auf die Platine (7) ausgeübte Kontaktdruck (p) geregelt oder gesteuert, so dass eine Längenausdehnung der Platine (7) sich nicht negativ auf die Kontaktplatte (4, 4a, 4b) selbst auswirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperierstation mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 9.
Aus dem Stand der Technik ist die Warmumform- und Presshärtetechnologie bekannt. Hierbei werden Platinen zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig auf eine Temperatur über Austenitisierungstemperatur erwärmt. Diese Temperaturen liegen je nach verwendeter Stahllegierung bei ca. 700°C, in der Regel 900°C oder höher.
Nach der Erwärmung wird die Platine im warmen Zustand umgeformt und wiederum anschließend durch schnelles Abkühlen gehärtet.
Aus dem Stand der Technik sind zum Erwärmen einer solchen Platine verschiedene Methoden bekannt. Oftmals werden Durchlauföfen verwendet.
In letzter Zeit sind jedoch vermehrt Temperierstationen mit Kontakterwärmung bekannt geworden. Hierzu wird mindestens einseitig eine Kontaktplatte auf den zu erwärmenden Bereich der Platine bzw. auf die gesamte Platine aufgebracht und die Wärme der Kontaktplatte mittels Wärmeleitung an die Platine abgegeben. In Folge der Erwärmung dehnt sich die Platine insbesondere in Parallelrichtung zu der Oberfläche der Kontaktplatte aus. Aufgrund des Anlagenkontaktes mit der Kontaktplatte führt diese thermische Ausdehnung in der Großserienherstellung zu einer plastischen Verformung der Kontaktplatte. Ferner werden zumindest im Bereich der Oberfläche der zu erwärmenden Platine Spannungen eingebracht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Möglichkeiten der Kontakterwärmung einer Platine zu verbessern.
Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einer Temperierstation zur Kontakterwärmung einer Platine mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Der verfahrenstechnische Teil wird weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben der Temperierstation mit den Merkmalen im Patentanspruch 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die Temperierstation zur Kontakterwärmung einer Platine wird eingesetzt, um diese auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur zur erwärmen. Insbesondere beträgt die Zieltemperatur der Platine mehr als 500°C, ganz besonders bevorzugt mehr als Austenitisierungstemperatur mithin mehr als 700°C, insbesondere mehr als 900°C. Die Platine kann bereichsweise erwärmt werden, aber bevorzugt auch vollständig.
Hierzu weist die Temperierstation ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf, wobei mindestens an dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug eine Kontaktplatte zur Kontakterwärmung vorgesehen ist. Nach Einlegen der Platine werden Oberwerkzeug und Unterwerkzeug geschlossen, so dass auf die zu temperierende bzw. zu erwärmende Platine ein Kontaktdruck bei geschlossener Temperierstation ausgeübt wird. Erfindungsgemäß ist dieser bei geschlossener Temperierstation ausgeübte Kontaktdruck nunmehr regelbar oder steuerbar. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Haftreibung zwischen zu erwärmender Platine und Kontaktplatte durch die Regelung oder Steuerung derart optimiert bzw. minimiert werden kann, dass eine in Folge der Kontakterwärmung auftretende Längen- bzw. Breitenänderung der Platine nicht zu einer Längenänderung bzw. einem irreversiblen Wachstum der Kontaktplatte führt.
Mithin kann die sich erwärmende Platine aufgrund geringer Haftreibung an der Kontaktplatte vorbeigleiten, wobei jedoch gleichzeitig der Kontaktdruck so eingeregelt oder gesteuert wird, dass eine hinreichende Wärmeleitung von Kontaktplatte zu Platine erfolgt. Als erfindungsgemäßer Vorteil ist eine spannungsfrei erwärmte Platine verfahrensökonomisch in kurzer Taktzeit erwärmbar, wobei gleichzeitig in der Großserienproduktion der Verschleiß der Kontaktplatte in Folge von Wärmeausdehnung der Platine minimiert wird.
Die mindestens eine Kontaktplatte ist bevorzugt als längliche Kontaktplatte ausgebildet. Dies bedeutet im Sinne der Erfindung, dass diese mindestens eine Länge aufweist, die dem Zweifachen der Breite entspricht. Es können jedoch beispielsweise auch mehrere Kontaktplatten an einem Werkzeug nebeneinander angeordnet werden, bevorzugt werden zwei oder drei längliche Kontaktplatten parallel nebeneinander angeordnet.
