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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung zum partiellen Formhärten eines Blechteils mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung in einer Pressrichtung relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
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Beim Formhärten wird ein erwärmtes Blechteil in eine Form eingelegt und unter Druckbeaufschlagung definiert abgekühlt. Dabei kann ein Blechteil bzw. ein Bereich eines Blechteils mit unterschiedlichen Härten erzeugt werden. Das Blechteil kann in der Form umgeformt und am Ende der Umformung gehärtet werden (direktes Form- oder Presshärten) oder es kann in mehreren Stufen umgeformt und in der letzten Stufe gehärtet werden (indirektes Form- oder Presshärten).
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DE 10 2011 108 912 A1 beschreibt ein segmentiertes Presshärtewerkzeug. Das Presshärtewerkzeug hat ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung relativ zueinander bewegbar sind. Das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug ist segmentiert ausgebildet und hat ein erstes Werkzeugsegment, das sich über Gasdruckfedern an einem Träger abstützt. An dem ersten Werkzeugsegment sind Schrägflächen angeordnet, an denen jeweils ein weiteres Werkzeugsegment anliegt, das sich über eine weitere Schrägfläche am Träger abstützt. Mithin ist ein Art Keilgetriebe geschaffen. Wird in der Schließstellung des Werkezugs eine bestimmte Presskraft überschritten, findet eine Relativbewegung des ersten Werkzeugsegments gegenüber dem Träger statt. Diese Relativbewegung ermöglicht eine Relativbewegung der anderen Werkzeugsegmente. Dadurch sollen Platinenbereiche, die in Pressrichtung oder unter einem kleinen Winkel gegenüber der Pressrichtung geneigt verlaufen, mit einer ausreichenden Kraft zur Umformung beaufschlagt werden.
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Aus
DE 10 2014 109 553 A1 ist ein Härtewerkzeug zum Herstellen gehärteter Profilformteile bekannt. Bei diesem Härtewerkzeug ist ein Werkzeugkern vorhanden, der während des Härtevorgangs in einer Ausnehmung des zu härtenden Profilformteils angeordnet ist. Der Werkzeugkern hat eine Austrittsöffnung, um das Profilformteil mit einem Kühlmedium aus einem Kühlmediumkanal beaufschlagen zu können. Dabei kann das austretende Kühlmedium direkt auf das Profilformteil geleitet werden.
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Es kann als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Werkzeugvorrichtung zum partiellen Formhärten eines Blechteils zu schaffen, die eine verbesserte Temperierung des Blechteils im beheizten Bereich beim Formhärten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die Werkzeugvorrichtung hat ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung in einer Pressrichtung relativ zueinander bewegbar bzw. linear verschiebbar angeordnet sind. In der Schließstellung wird das Blechteil zum Umformen und/oder Härten zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug mit einer vorgegebenen Kraft bzw. einem vorgegebenen Druck beaufschlagt.
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Das Werkzeug zum partiellen Formhärten weist einen beheizbaren Werkzeugbereich und einen kühlbaren Werkzeugbereich auf. In dem kühlbaren Werkzeugbereich hat das Werkzeug eine Durchschnittstemperatur von weniger als 100 °C, beispielsweise etwa 20°C, wobei die Temperatur an der Oberfläche des Werkzeugs auch größer als 100°C sein kann. In dem kühlbaren Werkzeugbereich wird das Blechteil schnell abgekühlt und erhält dadurch vorzugsweise ein martensitisches Gefüge. Im beheizbaren Werkzeugbereich hat das Werkzeug eine Temperatur von mehreren hundert Grad Celsius, beispielsweise etwa 500°C.
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Das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug haben im beheizbaren Werkzeugbereich wenigstens einen mittels einer Kühleinrichtung kühlbaren Träger. An dem wenigstens einen Träger ist wenigstens ein Formteil angeordnet, das zur Beaufschlagung des Blechteils in der Schließstellung eingerichtet ist. Das Formteil kann auch als Formbacken bezeichnet werden. Das wenigstens eine Formteil ist über eine Halteeinrichtung relativ zu dem wenigstens einen Träger bewegbar angeordnet.
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Die Halteeinrichtung weist eine Vorspanneinrichtung auf. Die Vorspanneinrichtung erzeugt eine Vorspannkraft zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil derart, dass das Formteil in Pressrichtung vom Träger weg gedrängt wird. Der wenigstens eine Formteil kann entgegen der Vorspannkraft relativ zum Träger bewegt werden.
