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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verbinden von Metallblechen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Verbinden von Chromstahl-/Chromnickelstahlblechen beziehungsweise beschichteten Kohlenstoffstahlfeinblechen, die beispielsweise als Türen in Haushaltsgeräten, insbesondere Geschirrspülmaschinen, eingesetzt werden.
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Beim Verbinden von zumindest zwei Metallblechen, wie beispielsweise Chromstahl oder Chromnickelstahl, mittels mechanischer Verbindungsprozesse, wie Umformen und Verbinden, Durchsetzfügen, Nieten, und so weiter, werden üblicherweise Werkzeuge verwendet. Diese Werkzeuge sind in der Regel aus einer Hartmetalllegierung oder aus hochfesten Kaltarbeitsstählen hergestellt. Häufig bestehen die Werkzeuge aus einem Stempel und einer Matrize, wobei der Stempel eine Innenform und die Matrize eine entsprechende Gegenform darstellt.
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In Abhängigkeit von den verwendeten Metallblechen und der Art der Verbindung werden die Werkzeuge einem sehr starken Verschleiß ausgesetzt. Beispielsweise werden die Werkzeuge beim Durchsetzfügen insbesondere an den unteren Radien des Stempels beziehungsweise in dem Mantelbereich der Matrize einem sehr starken Verschleiß ausgesetzt, was schließlich zum Versagen des Werkzeugs führt. Das Versagen des Werkzeugs wird durch den Aufbau von Kaltverschweißungen an dem Stempelradienbereich und an dem inneren Mantelbereich der Matrize hervorgerufen, und führt in der Regel zu einem Bruch der Matrize.
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Bei solchen Werkzeugen werden üblicherweise ein Stempel und eine Matrize aus Hartmetall verwendet. Während des Umform- und Verbindungsprozesses werden Schmiermittel eingesetzt, die aus mineralischen Ölen mit Additiven, wie Sulfiden oder Phosphiden, bestehen können. Die Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge hängt unter anderem, je nach Verbindungsart, von der Anzahl von Verbindungspunkten beziehungsweise der Menge an Verbindungsbereichen ab, das heißt, hängt davon ab, wie viel Fläche eines solchen Metallblechs, beispielsweise einem Chromstahlfeinblech, mittels der Werkzeuge verbunden werden soll. Die Lebensdauer eines solchen Werkzeugs wird auch als Standzeit bezeichnet.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge bei Umform- und Verbindungsprozessen zu erhöhen.
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Demgemäß wird ein System zum Verbinden von Metallblechen vorgeschlagen, wobei das System eine Sprüheinrichtung zum Auftragen eines Schmierstoffes auf zumindest zwei Metallbleche aufweist, wobei der Schmierstoff eine Schmieremulsion mit sulfonierten Esterverbindungen aufweist, und eine Verbindungseinrichtung aufweist, wobei die Verbindungseinrichtung eine harte Metallbeschichtung aufweist und dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Metallbleche zu verbinden.
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Durch das vorgeschlagene System ist es möglich, die Standzeit beziehungsweise Lebensdauer von Werkzeugen in einem Umform- und Verbindungsprozess um bis zu 500 % gegenüber bestehenden Systemen zu verlängern. Dies wird dadurch erreicht, dass eine spezielle Beschichtung auf das Werkzeug aufgetragen wird, und gleichzeitig ein Schmierstoff verwendet wird, der auf die Beschichtung der Verbindungseinrichtung abgestimmt ist.
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Der Schmierstoff stellt eine Schmieremulsion dar, die nass in einer Stärke von zirka 1,0 bis 3,0 µm auf das Metallblech beziehungsweise die Metallbleche aufgebracht wird und anschließend trocknet. Die Schmieremulsion weist Esterverbindungen auf, die sulfoniert sind. Das bedeutet, dass freier Schwefel an die Esterverbindungen angehängt ist, wodurch optimale Reibungsverhältnisse geschaffen werden, die Kaltverschweißungen an der Verbindungseinrichtung entgegenwirken.