Der bei geschlossener Temperierstation auf die zu temperierende Platine ausgeübte Kontaktdruck wird im Rahmen der Erfindung insbesondere in Abhängigkeit der Kontaktfläche zwischen Kontaktplatte und Platine und/oder der Querschnittsfläche der Kontaktplatte und/oder der Dehngrenze Rp_0,2 (von der Kontaktplatte) und/oder der Ist-Temperatur (der Kontaktplatte) und/oder dem Haftbeiwert (Reibungskoeffizient) zwischen Kontaktplatte und Platine geregelt oder gesteuert.
Besonders bevorzugt wird der Kontaktdruck in Abhängigkeit der nachfolgenden Formel geregelt oder gesteuert:
Der Kontaktdruck kann jedoch auch berechnet werden und dann die Temperierstation so eingestellt werden, dass der berechnete Kontaktdruck anliegt. Es können jedoch auch in der Temperierstation Sensoren vorgesehen sein und dann der vorher berechnete Kontaktdruck während des Erwärmungsvorganges geregelt werden. Der Kontaktdruck ist bevorzugt größer null.
Somit ist es möglich, unbeschichtete Platinen, insbesondere aus einer Stahllegierung, beispielsweise einem Bor-Mangan-Stahl, zu temperieren. Temperieren bedeutet im Sinne dieser Erfindung maßgeblich Erwärmen. Es können jedoch auch gleichzeitig Bereiche gekühlt werden oder aber auf einer Temperatur gehalten werden, wohingegen benachbarte Bereiche erwärmt werden. Es ist jedoch mit der Erfindung ebenfalls möglich, beschichtete Platinen, beispielsweise mit einer Antikorrosionsbeschichtung, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Beschichtung, zu temperieren.
Die Erwärmung der mindestens einen Kontaktplatte erfolgt insbesondere mit einer der nachfolgend benannten Erwärmungsquellen. Als induktive Erwärmung, so dass durch Einsatz eines Induktors die Kontaktplatte induktiv erwärmt wird und dann wiederum mittels Wärmeleitung die Platine erwärmt. Auch kann die Kontaktplatte mittels einer Brennererwärmung erwärmt werden. So wird auf der der Platine abgewandten Seite die Kontaktplatte durch einen Brenner erwärmt und erwärmt so die Platine durch Wärmeleitung. Ebenfalls ist es möglich, die Erwärmung als Widerstandserwärmung durchzuführen. Hierzu ist entweder vorgesehen, dass die Kontaktplatte selbst als elektrischer Widerstand ausgebildet ist und sich bei Beaufschlagen mit einer Spannung selbst erwärmt. Auch kann jedoch eine mittelbare oder indirekte Widerstandserwärmung ausgeführt werden, so dass Heizleiter oder Heizkartuschen aufgrund ihres elektrischen Widerstands erwärmt werden und diese die Kontaktplatte erwärmen. Die Erwärmung der Platine erfolgt wiederum durch Wärmeleitung von der Kontaktplatte an die Platine.
Die Kontaktplatte selbst ist bevorzugt über mindestens ein Loslager mit dem Oberwerkzeug gekoppelt. Im Falle einer Kontaktplatte, die mit dem Unterwerkzeug gekoppelt ist, ist diese ebenfalls bevorzugt über mindestens ein Loslager mit dem Unterwerkzeug gekoppelt. Eine Ausdehnung der Kontaktplatte in Folge der Erwärmung dieser selbst kann somit durch das Loslager kompensiert werden. Eine Krümmung der Kontaktplatte wird dadurch vermieden.
Damit nunmehr der bei geschlossener Temperierstation auf die zu erwärmende Platine ausgeübte Kontaktdruck im Zuge der Regelung oder Steuerung veränderbar ist, kann dies auf zwei bevorzugte Weisen erfolgen.