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Die Halteeinrichtung ist derart eingerichtet, dass in der Offenstellung ein Luftspalt zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil vorhanden ist. Dieser Luftspalt wird aufrechterhalten, solange keine Kraft das wenigstens eine Formteil relativ zum Träger bewegt und in Anlage mit dem Träger bringt. Der Luftspalt bewirkt eine Wärmeisolation zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil. In der Offenstellung besteht kein unmittelbarer Kontakt bzw. insbesondere keine flächige Anlage zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil. Durch die Halteeinrichtung können zwar Wärmebrücken zwischen dem wenigstens einen Formteil und dem wenigstens einen Träger vorhanden sein, aber die dadurch übertragbare Wärmemenge ist ausreichend gering.
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Beim Übergang von der Offenstellung in die Schließstellung wird der Luftspalt reduziert, nachdem das wenigstens eine Formteil in Kontakt zum Blechteil bzw. zum Werkstück gelangt ist und die Presskraft die Vorspannkraft übersteigt. In der Schließstellung ist der Luftspalt eliminiert. Das wenigstens eine Formteil liegt flächig entweder unmittelbar oder mittelbar über wenigstens einen Wärmeleitkörper an dem wenigstens einen Träger an. Dabei wird eine wärmeleitende Verbindung mit einem definierten Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem wenigstens einen Formteil und dem wenigstens einen Träger geschaffen. Dies führt dazu, dass Wärme aus dem Blechteil und/oder dem wenigstens einen Formteil in den wenigstens einen Träger abgeführt werden kann. Das in Kontakt mit dem wenigstens einen Formteil stehende Blechteil bzw. der betreffende Abschnitt des Blechteils wird definiert gekühlt, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen. Demgegenüber ist das Formteil in der Offenstellung gegenüber dem Träger im Wesentlichen isoliert. Dadurch ist es möglich, das wenigstens eine Formteil im beheizbaren Werkzeugbereich vor dem Beginn des Formhärtvorgangs auf eine vorgegebene Temperatur zu erhitzen, ohne dass die Wärme über den Träger abgeführt wird. Erst in der Schließstellung findet die definierte Temperierung des wenigstens eine Formteils bzw. des Blechteils statt.
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Im kühlbaren Werkzeugbereich sind die dort vorhandenen Formteile, die in der Schließstellung an dem Blechteil anliegen, gekühlt, um eine rasche Abkühlung des Blechteils zur Erzeugung eines martensitischen Gefüges zu erreichen.
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Es ist bevorzugt, wenn das wenigstens eine Formteil im beheizbaren Werkzeugbereich nur in einem Freiheitsgrad in Pressrichtung relativ zum wenigstens einen Träger bewegbar gelagert ist. Weitere Freiheitsgrade der Relativbewegung sind nicht vorgesehen.
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Es ist vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Formteil im beheizbaren Werkzeugbereich mittels einer Heizeinrichtung erwärmbar ist. Beispielsweise kann an oder in dem Formteil eine Induktionsheizeinheit oder eine andere Wärmequelle angeordnet sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Formteil im kühlbaren Werkzeugbereich mittels einer Kühleinrichtung kühlbar ist. Im wenigstens einen Formteil im kühlbaren Werkzeugbereich können beispielsweise eine oder mehrere Kühlkanäle verlaufen, durch die ein Kühlmedium strömt.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil im beheizbaren Werkzeugbereich wenigstens ein Wärmeleitkörper angeordnet ist. Der Wärmeleitkörper ist vorzugsweise wechselbar (austauschbar oder umtauschbar) bzw. lösbar an dem Träger angeordnet. Die lösbare Verbindung kann beispielsweise eine Schraubverbindung sein. Der Wärmeleitkörper ist vorzugsweise als Wärmeleitplatte ausgeführt. Ein an dem wenigstens einen Träger angebrachter Wärmeleitkörper liegt vorzugsweise stets flächig unmittelbar am wenigstens einen Träger an.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmeleitkörper stets in wärmeleitendendem Kontakt zu dem Träger, unabhängig davon, ob das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug die Offenstellung oder die Schließstellung einnehmen. Der wenigstens eine Wärmeleitkörper liegt bevorzugt nur in der Schließstellung an dem wenigstens einen Formteil an. In der Offenstellung ist der Luftspalt dabei zwischen dem wenigstens einen Formteil und dem wenigstens einen Wärmeleitkörper gebildet.