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Die Verbindungseinrichtung kann aus einem Metall, beispielsweise einem Hartmetall hergestellt sein, und weist zusätzlich eine Hartmetallbeschichtung auf. Unter einem Hartmetall versteht man gesinterte Carbidhartmetalle. Diese zeichnen sich durch eine sehr hohe Härte, Verschleißfestigkeit und besonders hohe Warmhärte aus. Hierdurch wird die Verbindungseinrichtung besonders widerstandsfähig gegenüber Kaltverschweißungen während des Umform- und Verbindungsprozesses.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Hartmetallbeschichtung als eine Dreifachschicht ausgebildet.
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Durch eine solche Dreifachschicht ist es möglich, eine besonders widerstandsfähige Beschichtung der Verbindungseinrichtung bereitzustellen. Die einzelnen Schichten der Dreifachschicht können aus demselben Material beziehungsweise derselben Materialzusammensetzung bestehen, können jedoch auch jeweils aus verschiedenen Materialien bestehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht jede Schicht der Dreifachschicht aus Chrom, Wolfram und Carbon-Nitrid.
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Diese Schichten zeichnen sich dabei durch eine reduzierte Reibung, eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine hohe Härte aus. Hierdurch können ebenfalls Kaltverschweißungen an der Verbindungseinrichtung vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weißt die äußerste Schicht der Dreifachschicht einen höheren Gehalt an Wolfram auf, als die inneren Schichten der Dreifachschicht.
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Das bedeutet, dass nach außen der Wolframgehalt auf der Verbindungseinrichtung verstärkt ist. Die Verschleißfestigkeit der äußersten Schicht wird dabei durch die höhere Anzahl an Wolframkarbiden verbessert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Hartmetallbeschichtung eine nanodisperse Beschichtung.
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Unter einer nanodispersen Beschichtung wird verstanden, dass die Beschichtung die einzelnen Elemente als Nanopartikel enthält. Insbesondere Wolfram kann hierbei in der Form von Nanopartikeln über die gesamte Beschichtung verteilt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verbindungseinrichtung einen Stempel und eine Matrize auf.
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Unter einer Matrize wird hierbei das Gegenstück zu dem Stempel verstanden, also die Außenform. Der Stempel drückt dabei das Metallblech in die Matrize. Wenn die zwei Metallbleche verbunden werden, liegen dabei die beiden Metallbleche aufeinander und die Matrize wird an der Stelle, an der die beiden Metallteile verbunden werden sollen, angelegt und der Stempel drückt von der anderen Seite auf das Metallblech. Die zu verbindenden Bleche werden also durch den Stempel ähnlich wie beim Tiefziehen unter plastischer Deformation in die Matrize gedrückt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schmierstoff Additive auf. Diese Additive können beispielsweise Tolyltriazole, Isobutylenepentasulfide oder C12-14-Phospate-Ester aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sprüheinrichtung eine druckluftlose Sprüheinrichtung mit elektrostatischem Feld.
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Durch eine solche spezielle Sprüheinrichtung ist es möglich, den Schmierstoff besonders dünn und gezielt auf die Metallbleche aufzutragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sprüheinrichtung ein hochfrequent pulsierendes Düsenventil auf und ist dazu eingerichtet, ein elektrostatisches Feld zwischen der Sprüheinrichtung und den zumindest zwei Metallblechen zu erzeugen.
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Der Sprühstrahl eines solchen Auftragssystems für berührungsloses und exaktes Auftragen von Schmierstoff (wie Ölen oder Emulsionen) wird mittels eines hochfrequent pulsierenden Ventils mit einer Einstoffdüse erzeugt. Durch den Verzicht auf Druckluft kann die Bildung eines unerwünschten Sprühnebels verhindert werden. Der exakte Auftrag wird durch ein elektrostatisches Feld zwischen dem Sprühsystem und dem zu beschichtenden Metallblech gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sprüheinrichtung dazu eingerichtet, den Schmierstoff mit einer Dicke von 0,5 bis 2 µm, insbesondere von 1,0 bis 1,5 µm, aufzutragen.