Entweder wird der Hauptantrieb der Temperierstation genutzt nur zur Ausführung der Schließbewegung bzw. Öffnungsbewegung der Temperierstation. Es kann auch im geschlossenen Zustand der auf die Platine ausgeübte Kontaktdruck über den Hauptantrieb verändert werden. Ergänzend oder alternativ können zusätzliche Aktoren oder Steuereinheiten vorgesehen sein, die den auf die Platine bei geschlossener Temperierstation ausgeübten Kontaktdruck verändern. Somit wird die Temperierstation zunächst bei eingelegter Platine geschlossen. Die Einstellung sowie die Regelung und/oder Steuerung des Kontaktdruckes erfolgt dann über die Aktoren. Diese können insbesondere pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betrieben sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist der Kontaktdruck in zwei mindestens örtlich benachbarten Bereichen voneinander verschieden einstellbar. Bevorzugt ist somit der Kontaktdruck bereichsweise verschiedenen regelbar oder steuerbar. Wird eine Platine beispielsweise bereichsweise gar nicht erwärmt oder auf eine geringere Temperatur als ein demgegenüber benachbarter Bereich der Platine, so kann bevorzugt in beiden voneinander verschiedenen Bereichen der Kontaktdruck voneinander verschieden eingestellt werden. Insbesondere sind dann voneinander verschiedene Kontaktplatten vorgesehen, so dass bevorzugt für jede Kontaktplatte individuell der Kontaktdruck einregelbar oder steuerbar ist. Somit kann der Kontaktdruck an einer Kontaktplatte bereichsweise voneinander verschieden eingestellt werden, oder es können mehrere Kontaktplatten verwendet werden, die mit einem voneinander verschiedenen Kontaktdruck angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Temperierstation mit mindestens den eingangs genannten Merkmalen, wobei erfindungsgemäß bei geschlossener Temperierstation der auf die Platine ausgeübte Kontaktdruck geregelt oder gesteuert wird. Der Kontaktdruck kann dabei im Rahmen der Erfindung auch als Anpressdruck bezeichnet werden. Dieser wird bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach folgender Formel geregelt oder gesteuert:
Dabei bedeuten die Formelzeichen p der Kontaktdruck, Rp_0,2 die Dehngrenze 0,2 der Kontaktplatte (T) in Abhängigkeit der Temperatur, AQ_Platte die Querschnittsfläche der Kontaktplatten, AK_Platine die Fläche der Platine und µ der Haftbeiwert. Die Fläche der Platine entspricht der Kontaktfläche zwischen Platine und Kontaktplatte.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 die erfindungsgemäße Temperierstation im geöffneten Zustand in Seitenansicht,
2 die Temperierstation in geschlossener Ansicht aus 1,
3a bis d die Kontaktplatten mit aufliegender zu erwärmender Platine in Draufsicht,
4 zwei parallel nebeneinander liegende längliche Kontaktplatten in Draufsicht,
5 eine Kontaktplatte mit Fest- und Loslager in Seitenansicht und
6 eine Darstellung der Formelzeichen.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Temperierstation 1 in Seitenansicht aufweisend ein Oberwerkzeug 2 sowie ein Unterwerkzeug 3. Ferner ist an dem Oberwerkzeug 2 eine Kontaktplatte 4 vorgesehen und hier dargestellt im Unterwerkzeug 3 eine Isolierplatte 5. Es können jedoch auch sowohl am Oberwerkzeug 2 als auch am Unterwerkzeug 3 Kontaktplatten 4 angeordnet sein bzw. am Unterwerkzeug 3 eine Kontaktplatte 4 und an einem Oberwerkzeug 2 eine Isolierplatte 5.
Ferner weisen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 jeweils noch eine Grundplatte 6 auf, wobei die Kontaktplatte 4 bzw. Isolierplatte 5 an der Grundplatte 6 befestigt ist. Insbesondere können die Kontaktplatten 4 bzw. Isolierplatten 5 austauschbar gekoppelt sein, insbesondere lösbar gekoppelt sein, so dass eine leichte Umrüstung an verschiedene zu erwärmende Platinengrößen möglich ist. Dazwischen eingelegt ist eine zu erwärmende Platine 7.