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Es ist vorteilhaft, wenn mehrere austauschbare Wärmeleitkörper vorhanden sind. Die Wärmeleitkörper sind dazu eingerichtet, bei der Anordnung zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil in der Schließstellung unterschiedliche Wärmeübertragungsraten zwischen dem wenigstens einen Träger und dem wenigstens einen Formteil zu ermöglichen. Abhängig von der Aufgabe kann die Werkzeugvorrichtung mit einem oder mehreren von den vorhandenen Wärmeleitkörpern ausgerüstet werden. Der in der Schließstellung gewünschte zeitliche Kühlverlauf wird durch die Auswahl und das Anbringen eines oder mehrerer Wärmeleitkörper erreicht.
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Die vorhandenen austauschbaren Wärmeleitkörper können in Pressrichtung gemessen unterschiedliche Dicken aufweisen. Der zeitliche Verlauf der Wärmeübertragung kann von der Dicke und/oder der Fläche des ausgewählten Wärmeleitkörpers abhängen und kann dadurch beeinflusst werden.
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Die vorhandenen Wärmeleitkörper bzw. Wärmeleitplatten können jeweils dieselbe Außenkontur aufweisen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann wenigstens einer der vorhandenen Wärmeleitkörper wenigstens zwei Zonen aufweisen, die unterschiedlich große Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Die wenigstens zwei Zonen können beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dadurch lässt sich beispielsweise der zeitliche Verlauf der Wärmeübertragung in den verschiedenen Zonen unterschiedlich vorgeben. Es ist außerdem möglich, die mittlere Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitkörpers durch die wenigstens zwei Zonen zu verändern. Beispielsweise können in dem Wärmeleitkörper eine Vielzahl von Durchbrechungen oder Aussparungen vorhanden sein, die beispielsweise jeweils eine Zone mit geringerer Wärmeleitfähigkeit bilden. Die jeweils anderen Zone mit höherer Wärmeleitfähigkeit ist durch das die Durchbrechungen bzw. Aussparungen umgebende Material des Wärmeleitkörpers gebildet. Somit ist die zur Verfügung stehende Fläche mit höherer Wärmeleitfähigkeit bei gleichbleibender Außenkontur des Wärmeleitkörpers verändert.
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Die Aussparung und/oder Durchbrechung kann als luftgefüllter Freiraum ausgeführt sein oder mit einem festen Füllmaterial gefüllt sein, das gegenüber dem anderen Material des Wärmeleitkörpers eine unterschiedlich große Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Die Vorspanneinrichtung der Halteeinrichtung kann wenigstens eine Feder aufweisen. Die wenigstens eine Feder ist vorzugsweise auf Druck belastet. Bei der wenigstens einen Feder kann es sich beispielsweise um eine Schraubenfeder handeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die wenigstens eine Feder in einer Aufnahmeausnehmung des Trägers angeordnet sein. Sie kann mit einem Ende aus der Aufnahmeausnehmung herausragen.
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Die Feder kann über ein Befestigungsmittel am Träger befestigt sein, so dass sie beim Lösen des wenigstens einen Formteils am Träger gehalten wird. Es ist auch möglich, die Feder ohne zusätzliches Befestigungsmittel in der Aufnahmeausnehmung zwischen dem Träger und dem Formteil anzuordnen.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn sich dich wenigstens eine Feder mit einem Ende an einer Stützfläche des Formteils abstützt.
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Die Stützfläche kann vorzugsweise um eine Aussparung angeordnet sein, die in dem Formteil vorgesehen ist. In die Aussparung kann ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Feder am Träger hineinragen. Die Stützfläche kann als geschlossene Ringfläche ausgeführt sein oder mehrere in einer Umfangsrichtung um die Aussparung herum mit Abstand angeordnete Flächenabschnitte aufweisen.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Federkraft und/oder der Federweg der wenigstens einen Feder einstellbar ist. Vorzugsweise kann die Einstellung über das Befestigungsmittel, beispielsweise eine Befestigungsschraube erfolgen.
