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Die Erfindung betrifft ein Warmumformwerkzeug zur Warmumformung eines Blechbauteils nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Warmumformung eines Blechbauteils gemäß Anspruch 11.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug eines Warmumformwerkzeuges zu kühlen. Als Kühlmittel kommt insbesondere Wasser in Betracht. Ein derart gekühltes Warmumformwerkzeug ist beispielsweise in der
DE 10 2009 058 657 A1 beschrieben.
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Nachteilig an einer Kühlung eines Warmumformwerkzeuges ist allerdings, dass in den dazu notwendigen Kühlkanälen Korrosion entsteht. Dabei tritt insbesondere Sauerstoffkorrosion auf. Dies bedeutet, dass das Material, in dem die Kühlkanäle gebildet sind, in Gegenwart von Wasser durch Sauerstoff oxidiert wird. Als Folge der Korrosion verschlechtert sich die Kühlwirkung. Ferner müssen die Kühlkanäle aufwendig gereinigt werden, was sich durch deren schwere Zugänglichkeit sehr schwierig gestaltet. Zur Reinigung müssen die Werkzeugelemente demontiert werden und aufwendig wieder zusammengebaut werden. Außerdem verschmutzt die Kühlflüssigkeit und muss in kurzen Zeitintervallen ausgewechselt werden.
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Um diese Nachteile zu verhindern ist es ferner bekannt, Wasserzusätze zur Korrosionsverringerung einzusetzen. Allerdings kann auch der Einsatz von diesen sogenannten „Korrosionshemmern“ die Korrosion nicht gänzlich verhindern, sodass die Kühlkanäle weiterhin in regelmäßigen Abständen aufwendig gereinigt werden müssen. Ferner hat der Einsatz von Wasserzusätzen den Nachteil, dass das mit diesen verunreinigte Kühlwasser beim Wechsel fachgerecht entsorgt werden muss.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Warmumformwerkzeug derart weiter zu verbessern, dass die durch die Kühlung verursachte Korrosion vermieden wird. Ferner befasst sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, ein Verfahren zur Warmumformung derart weiterzubilden, dass Korrosion des Warmumformwerkzeuges unterbunden wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Warmumformwerkzeug zur Warmumformung eines Blechbauteils vorgeschlagen, das ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug umfasst. Das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug weisen mindestens einen Kühlkanal zum Leiten eines Kühlfluides auf. Dabei weist das Warmumformwerkzeug ein Korrosionsschutzelement zum Vermeiden von Korrosion des mindestens einen Kühlkanals auf.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Warmumformwerkzeug um ein wassergekühltes Werkzeug, sodass es sich bei dem Kühlfluid um Wasser handelt. Vorteilhafterweise ist das Warmumformwerkzeug zum Warmschneiden eines Blechbauteils, insbesondere im Anschluss an das Warmumformen, geeignet.
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Unter dem Begriff „Warmumformung“ werden jegliche Umformschritte bezeichnet, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur des zu formenden Blechbauteils stattfinden. Dabei werden das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug des Warmumformwerkzeuges insbesondere aufeinandergepresst, während das Blechbauteil sich zwischen diesen befindet, sodass dadurch eine neue, gewünschte Formgebung des Blechbauteiles erreicht wird. Das Ober- oder Unterwerkzeug umfasst insbesondere einen Formstempel und ferner bevorzugt einen Blechhalter, der das zu formende Blechbauteil in einer Position zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug hält, während das jeweils andere Werkzeug eine Matrize, als Gegenstück zum Formstempel, und einen Niederhalter umfasst.
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Das zu verarbeitende Blechbauteil weist insbesondere Metall auf. Insbesondere umfasst das Blechbauteil Stahl, ferner bevorzugt umfassend Bor und/oder Mangan. Vor allem umfasst das Blechbauteil Manganborstahl. Vorteilhafterweise handelt es sich um den Werkstoff 22MnB5. Insbesondere besteht das Blechbauteil aus den vorgenannten Werkstoffen. Ferner bevorzugt weist das Blechbauteil eine Zugfestigkeit von 1.300 MPa bis 1.650 MPa auf. Vorteilhafterweise beträgt die Härte 400 HV 10 bis 520 HV 10. Insbesondere handelt es sich bei dem Blechbauteil um ein Karosseriebauteil eines Fahrzeuges. Das Warmumformwerkzeug ist insbesondere dazu geeignet, ein vorstehend beschriebenes Blechbauteil zu formen.
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Vor allem weist sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug des Warmumformzeuges jeweils mindestens einen Kühlkanal zum Leiten eines Kühlfluides auf. So wird sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug gekühlt. Der mindestens eine Kühlkanal wird insbesondere in das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug gefräst oder gebohrt. Ferner kann es sich um generativ gefertigte Werkzeuge handeln, bei denen der mindestens eine Kühlkanal über selektives Laserschmelzen oder Kaltgasspritzen eingebracht ist. Insbesondere umfasst das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug mehrere Kühlkanalabschnitte, die ineinander übergehen, sodass ein durchgängiger Durchfluss der Kühlflüssigkeit von einem Eingang zu einem Ausgang durch den Kühlkanal gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß umfasst das Warmumformwerkzeug ein Korrosionsschutzelement, das zur Vermeidung von Korrosion des mindestens einen Kühlkanals ausgebildet ist. Insbesondere wird der den Kühlkanal formende Teil des Warmumformwerkzeugs vor Korrosion geschützt.
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Vor allem weist der den Kühlkanal formende Teil des Warmumformwerkzeuges ein erstes Material auf, während das Korrosionsschutzelement ein zweites Material aufweist. Dabei weist das zweite Material des Korrosionsschutzelementes in der elektrochemischen Spannungsreihe ein niedrigeres Standardpotential auf als das erste Material des den Kühlkanal formenden Teils des Warmumformwerkzeuges. Dies führt zu einem kathodischen Korrosionsschutz mittels des Korrosionsschutzelementes. Dadurch, dass das Korrosionsschutzelement in der Spannungsreihe negativer ist als das zu schützende Material des Warmumformwerkzeuges, entsteht ein Primärelement, bei dem das zu schützende Material als Kathode und das unedlere Material als Anode fungiert. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Material und/oder dem zweiten Material um ein Metall. Das zu schützende Material des Warmumformwerkzeuges ist mit dem Korrosionsschutzelement durch das Kühlfluid leitend verbunden. Es fließt ein Strom in Richtung des zu schützenden Materials. Statt dem zu schützenden Material gibt das unedlere Material des Korrosionsschutzelementes seine Elektronen an den Sauerstoff ab, wird oxidiert und geht in Lösung. Die Kühlflüssigkeit, insbesondere das Wasser, ist in diesem Lokalelement der Elektrolyt, der den Transport der geladenen Teilchen ermöglicht und so den Stromkreis schließt.
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Durch den Einsatz des Korrosionsschutzelementes korrodiert der Kühlkanal nicht mehr. In Folge müssen die Werkzeuge nicht mehr aufwendig auseinander und zusammen gebaut werden um den Kühlkanal zu reinigen. Es ergeben sich erhebliche Einsparungen durch konstante, kurze Zuhaltezeiten, da die Kühlwirkung durch eine sich sonst bildende Korrosionsschicht nicht verringert wird. Ferner werden die Wartungskosten reduziert, da längere Wartungsintervalle angesetzt werden können, und eine Erhöhung der Standzeit der Werkzeuge wird erreicht.
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Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material des Korrosionsschutzelementes um Magnesium, während das erste Material des Warmumformwerkzeuges insbesondere Eisen umfasst. Vor allem handelt es sich bei dem Material des Warmumformwerkzeuges um einen Warmarbeitsstahl.
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Vor allem handelt es sich bei dem Korrosionsschutzelement um eine Opferanode. Dies bedeutet, dass das Material des Korrosionsschutzelementes mit der Zeit durch die Oxidation verbraucht wird, sodass die Opferanode nach einer bestimmten Zeit erneuert werden muss, damit der Korrosionsschutz erhalten bleibt. Alternativ kann es sich bei dem Korrosionsschutzelement um eine Fremdstromanode handeln. Bei dem Einsatz einer Fremdstromanode wird eine dem Elektrodenpotential entgegengesetzt gepolte elektrische Spannung zwischen dem zu schützenden Material des Warmumformwerkzeuges und des Korrosionsschutzelementes angelegt, durch die der korrosive Materialabtrag des Korrosionsschutzelementes unterbunden werden kann. Im Gegensatz zu einer Opferanode findet dadurch kein Materialabtrag statt, sodass die Fremdstromanode nicht erneuert werden muss.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Korrosionsschutzelement um eine Stabanode. Das Korrosionsschutzelement ist daher insbesondere stabförmig ausgebildet. In anderen Worten ist das Korrosionsschutzelement insbesondere als durchgängiger zylinderförmiger Körper ausgebildet.
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Ferner bevorzugt ist das Korrosionsschutzelement in dem Warmumformwerkzeug integriert ausgebildet. In anderen Worten ist das Korrosionsschutzelement innerhalb des Warmumformwerkzeuges angeordnet. Dafür weist das Warmumformwerkzeug vor allem eine, bevorzugterweise zylinderförmige, Ausnehmung auf, in die das Korrosionsschutzelement eingebracht ist. Die Ausnehmung kann gebohrt oder gefräst sein. Um die elektrische Verbindung mit dem Kühlkanal bzw. mit dem den Kühlkanal formenden Teil des Warmumformwerkzeuges herzustellen, ist die Ausnehmung derart angeordnet, dass das Kühlfluid neben dem Kühlkanal auch in direktem Kontakt mit dem Korrosionsschutzelement ist. Dafür kann das Warmumformwerkzeug einen Verbindungskanal zwischen Ausnehmung und Kühlkanal aufweisen. Vor allem wird der Teil des Warmumformwerkzeuges, der die Ausnehmung bildet, vor Korrosion geschützt.
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Insbesondere umfasst das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug des Warmumformwerkzeuges eine Formbacke. Die Formbacke dient zum Formen des Blechbauteils. Insbesondere ist das Korrosionsschutzelement in der Formbacke integriert ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das Korrosionsschutzelement innerhalb der Formbacke angeordnet. Vor allem ist der mindestens eine Kühlkanal des Warmumformwerkzeuges in der Formbacke des Oberwerkzeuges und/oder des Unterwerkzeuges ausgebildet. Die Formbacke bildet somit den zu schützenden Teil des Warmumformwerkzeuges. Die Formbacke kann eine Ausnehmung zur Aufnahme des Korrosionsschutzelementes aufweisen, in dem bevorzugterweise das Korrosionsschutzelement angeordnet ist. Das Korrosionsschutzelement kann ebenfalls in einem Abschnitt des Kühlkanales, insbesondere einem geradlinig abgebildeten Abschnitt, angeordnet sein.
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Das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug kann eine Grundplatte umfassen, wobei das Korrosionsschutzelement insbesondere in der Grundplatte integriert ausgebildet sein kann. Dafür weist die Grundplatte eine Ausnehmung auf, in der das Korrosionsschutzelement angeordnet ist.
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Ferner kann das Warmumformwerkzeug einen Verteilerblock aufweisen, wobei das Korrosionsschutzelement in dem Verteilerblock angeordnet ist. Dabei ist das Korrosionsschutzelement vorteilhafterweise in einer Ausnehmung des Verteilerblocks angeordnet. Insbesondere ist der Verteilerblock im Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug integriert. Insbesondere weist sowohl das Oberwerkzeug als auch das Unterwerkzeug jeweils einen eigenen Verteilerblock auf, der in leitender Verbindung mit der Kühlflüssigkeit steht. Dabei weist der Verteilerblock verschiedene Ein- und Ausgänge von Kühlflüssigkeit auf, die variabel nutzbar sind. Der Verteilerblock wird insbesondere in Reihe zu den einzelnen Kühlkreisläufen geschaltet.
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Ferner kann das Warmumformwerkzeug mehrere Oberwerkzeuge und Unterwerkzeuge aufweisen, wobei der Verteilerblock dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid durch die Kühlkanäle der verschiedenen Oberwerkzeuge und Unterwerkzeuge zu verteilen. Vorteilhafterweise kann das Ober- und/oder Unterwerkzeug mehrere Formbacken aufweisen, wobei der Verteilerblock dazu ausgebildet ist das Kühlfluid durch die Kühlkanäle der Formbacken zu leiten. Durch Vorsehen des Verteilerblocks ist es nicht notwendig, dass die Formbacken ein eigenes Korrosionsschutzelement aufweisen.
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Vorteilhafterweise weist das Warmumformwerkzeug mehr als ein Korrosionsschutzelement auf, das jeweils in einer eigenen Ausnehmung eingebracht sind. Dabei weist vor allem die Matrize und/oder der Niederhalter und/oder der Formstempel und/oder der Blechhalter jeweils mindestens ein Korrosionsschutzelement, insbesondere zwei, Korrosionsschutzelemente, auf, sodass das Warmumformwerkzeug bevorzugterweise acht Korrosionsschutzelemente umfassen kann.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Warmumformung eines Blechbauteils mittels eines Warmumformwerkzeuges zur Warmumformung umfassend ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug, wobei das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug mindestens einen Kühlkanal zum Leiten eines Kühlfluides aufweist, und wobei das Verfahren das Verwenden eines Korrosionsschutzelementes zum Vermeiden von Korrosion des mindestens einen Kühlkanals umfasst. Das Korrosionsschutzelement ist insbesondere wie oben dargestellt ausgebildet. Ferner bevorzugt wird zur Warmumformung ein Warmumformwerkzeug verwendet, wie es oben beschrieben ist. Neben dem Schritt des Verwendens eines Korrosionsschutzelementes umfasst das Verfahren zur Warmumformung eines Blechbauteils insbesondere den Schritt des Erwärmens des Blechbauteils auf eine Temperatur von mindestens 900 °C, insbesondere 930 °C bis 950 °C. Ferner umfasst das Verfahren zur Warmumformung einen Schritt des Einbringens des Blechbauteils zwischen das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug des Warmumformwerkzeuges. Hierfür wird insbesondere ein Blechhalter verwendet, der dazu geeignet ist, das zuvor erwärmte Blechbauteil zu halten. In einem nächsten Schritt umfasst das Verfahren bevorzugterweise das Pressen des Blechbauteils in die gewünschte Form. Dazu werden das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug, zwischen denen das Blechbauteil eingebracht ist, aneinander gepresst, bis das Blechbauteil die gewünschte Form aufweist. Hierzu weisen die Formbacken des Oberwerkzeuges und des Unterwerkzeuges eine entsprechende Formgebung auf, die zu der gewünschten Form des Blechbauteiles führt. In einem weiteren bevorzugten Schritt wird das Blechbauteil abgekühlt. Das Abkühlen des Blechbauteiles zeichnet sich insbesondere durch eine schnelle Abschrecktemperaturrate aus. Insbesondere erfolgt das Abkühlen mit einer Rate von mindestens 10 K/s, insbesondere mindestens 20 K/s, ferner bevorzugt mindestens 27 K/s. Das Kühlen kann zumindest überwiegend in einem Kühlwerkzeug des Warmumformwerkzeuges erfolgen. Dazu wird das Blechbauteil nach dem Warmumformen in das Kühlwerkzeug eingebracht. Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Warmschneidens umfassen, in dem das Warmumformwerkzeug das zuvor warmumgeformte Blechbauteil warmschneidet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen schematisch:
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1 eine Draufsicht auf eine Formbacke eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges;
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2 eine weitere Draufsicht auf eine Formbacke eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges nach 1;
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3 eine Draufsicht auf eine Grundplatte eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges; und
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4 eine Draufsicht auf einen Verteilerblock eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges.
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Dabei sind die Figuren halb transparent ausgestaltet, sodass auch ein Einblick in sonst vorborgende innen liegende Bereiche ermöglicht wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt die Formbacke (20) eines Oberwerkzeuges (10) eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges (100).
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Die Formbacke (20) weist einen Kühlkanal (11) auf. Der Kühlkanal (11) besteht aus mehreren Kühlkanalabschnitten, die jeweils ineinander übergehen. So bildet der Kühlkanal (11) einen durchgängigen Kanal zum Durchführen eines Kühlfluides, insbesondere Wasser. In der Formbacke (20) weist der Kühlkanal (11) einen Eingang (11a) und einen Ausgang (11b) auf. Das Kühlfluid fließt durch den Eingang (11a) in den Kühlkanal (11), fließt durch die Windungen des Kühlkanals (11) und verlässt die Formbacke (20) wieder am Ausgang (11b).
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Ferner weist die Formbacke eine zylinderförmige Ausnehmung (23) auf, in der ein Korrosionsschutzelement (13) angeordnet ist. Bei dem Korrosionsschutzelement (13) handelt es sich um eine Opferanode (18). Die Opferanode (18) ist in Form einer Stabanode (17) gebildet. Das Korrosionsschutzelement (13) besteht aus einem zweiten Material (16), bei dem es sich um Magnesium handelt. Im Gegensatz hierzu besteht die Formbacke (20), in die der Kühlkanal (11) eingebracht ist, aus einem ersten Material (15), bei dem es sich um Eisen, insbesondere einen Warmarbeitsstahl, handelt.
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Durch das entstehende Elektrodenpotential wird das zu schützende erste Material (15) des den Kühlkanal bildenden Teils (14) des Warmumformwerkzeuges (100), hier der Formbacke (20), nicht korrodiert. Um die Formbacke (20) beziehungsweise den den Kühlkanal formenden Teil (14) des Warmumformwerkzeuges (100) vor Korrosion zu schützen, ist das Korrosionsschutzelement (13) in leitender Verbindung mit dem mindestens einen Kühlkanal (11) mittels des Kühlfluides ausgebildet. Dazu ist der Kühlkanal (11) über einen Verbindungskanal (12) mit der Ausnehmung (23) verbunden, in der das Korrosionsschutzelement (13) angeordnet ist, sodass das Kühlfluid auch in die Ausnehmung (23) fließt.
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2 zeigt eine weitere Draufsicht auf die Formbacke (20) des Oberwerkzeuges (10) des Warmumformwerkzeuges (100) nach 1. Der Ansicht der 2 kann insbesondere der Verbindungskanal (12) zwischen dem Kühlkanal (11) und der Ausnehmung (23) entnommen werden.
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In 3 ist eine Draufsicht auf eine Grundplatte (21) eines Oberwerkzeuges (10) eines erfindungsgemäßen Warmumformwerkzeuges (100) gezeigt. Innerhalb der Grundplatte (21) ist eine Ausnehmung (23) vorgesehen, in der ein Korrosionsschutzelement (13) eingebracht ist. 3 zeigt in der linken Bildhälfte eine Draufsicht auf die gesamte Grundplatte (21), während in der rechten Bildhälfte eine Detailansicht des Bereichs der Grundplatte (21) gezeigt wird, in der das Korrosionsschutzelement (13) angeordnet ist.
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Bei dem Korrosionsschutzelement (13) handelt es sich um eine Stabanode (17), insbesondere um eine Fremdstromanode (19). Das Korrosionsschutzelement (13) ist in leitender Verbindung mit dem Kühlkanal (11) der entsprechenden Formbacke (20) des Oberwerkzeuges (10) ausgebildet. Hierzu ist ein Verbindungskanal (12) in der Grundplatte (21) vorhanden, der die Ausnehmung (23) mittels des Kühlfluides mit dem Kühlkanal (11) verbindet. Dieser Verbindungskanal (12) ist insbesondere in der vergrößerten Darstellung in der rechten Bildhälfte der 3 zu sehen.
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In 4 ist eine Draufsicht auf einen Verteilerblock (22) gezeigt, der in dem Oberwerkzeug (10) eines Warmumformwerkzeuges (100) angeordnet ist. Der Verteilerblock (22) weist mehrere Eingänge (22a) und mehrere Ausgänge (22b) auf. Insbesondere weist der Verteilerblock (22) eine gleiche Anzahl von Eingängen (22a) und Ausgängen (22b) auf. Ferner umfasst der Verteilerblock zwei Ausnehmungen (23a, 23b), in denen jeweils ein Korrosionsschutzelement (13a, 13b) angeordnet ist. Die Korrosionsschutzelemente (13a, 13b) sind derart angeordnet, dass sie in direktem Kontakt mit dem Kühlfluid stehen, das durch den Verteilerblock (22) fließt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Warmumformwerkzeug
- 10
- Oberwerkzeug
- 11
- Kühlkanal
- 11a
- Eingang des Kühlkanals
- 11b
- Ausgang des Kühlkanals
- 12
- Verbindungskanal
- 13, 13a, 13b
- Korrosionsschutzelement
- 14
- ein den Kühlkanal formender Teil des Warmumformwerkzeug
- 15
- erstes Material
- 16
- zweites Material
- 17
- Stabanode
- 18
- Opferanode
- 19
- Fremdstromanode
- 20
- Formbacke
- 21
- Grundplatte
- 22
- Verteilerblock
- 22a
- Eingänge
- 22b
- Ausgänge
- 23, 23a, 23b
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058657 A1 [0002]