Gemäß 2 ist die aus 1 dargestellte Temperierstation 1 geschlossen. Die Schließbewegung wird dabei von dem Unterwerkzeug 3 ausgeführt. Hier sind Aktoren 8 vorgesehen, die in diesem Falle die Grundplatte 6 sowie die Isolierplatte 5 anheben. Die Platine 7 liegt somit im Wesentlichen vollflächig mit ihrer Oberseite 9 an der Kontaktplatte 4 und mit ihrer Unterseite 10 an der Isolierplatte 5 an. Dabei wird zwischen der Kontaktfläche 11 der Kontaktplatte 4 und der Kontaktfläche 12 der Isolierplatte 5 sowie der jeweiligen Oberseite 9 und der Unterseite 10 der Platine 7 ein Kontaktdruck p ausgeübt. In dem hier dargestellten Beispiel ist der Kontaktdruck p an allen Stellen gleich. Der Kontaktdruck p kann jedoch insbesondere bei zwei auf die Vertikalrichtung bezogenen voneinander getrennten und nebeneinander angeordneten Kontaktplatten 4 und/oder Isolierplatten 5 bereichsweise verschieden stark sein. Erfindungsgemäß wird der Kontaktdruck p über die Aktoren 8 im geschlossenen Zustand geregelt oder gesteuert, so dass in Abhängigkeit insbesondere der Temperatur ein optimaler Kontaktdruck p anliegt und insbesondere eine Längenausdehnung der Platine 7 in Längsrichtung L nicht gleichsam auch zu einer Längenausdehnung der Kontaktplatte 4 und/oder Isolierplatte 5 führt. Die Platine 7 kann somit eine Relativbewegung zur Kontaktplatte 4 infolge thermischer Ausdehnung in Längsrichtung L ausführen.
3a bis d zeigen vier voneinander verschiedene Ausgestaltungsvarianten von Kontaktplatten 4, 4a, 4b. Figur a, b und c zeigen jeweils eine Platine 7 als Platinenzuschnitt, so dass die Fläche A7 der Platine 7 kleiner ist als die Fläche A4 der Kontaktplatte 4, 4a, 4b. Die Ausgestaltungsvariante gemäß 3a zeigt dabei eine Kontaktplatte 4, welche entsprechend eine Fläche A4 der Kontaktplatte 4 aufweist. Insbesondere ist die Länge L4 der Kontaktplatte 4 größer als die Breite B4 der Kontaktplatte. Gemäß 3b sind zwei Kontaktplatten 4a und 4b vorgesehen. Diese weisen jeweils auch eine Fläche A4a bzw. A4b auf. Gemäß 3c sind ebenfalls zwei Kontaktplatten 4a und 4b vorgesehen. Eine jeweilige Längenausdehnung der Platine 7 in Längsrichtung L wird erfindungsgemäß derart kompensiert, dass diese eine Relativbewegung in Längsrichtung L zu der Kontaktplatte 4 / den Kontaktplatten 4a, 4b durchführt. Auch kann bei allen in dieser Schrift benannten Ausführungen eine Relativbewegung in Querrichtung Q erfolgen.
Gemäß der Ausgestaltungsvariante von 3d ist eine Kontaktplatte 4 dargestellt, auf welcher zwei Platinen 7a und 7b gleichzeitig aufliegen. Diese weisen eine Fläche A7a und A7b auf. Solche Platinen 7a, 7b werden insbesondere zur Herstellung von Türaufprallträgern verwendet. Es können somit zwei Platinen 7a, 7b gleichzeitig in der erfindungsgemäßen Temperierstation temperiert werden.
Gemäß 4 ist das Beispiel aus 3d nochmals dargestellt. Die Kontaktplatte ist aus zwei Kontaktplatten 4a und 4b ausgebildet als Widerstandserwärmung, so dass über Anschluss von elektrischen Polen 13 eine Spannung angelegt werden kann, so dass sich die Kontaktplatten 4a, 4b selbst erwärmen. Über eine elektrische Verbindung 14 wird ein Stromfluss durch die Kontaktplatten 4a, 4b sichergestellt. Aufgelegt sind zwei Platinen 7a, 7b.
5 zeigt die Kontaktplatte 4 in Seitenansicht. Die Lagerung erfolgt auf der einen Seite mit einem Festlager 15 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Loslager 16, so dass aufgrund des Festloslagerverbunds eine Längenausdehnung der Kontaktplatte 4 ebenfalls in Längsrichtung L in Folge von thermischer Erwärmung ermöglicht wird.