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Diese Dicke des Schmierstoffs ist ausreichend, um optimale Reibungsverhältnisse zu schaffen, während gleichzeitig die Menge an Schmierstoff minimiert werden kann. Nach dem Umformen und Verbinden kann der Schmierstoff auf den Metallblechen verbleiben und stellt keine Beeinträchtigung der weiteren Verarbeitung dar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Metallbleche Edelstahlfeinbleche. Insbesondere sind die Edelstahlfeinbleche Chromnickelstahlfeinbleche oder Chromstahlfeinbleche. Alternativ können die Edelstahlfeinbleche beschichtete Kohlenstoff-Edelstahlfeinbleche sein. Chromstahlbleche werden häufig in Haushaltsgeräten verwendet, beispielsweise als Innen- und Außentüren. Diese bestehen aus mehreren Teilen, die durch Umformen und Verbinden miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungseinrichtung dazu eingerichtet, ein Umformen und Verbinden, ein Durchsetzfügen, ein Nieten und/oder ein Clinchen durchzuführen. Unter Umformen und Verbinden wird allgemein ein Umformen von Metallblechen und gleichzeitiges Verbinden dieser Metallbleche durch den Umformprozess verstanden. Unter Durchsetzfügen wird ein Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes verstanden. Auch durch Nieten können zwei Metallbleche dauerhaft miteinander verbunden werden. Durchsetzfügen kann auch als Druckfügen, Clinchen oder Press Joining bezeichnet werden.
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Ein Metallblech, welches mit dem oben beschriebenen Verfahren umgeformt wurde, kann beispielsweise als Tür oder Ähnliches in einem Haushaltsgerät, insbesondere einer Geschirrspülmaschine, eingesetzt werden. Alternativ kann ein solches Metallblech auch als Designoberfläche im Automobilbereich eingesetzt werden.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Verbinden von Metallblechen vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Auftragen eines Schmierstoffes auf zumindest zwei Metallbleche, wobei der Schmierstoff eine Schmieremulsion mit sulfonierten Esterverbindungen aufweist, Verbinden der zumindest zwei Metallbleche mittels einer Verbindungseinrichtung, wobei die Verbindungseinrichtung eine Hartmetallbeschichtung aufweist.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Haushaltsgeräts; und
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2 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zum Umformen und Verbinden von Metallblechen.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines, insbesondere wasserführenden, Haushaltsgeräts 1. Das Haushaltsgerät 1 kann beispielsweise eine Geschirrspülmaschine, eine Waschmaschine, ein Kühlschrank oder dergleichen sein. In der 1 ist eine Geschirrspülmaschine gezeigt. Das Haushaltsgerät 1 weist einen Aufnahmebereich 2 auf, der durch eine Tür 3, insbesondere wasserdicht verschließbar ist. Hierzu kann zwischen der Tür 3 und dem Aufnahmebereich 2 eine Dichteinrichtung vorgesehen sein. Der Aufnahmebereich 2 kann ein Spülbehälter der in der 1 gezeigten Geschirrspülmaschine sein. Der Aufnahmebereich 2 ist vorzugsweise quaderförmig. Insbesondere kann der Aufnahmebereich 2 aus einem Stahlblech gefertigt sein. Alternativ kann der Aufnahmebereich 2 zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Der Aufnahmebereich 2 und die Tür 3 können eine Spülkammer 4 zum Spülen von Spülgut bilden. Der Aufnahmebereich 2 kann in dem Inneren eines Gehäuses des Haushaltsgeräts 1 angeordnet sein.
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Die Tür 3 ist in der 1 in ihrer geöffneten Stellung dargestellt. Durch ein Schwenken um eine an einem unteren Ende der Tür 3 vorgesehene Schwenkachse 5 kann die Tür 3 geschlossen oder geöffnet werden. Der Aufnahmebereich 2 weist eine Wandung 6 mit einem Boden 7, einer dem Boden 7 gegenüberliegend angeordneten Decke 8, einer der Tür 3 gegenüberliegend angeordneten Rückwand 9 und zwei einander gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden 10, 11 auf. Der Boden 7, die Decke 8, die Rückwand 9 und die Seitenwände 10, 11 können beispielsweise aus einem Edelstahlblech gefertigt sein. Alternativ kann beispielsweise der Boden 7 aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein.
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Das Haushaltsgerät 1 weist weiterhin zumindest eine Spülgutaufnahme 12 bis 14 auf. Insbesondere können mehrere Spülgutaufnahmen 12 bis 14 vorgesehen sein, wobei diese einen Unterkorb 12, einen Oberkorb 13 und/oder eine Besteckschublade 14 umfassen können. Die mehreren Spülgutaufnahmen 12 bis 14 sind vorzugsweise übereinander in dem Aufnahmebereich 2 angeordnet. Jede Spülgutaufnahme 12 bis 14 ist wahlweise in den Aufnahmebereich 2 hinein oder aus diesem heraus verlagerbar. Insbesondere ist jede Spülgutaufnahme 12 bis 14 in einer Einschubrichtung E (Pfeil) in den Aufnahmebereich 2 hineinschiebbar und entgegen der Einschubrichtung E (Pfeil) in einer Auszugsrichtung A (Pfeil) aus dem Aufnahmebereich 2 herausziehbar.
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In dem in der 1 beschriebenen Haushaltsgerät 1 können Metallbleche beispielsweise als Türen 3 oder andere Elemente eingesetzt werden. Diese Metallbleche müssen jedoch zum Teil zuvor einen Umform- und Verbindungsprozess durchlaufen.
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Die 2 zeigt ein System 20 zum Verbinden von Metallblechen 23, 44. Das System 20 ist hierbei als schematische Fertigungsstraße dargestellt. Andere Anordnungen sind ebenfalls möglich.
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Zunächst werden zwei Metallbleche 23, 24 in eine Sprüheinrichtung 21 befördert. In dieser Sprüheinrichtung 21 werden die zwei Metallbleche 23, 24 mit einem Schmierstoff besprüht, der als eine Schmieremulsion mit sulfonierten Esterverbindungen vorliegt. Das Sprühsystem 21 kann insbesondere eine piezoelektrische Sprüheinrichtung sein.
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Anschließend werden die beiden beschichteten Metallbleche 25, 26 in eine Verbindungseinrichtung 22 befördert. Diese Verbindungseinrichtung 22 kann als ein Stempel und eine Matrize vorliegen. Der Stempel und die Matrize sind beide mit einer Hartmetallbeschichtung versehen, die als Dreifachschicht aus Chrom, Wolfram und Carbon-Nitrid vorliegen kann.
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Besonders vorteilhaft weist die Dreifachschicht in der äußersten Schicht einen höheren Gehalt an Wolfram auf als die inneren Schichten. Durch diese Hartmetallbeschichtung und den verwendeten Schmierstoff, die aufeinander abgestimmt sind, können Kaltverschweißungen an den Stempelradien und an dem inneren Mantelbereich der Matrize verhindert oder zumindest vermindert werden. In der Verbindungseinrichtung 22 werden die zwei getrennt vorliegenden Metallbleche 25, 26 zu einem Metallblech 27 verbunden. Dies kann beispielsweise durch Durchsetzfügen, Nieten und/oder Clinchen erfolgen. Das entstandene kombinierte Metallblech 27 kann dann in einem Haushaltsgerät, wie es in der 1 dargestellt ist, verwendet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät; Geschirrspülmaschine
- 2
- Aufnahmebereich
- 3
- Tür
- 4
- Spülkammer
- 5
- Schwenkachse
- 6
- Wandung
- 7
- Boden
- 8
- Decke
- 9
- Rückwand
- 10
- Seitenwand
- 11
- Seitenwand
- 12
- Unterkorb
- 13
- Oberkorb
- 14
- Besteckschublade
- 20
- System
- 21
- Sprüheinrichtung
- 22
- Verbindungseinrichtung
- 23
- Metallblech
- 24
- Metallblech
- 25
- Metallblech mit Schmierstoff
- 26
- Metallblech mit Schmierstoff
- 27
- Verbundenes Metallblech
- A
- Auszugsrichtung (Pfeil)
- E
- Einschubrichtung (Pfeil)