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Eine vorstehend beschriebene Werkzeugvorrichtung kann in einer Presse eingesetzt werden. Die Presse hat einen Pressenstößel, der in Pressrichtung bewegbar an einem Pressengestell gelagert ist. An dem Pressenstößel ist das Oberwerkzeug vorhanden. An einem Pressentisch ist das Unterwerkzeug angeordnet. Zur Erzielung der Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug kann der Stößel mit dem Oberwerkzeug bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das Unterwerkzeug über einen Tischantrieb bewegbar am Pressentisch anzuordnen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine stark schematisierte blockschaltbildähnliche Darstellung einer Presse mit einem Ausführungsbeispiel einer Werkzeugvorrichtung,
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2 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugvorrichtung in einer Offenstellung,
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3 die Werkzeugvorrichtung aus 2 in einer Schließstellung,
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4 eine geschnittene Teildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Werkzeugvorrichtung in einem beheizbaren Werkzeugbereich in einer Offenstellung,
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5 die Werkzeugvorrichtung in dem beheizbaren Werkzeugbereich aus 4 in einer Schließstellung,
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6 ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeleitkörpers in Form einer Wärmeleitplatte in Draufsicht,
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7 die Wärmeleitplatte aus 6 in einem Schnittbild gemäß Schnittlinie A-A,
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8 mehrere übereinander angeordnete Wärmeleitplatten im Schnittbild,
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeleitkörpers in Form einer Wärmeleitplatte in Draufsicht, und
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10 bis 13 jeweils einen Querschnitt durch die Wärmeleitplatte gemäß Schnittlinie B-B in 9 für unterschiedliche Ausführungsformen der Wärmeleitplatte.
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In 1 ist schematisch eine Presse 15 veranschaulicht. Die Presse 15 hat ein Pressegestell 16 mit einem Kopfteil 17 und einem Pressentisch 18. Ein Stößel 19 ist in einer Pressrichtung P bewegbar am Pressengestell 16 gelagert. Zur Bewegung des Stößels 19 dient ein Stößelantrieb 20.
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Der Stößel 19 trägt ein Oberwerkzeug 21. Am Pressentisch 18 ist ein Unterwerkzeug 22 angeordnet. Das Oberwerkzeug 21 und das Unterwerkzeug 22 bilden eine Werkzeugvorrichtung 23. Die Werkzeugvorrichtung 23 ist dazu eingerichtet, ein Blechteil 26 partiell formzuhärten. Dazu hat die Werkzeugvorrichtung 23 einen beheizbaren Werkzeugbereich 24 und einen kühlbaren Werkzeugbereich 25 (1 bis 3).
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Das Oberwerkzeug 21 und das Unterwerkzeug 22 sind relativ zueinander zwischen einer Offenstellung I und einer Schließstellung II in Pressrichtung P bewegbar. Bei der in 1 veranschaulichten Presse 15 ist lediglich der Stößel 19 mit dem Oberwerkzeug 21 in Pressrichtung P bewegbar ausgeführt. Das Unterwerkzeug 22 ist gegenüber dem Pressentisch 18 unbeweglich befestigt. In Abwandlung hierzu ist es allerdings auch möglich, am Pressentisch 18 einen Tischantrieb vorzusehen, um das Unterwerkzeug 22 in Pressrichtung P bewegbar gegenüber dem Pressentisch 18 anzuordnen.
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Das Oberwerkzeug 21 und/oder das Unterwerkzeug 22 haben im beheizbaren Werkzeugbereich 24 jeweils wenigstens einen Träger 28, an dem jeweils wenigstens ein in Pressrichtung P bewegbar gelagertes Formteil 29 angeordnet ist. Wie es schematisch in den 2 und 3 veranschaulicht ist, hat die Werkzeugvorrichtung 23 im Oberwerkzeug 21 oder im Unterwerkzeug 22 im kühlbaren Werkzeugbereich 25 jeweils wenigstens ein relativ zu dem Träger 28 unbeweglich gelagertes kühlbares Formteil 30.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Träger 28 mittels einer Kühleinrichtung 31 kühlbar. In den 2 und 3 sind schematisch Kühlkanäle 32 im jeweiligen Träger 28 veranschaulicht, durch die die Kühleinrichtung 31 die Strömung eines Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, veranlassen kann. Die Kühlkanäle 32 verlaufen vorzugsweise parallel und in der Nähe einer Anbringungsfläche 33, die dem am Träger 28 gelagerten Formteile 29 zugewandt ist. Die Kühleinrichtung 31 dient beispielsgemäß auch zum Kühlen des wenigstens einen kühlbaren Formteils 30 im kühlbaren Werkzeugbereich 25.
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Im beheizbaren Werkzeugbereich 24 ist an der Anbringungsfläche 33 des Trägers 28 wenigstens ein Wärmeleitkörper 34 lösbar angebracht, der beispielsgemäß durch wenigstes eine Wärmeleitplatte 35 gebildet ist. Die Wärmeleitplatte 35 ist austauschbar und kann abhängig vom Anwendungsfall aus mehreren vorhandenen Wärmeleitplatten 35 ausgewählt und angebracht werden. An der Anbringungsfläche 33 können eine oder mehrere Wärmeleitplatten 35 befestigt werden. Die wenigstens eine Wärmeleitplatte 35 ist flächig an der Anbringungsfläche 33 angeordnet, so dass ein wärmeleitender Kontakt zwischen der Wärmeleitplatte 35 und dem Träger 28 besteht.
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Mittels einer Halteeinrichtung 40 ist das Formteil 29 in Pressrichtung P bewegbar am Träger 28 gelagert. Bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist an dem Träger 28 jeweils ein einziges Formteil 29 bewegbar gelagert. Alternativ hierzu ist es auch möglich, mehrere Formteile 29 über jeweils eine Halteeinrichtung 40 bewegbar an einem Träger 28 zu lagern.
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Zu der Halteeinrichtung 40 gehört eine Vorspanneinrichtung 41. Die Vorspanneinrichtung 41 erzeugt zwischen dem Träger 28 und dem Formteil 29 eine Vorspannkraft, die das Formteil 29 vom zugeordneten Träger 28 weg drängt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist jede Vorspanneinrichtung 41 wenigstens eine Feder 42 auf. Die Feder 42 ist auf Druck beaufschlagt und stützt sich sowohl am Träger 28 als auch am Formteil 29 ab. In den vereinfachten Darstellungen der 2 und 3 ist von der Haltevorrichtung 40 lediglich die Feder 42 der Vorspanneinrichtung 41 veranschaulicht. Ein Ausführungsbeispiel einer Halteeinrichtung 40 ist in den 4 und 5 zu erkennen.
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Die Feder 42 der Vorspanneinrichtung 41 ist in einer Aufnahmeausnehmung 53 des Trägers 28 angeordnet. Die Feder 42 ist beispielsgemäß durch ein Befestigungsmittel und beispielsgemäß einen Befestigungsbolzen bzw. eine Befestigungsschraube 54 am Träger 28 befestigt. Die Feder 42 stützt sich einerseits an einem Boden 55 der Aufnahmeausnehmung 53 und andererseits an einem Ring 56 außerhalb der Aufnahmeausnehmung 53 ab. Der Ring 56 ist als separates Teil koaxial um die Befestigungsschraube 54 angeordnet und relativ zu Befestigungsschraube 54 bewegbar. Der Ring liegt sowohl in der Offenstellung I, als auch in der Schließstellung II am Formteil 29 an.
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In Pressrichtung P gegenüberliegend zur Aufnahmeausnehmung 53 ist in dem Formteil 29 eine Aussparung 57 vorhanden. Die Aussparung 57 dient zur Aufnahme des Kopfes der Befestigungsschraube 54. Um die Aussparung 57 herum ist eine Stützfläche 58 vorhanden, an der der Ring 56 am Formteil 29 anliegt. Die Feder 42 erzeugt eine Vorspannkraft und drückt dabei den Ring 56 vom Träger 28 weg gegen die Stützfläche 58 am Formteil 29. Das Formteil 29 wird in der Offenstellung I (4) gegen den jeweiligen Anschlag 46 der Gleitlager 43 gedrückt.
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Die Halteeinrichtung 40 weist wenigstens ein und beispielsgemäß mehrere Gleitlager 43 auf, entlang denen das Formteil 29 in Pressrichtung P geführt verschiebbar gelagert ist. Zum Gleitlager 43 gehört eine Gleitlagerhülse 44. Beim Ausführungsbeispiel ist die Gleitlagerhülse 44 mittels eines Bolzens 45 am Träger 28 befestigt. Sie liegt mit einem Ende an der Anbringungsfläche 33 an und ragt zum anderen Ende hin von der Anbringungsfläche 33 weg. Das Gleitlager 43 hat mit Abstand zum Träger 28 bzw. zur Anbringungsfläche 33 einen Anschlag 46, der beispielsgemäß durch einen Bund 47 der Gleitlagerhülse 44 gebildet ist. Durch die Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung 41 wird das Formteil 29 vom Träger 28 weg gegen den Anschlag 46 und beispielsgemäß den Bund 47 gedrängt und liegt dort mit einer Anschlagfläche 48 an.
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Ein Durchgangsloch 49 durchsetzt das Formteil 29 und hat in einem Gleitlagerabschnitt einen Innendurchmesser, der abgesehen vom technisch erforderlichen Spiel dem Außendurchmesser der Gleitlagerhülse 44 entspricht. Auf der dem Träger 28 entgegengesetzten Seite hat das Durchgangsloch 49 einen erweiterten Endabschnitt, der sich an dem Gleitlagerabschnitt anschließt. Zwischen dem Gleitlagerabschnitt und dem Endabschnitt ist eine Ringstufe gebildet, die die Anschlagfläche 48 bildet. Der Endabschnitt des Durchgangsloches 49 kann so dimensioniert sein, dass der Bolzen vollständig oder im Wesentlichen vollständig im Endabschnitt des Durchgangsloches 49 aufgenommen ist.
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Mittels der Bolzen 45 und/oder der Gleitlagerhülsen 44 und/oder separater Befestigungsmittel kann die Wärmeleitplatte 35 am Träger 28 befestigt werden. In der Wärmeleitplatte 35 sind Aussparungen für die Vorspanneinrichtung 41 und beispielsgemäß für die wenigstens eine Feder 42 vorhanden.
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Wie es in den 2 und 4 zu erkennen ist, ist in der Offenstellung I zwischen dem Formteil 29 und der Wärmeleitplatte 35 ein Luftspalt 60 vorhanden. Über den Luftspalt 60 ist eine gute thermische Isolation des Formteils 29 gegenüber dem Träger 28 erreicht. Zwar bilden die Gleitlager 43 bzw. die Vorspanneinrichtung 41 Wärmebrücken, jedoch ist bei Vorhandensein des Luftspalts 60 die übertragene Wärmemenge gering.
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Entgegen der durch die Vorspanneinrichtung 41 erzeugten Vorspannkraft kann das Formteil 29 entlang der Gleitlager 43 und beispielsgemäß entlang der Gleitlagerhülsen 44 relativ zum Träger 28 bewegt werden. In der Schließstellung II (3 und 5) ist der Luftspalt 60 eliminiert. Das Formteil 29 liegt flächig an der Wärmeleitplatte 35 an. In der Schließstellung II wird eine durch die Wärmeplatte 35 definierte Wärmeleitung zwischen dem Formteil 29 und dem gekühlten Träger 28 hergestellt.
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Wie es in den 2 und 3 schematisch dargestellt ist, wird das Formteil 29 beim Ausführungsbeispiel mittels einer Heizeinrichtung 61 erwärmt. In dem Formteil 29 ist beispielsweise eine Induktionswärmequelle der Heizeinrichtung 61 angeordnet. Die Induktionswärmequelle 62 kann auch als Heizpatrone bezeichnet werden.
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Über die Heizeinrichtung 61 kann das Formteil 29 in der Offenstellung I bei vorhandenem Luftspalt 60 aufgeheizt werden, beispielsweise auf etwa 500°C. Demgegenüber ist der Träger 28 über die Kühleinrichtung 31 gekühlt, beispielsweise auf etwa 20°C. In der Offenstellung I wird die Wärme durch Wärmeleitung nicht oder lediglich in geringem Umfang auf den Träger 28 übertragen, weil die Luft im Luftspalt 60 als thermische Barriere dient.
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Sobald die Werkzeugvorrichtung 23 in ihre Schließstellung II gebracht wird (3 und 5), wird eine Wärmeleitung zwischen dem Formteil 29 und dem Träger 28 mittels der Wärmeleitplatte 35 hergestellt. Der Bereich des Blechteils 26, an dem in der Schließstellung II das beheizte Formteil 29 anliegt, wird nunmehr mit einem eingestellten zeitlichen Verlauf temperiert bzw. abgekühlt. Die Wärme aus dem Blechteil 26 wird über das Formteil 29, die Wärmeleitplatte 35 in den Träger 28 durch Wärmeleitung abgeführt, so dass die gewünschte Temperierung bzw. Abkühlung erfolgt. Durch Auswahl einer geeigneten Wärmeleitplatte 35 kann die Wärmeleitung mithin der zeitliche Verlauf der Abkühlung des Blechteils 26 beeinflusst werden.
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In 3 ist außerdem veranschaulicht, dass das Blechteil 26 im kühlbaren Werkzeugbereich 25 durch das wenigstens eine kühlbare Formteil 30 beaufschlagt wird. Die kühlbaren Formteile 30 werden mittels der Kühleinrichtung 31 jeweils gekühlt, wodurch in diesem Bereich ein anderer zeitlicher Kühlverlauf des Blechteils 26 eingestellt wird als im beheizbaren Werkzeugbereich 24, in dem ein bewegbar gelagertes und beheizbares Formteil 29 am Blechteil 26 anliegt.
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In 6 ist schematisch eine Wärmeleitplatte 35 veranschaulicht. Beim Ausführungsbeispiel hat die Wärmeleitplatte 35 eine rechteckige Außenkontur K. Die Außenkontur K der Wärmeleitplatte 35 kann jedoch in Abwandlung hierzu auch beliebig andere Formen aufweisen, beispielsweise andere polygonale und/oder runde Konturen bzw. Konturabschnitte.
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Es ist möglich, im beheizbaren Werkzeugbereich 24 eine Mehrzahl von Wärmeleitplatte 35 am Träger 28 anzuordnen. Die Wärmeleitplatten 35 können unterschiedliche Außenkonturen K bzw. Flächeninhalte und/oder unterschiedliche Dicken und/oder unterschiedliche Konturen aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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In 7 ist ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Wärmeleitplatte entsprechend der Schnittlinie A-A in 6. Die Wärmeleitplatte 35 ist aus einem einheitlichen homogenen Material hergestellt, so dass die Wärmeleitung an jeder Stelle der Wärmeleitplatte 35 im Wesentlichen gleich groß ist. In Pressrichtung P hat die Wärmeleitplatte 35 eine Dicke d.
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Vorzugsweise sind mehrere Wärmeleitplatten 35 mit unterschiedlichen Dicken d und/oder unterschiedlichen Flächeninhalten bzw. Außenkonturen K bereitgestellt, aus denen eine oder mehrere ausgewählt und an dem Träger 28 lösbar angeordnet werden. Abhängig von der gewünschten zeitlichen Abkühlung wird eine Wärmeleitplatte 35 mit der geünschten Dicke d ausgewählt und am Träger 28 angebracht.
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Es ist auch möglich, mehrere Wärmeleitplatten 35 übereinander anzuordnen (8). Dabei kann es sich um Wärmeleitplatten 35 handeln, die dieselbe Wärmeleitfähigkeit oder eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Dadurch lässt sich die Wärmeleitfähigkeit der gesamten Anordnung aus den mehreren Wärmeleitplatten 35 entsprechend vorgeben. Die Wärmeleitplatten 35 können dabei jeweils dieselbe Dicke d oder unterschiedliche Dicken d1, d2 aufweisen. In 8 sind schematisch zwei übereinander angeordnete Wärmeleitplatten 25 im Schnittbild entsprechend 7 veranschaulicht, die unterschiedliche Dicken d1, d2 aufweisen. Es versteht sich, dass auch drei oder mehr Wärmeleitplatten 35 übereinander gestapelt und an dem Träger angeordnet werden könnten.
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In den 9 bis 13 sind weitere Ausführungsbeispiele von Wärmeleitplatten 35 veranschaulicht. Diese Wärmeleitplatten 35 haben jeweils mehrere Zonen mit voneinander verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft eine erste Zone 66 mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit und eine oder mehrere zweiten Zonen 67 mit einer von der ersten Wärmeleitfähigkeit der ersten Zone 66 verschiedenen zweiten Wärmeleitfähigkeit vorhanden. Über die Anordnung und die Dichte und das Verhältnis des Flächeninhalts der wenigstens einen ersten Zone 66 gegenüber der wenigstens einen zweiten Zone 67 kann die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitplatte 35 lokal unterschiedlich vorgegeben und/oder der Mittelwert der Wärmeleitfähigkeit der gesamten Wärmeleitplatte 35 beeinflusst werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Wärmeleitplatte 35 Durchbrechungen 68 auf, die die Wärmeleitplatte 35 in Pressrichtung P vollständig durchsetzen (13). Die Durchbrechungen 68 sind als Freiräume ausgeführt und daher mit Luft gefüllt. Die Wärmeleitfähigkeit in der durch die Durchbrechungen 68 gebildeten zweiten Zonen 67 ist entsprechend gering. Dadurch kann die pro Zeiteinheit übertragene Wärmemenge durch die Wärmeleitplatte 35 durch die Anzahl, Größe und Anordnung der Durchbrechungen 68 modifiziert werden.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen der Wärmeleitplatte 35 können die Durchbrechungen 68 mit einem Füllmaterial 69 vollständig gefüllt sein (10). Das Füllmaterial 69 in einer Durchbrechung 68 bildet somit jeweils eine zweite Zone 67.
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Anstelle von Durchbrechungen 68 können in der Wärmeleitplatte 35 eine oder mehrere zu jeweils einer Flachseite der Wärmeleitplatte 35 hin offene Aussparungen 70 vorhanden sein (11 und 12). Die Aussparungen 70 sind ebenfalls mit Füllmaterial 69 zur Bildung jeweils einer zweiten Zone 67 gefüllt. Die Anordnung der Aussparungen 70 kann anwendungsabhängig beliebig gewählt werden. Wenn aus beiden Seiten der Wärmeleitplatte 35 Aussparungen 70 mit Füllmaterial 69 vorhanden sind, können diese versetzt zu den Aussparungen 70 auf der jeweils entgegengesetzten Seite der Wärmeleitplatte 35 positioniert sein.
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In Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen müssen die Durchbrechungen 68 und die Aussparungen 69 nicht mit einer kreisrunden Kontur versehen sein, sondern können beliebige abgerundete und/oder polygonale Konturen bzw. Konturabschnitte aufweisen.
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In den 2 und 3 sind stark schematisiert Formteile 29 veranschaulicht, bei denen keine Umformung des Blechteils 26 stattfindet. Wie es lediglich beispielhaft schematisch in 1 gezeigt ist, kann gleichzeitig mit dem Temperieren des Blechteils 26 in der Schließstellung II auch ein Umformen des Blechteils 26 erfolgen.
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung 23 zum Formhärten eines Blechteils 26. Ein Oberwerkzeug und/oder oder ein Unterwerkzeug 22 weist wenigstens einen kühlbaren Träger 28 und wenigstens ein daran in einer Pressrichtung P bewegbar geführt gelagertes beheizbares Formteil 29 auf. Solange das Formteil 29 nicht gegen das zu härtende und/oder umzuformende Blechteil 26 gedrückt wird, ist zwischen dem Formteil 29 und dem Träger 28 ein Luftspalt 60 vorhanden. In einer Schließstellung II ist dieser Luftspalt 60 eliminiert und eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Formteil 29 und dem Träger 28 hergestellt, entweder unmittelbar oder über wenigstens einen dazwischen angeordneten Wärmeleitkörper 34.
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Bezugszeichenliste
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- 15
- Presse
- 16
- Pressengestell
- 17
- Kopfteil
- 18
- Pressentisch
- 19
- Stößel
- 20
- Stößelantrieb
- 21
- Oberwerkzeug
- 22
- Unterwerkzeug
- 23
- Werkzeugvorrichtung
- 24
- beheizter Werkzeugbereich
- 25
- gekühlter Werkzeugbereich
- 26
- Blechteil
- 28
- Träger
- 29
- beheizbares Formteil
- 30
- kühlbares Formteil
- 31
- Kühleinrichtung
- 32
- Kühlkanal
- 33
- Anbringungsfläche
- 34
- Wärmeleitkörper
- 35
- Wärmeleitplatte
- 40
- Halteeinrichtung
- 41
- Vorspanneinrichtung
- 42
- Feder
- 43
- Gleitlager
- 44
- Gleitlagerhülse
- 45
- Bolzen
- 46
- Anschlag
- 47
- Bund
- 48
- Anschlagfläche
- 49
- Durchgangsloch
- 53
- Aufnahmeausnehmung
- 54
- Befestigungsschraube
- 55
- Boden
- 56
- Ring
- 57
- Aussparung
- 58
- Stützfläche
- 60
- Luftspalt
- 61
- Heizeinrichtung
- 62
- Induktionswärmequelle
- 66
- erste Zone
- 67
- zweite Zone
- 68
- Durchbrechung
- 69
- Füllmaterial
- 70
- Aussparung
- I
- Offenstellung
- II
- Schließstellung
- d
- Dicke
- F
- Presskraft
- P
- Pressrichtung