6 zeigt eine Kontaktplatte 4 mit aufgelegter Platine 7. Gut zu erkennen ist hier die Querschnittsfläche AQ_Platte und die Fläche AK_Platine. Zwischen der Platine 7 und der Kontaktplatte 4 liegt dann ein Haftbeiwert µ vor. Exemplarisch dargestellt ist der Kontaktdruck p, der erfindungsgemäß durch Andrücken der Kontaktplatte 4 an eine andere nicht näher dargestellte Kontaktplatte 4 oder eine Isolierplatte 5, insbesondere unter Eingliederung der Platine 7, entsteht.
Bezugszeichenliste

1: Temperierstation
2: Oberwerkzeug
3: Unterwerkzeug
4: Kontaktplatte
4a: Kontaktplatte
4b: Kontaktplatte
5: Isolierplatte
6: Grundplatte
7: Platine
7a: Platine
7b: Platine
8: Aktor
9: Oberseite zu 7
10: Unterseite zu 7
11: Kontaktfläche zu 4
12: Kontaktfläche zu 5
13: elektrischer Pol
14: elektrische Verbindung
15: Festlager
16: Loslager
A4: Fläche zu 4
A4a: Fläche zu 4a
A4b: Fläche zu 4b
A7: Fläche zu 7
A7a: Fläche zu 7
A7b: Fläche zu 7
B4: Breite zu 4
L: Längsrichtung
L4: Länge zu 4
p: Kontaktdruck
Q: Querrichtung
AK_Platine: Fläche zu 7
AQ_Platte: Querschnittsfläche zu 4, 4a, 4b
µ: Haftbeiwert zwischen 4 und 7

Claims

Temperierstation (1) zur Kontakterwärmung einer Platine (7), insbesondere zum zumindest partiellen Austenitisieren einer Platine (7), aufweisend ein Oberwerkzeug (2) und ein Unterwerkzeug (3), mit mindestens einer Kontaktplatte (4, 4a, 4b), dadurch gekennzeichnet, dass der auf die zu temperierende Platine (7) ausgeübte Kontaktdruck (p) bei geschlossener Temperierstation (1) regelbar oder steuerbar ist.
Temperierstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (4, 4a, 4b) als längliche Kontaktplatte ausgebildet ist, insbesondere weist die Kontaktplatte (4, 4a, 4b) eine Länge L auf, die mindestens dem 1,2 bis 2-fachen der Breite (B4) entspricht.
Temperierstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktdruck (p) in Abhängigkeit der Kontaktfläche und/oder der Querschnittsfläche der Kontaktplatte (4, 4a, 4b) und/oder der Dehngrenze der Kontaktplatte (4, 4a, 4b) und/oder dem Haftbeiwert (µ) und/oder der Ist Temperatur geregelt oder gesteuert wird.
Temperierstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der mindestens einen Kontaktplatte (4, 4a, 4b) zumindest eine der nachfolgenden Erwärmungsquellen vorgesehen ist: induktive Erwärmung, Brennererwärmung, Widerstanderwärmung.
Temperierstation nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Widerstandserwärmung die Kontaktplatte (4, 4a, 4b) als elektrischer Widerstand sich selbst erwärmt oder dass die Kontaktplatte (4, 4a, 4b) über Heizleiter oder Heizkartuschen erwärmbar ist.
Temperierstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktplatte (4, 4a, 4b) über mindestens ein Loslager (16) mit dem Oberwerkzeug (2) gekoppelt ist und/oder dass eine Kontaktplatte (4, 4a, 4b) über mindestens ein Loslager (16) mit dem Unterwerkzeug (3) gekoppelt ist.
Temperierstation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Kontaktdruckes (p) infolge der Regelung oder Steuerung durch den Hauptantrieb der Temperierstation (1) erfolgt und/oder dass zur Veränderung des Kontaktdruckes (p) Aktoren (8) vorgesehen sind.
Temperierstation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktdruck (p) in mindestens zwei örtlich benachbarten Bereichen unterschiedlich einstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Temperierstation mit den Merkmalen von mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Temperierstation (1) der auf die Platine (7) ausgeübte Kontaktdruck (p) geregelt oder gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktdruck (p) nach folgender Formel geregelt oder gesteuert wird: