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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen in einem Stanzschritt von mindestens 2 übereinander angeordneten, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügten Metallblechen in einem Stanzprozess mittels Stempel und Matrize sowie ein gestanztes Halbzeug aus mindestens 2 übereinander angeordneten Metallblechen die zumindest punktuell stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügt sind.
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Die Stanztechnik ist bekannt und wird vorwiegend zum Lochen aber auch zur Herstellung von Halbzeugen oder Werkstücken aus Blechstreifen, Metallbändern, Platten oder Bahnen eingesetzt.
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So ist ein Verfahren zum Lochen einer Sandwichplatte beispielsweise aus der
DE 10047496A1 bekannt. Ferner wird in der
DE 10643076A1 eine Vorrichtung zum Stanzen und Fügen von mindestens 2 aus Blechen gewonnener Blechteile in einem Arbeitsschritt beschrieben. Hierzu werden genau auf die entsprechenden Produkte abgestimmten Vorrichtungen mit relativ kompliziertem Aufbau eingesetzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches Stanzverfahren zur Verfügung zu stellen, welches das Stanzen von mindestens 2 übereinander angeordneten Metallblechen ermöglicht. Weitere Aufgabe war es ein gestanztes Halbzeug aus mindestens 2 übereinander angeordneten Metallblechen zur Verfügung zu stellen, wobei die Stanzkanten ein Eigenschaftsprofil aufweisen welches qualitativ mindestens gleich oder besser dem einzeln gestanzter Bleche ist. Insbesondere soll das Halbzeug komplizierte Umrisse aufweisen können.
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Des Weiteren sollte die Möglichkeit geschaffen werden, solche Halbzeuge mit den vorhandenen Werkzeugen herzustellen, um aufwändige Änderungen der Prozessschritte im Herstellungsverfahren und in Folgeverwendungen zu vermeiden oder zu minimieren.
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Gelöst werden die Aufgaben durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Stanzen von mindestens 2 übereinander angeordneten, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügten Metallblechen in einem Stanzschritt, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ausgangsmaterial zur Verfügung gestellt wird, bei welchem die Bleche zumindest punktuell stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügt sind und
ein Stanzen der mindestens 2 übereinander angeordneten Metallbleche in einem Stanzschritt mittels Stempel und Matrize erfolgt, insbesondere in der Form, dass nur ein Metallblech Kontakt mit dem Stempel hat und die mindestens eine weiteres Metallblech mittels der stempelseitigen Platine gestanzt wird.
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Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren werden mindestens 2 übereinander angeordnete Bleche eingesetzt, die zumindest punktuell stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügt sind.
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Wesentliches Merkmal des Ausgangsmaterials und insbesondere der stoff- und/oder formschlüssigen Verfügung ist, dass die Bleche nicht gegeneinander verschiebbar sind. Die Verfügung ist so ausgelegt, dass eine Verschiebung aufgrund der während des gesamten Stanzvorgangs auftretenden Kräfte nicht oder nur unwesentlich auftritt, bzw. auszuschließen ist.
Die zumindest 2 übereinander angeordneten Bleche sind stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügt durch ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Kleben, Schweißen, Löten und Clinchen. Die jeweilige Verfügung ist zumindest punktuell, kann aber auch lokal, also flächig ausgelegt sein.
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In einer Alternative sind die Bleche des Ausgangsmaterials bevorzugt am Rand, also Blechrand, zueinander nicht oder unwesentlich verschiebbar miteinander verfügt. Unwesentlich verschiebbar bedeutet im Sinne der Erfindung, dass eine gegebenfalls auftretende Verschiebung so gering ist, dass sie keinen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren hat. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in dieser Alternative zwei voneinander getrennte, gestanzte Bleche hergestellt.
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In einer weiteren Alternative sind die zumindest zwei Bleche des Ausgangsmaterials zumindest im Bereich der Stanzlinie oder in einem Bereich innerhalb der Stanzlinie zumindest punktuell oder lokal stoffschlüssig miteinander verbunden. In dieser Alternative weist das hergestellte Halbzeug dieselbe Anzahl übereinander angeordneter Bleche auf, wie das Ausgangsmaterial.
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Die Stanzlinie ist jene (gedachte) Linie, an welcher das Stanzen, also das Trennen eines Blechbereichs erfolgt. Die Stanzlinie ist während des Stanzens innerhalb des Stanzspaltes, bevorzugt in dessen Mitte, angeordnet. Die Stanzlinie definiert und entspricht im Wesentlichen dem späteren Umriss des Halbzeugs. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass die Fläche bzw. eine Oberfläche des Halbzeugs in Form und Größe, also die Fläche innerhalb des Umrisses, zu mindestens 90 %, bevorzugt 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, besonders bevorzugt 96 %, 97 %, 98 %, 99 %, insbesondere 99,5 %, 100 % mit der Fläche innerhalb der Stanzlinie übereinstimmt.
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Das Stanzen erfolgt erfindungsgemäß mittels Stempel und Matrize, wobei der Stanzspalt durch den Abstand zwischen eingetauchtem Stempel und Matrizenwand definiert ist. Eine stoffschlüssige Verbindung im Bereich der Stanzlinie im Sinne der Erfindung ist durch einen Bereich von 1 mm, 2 mm, 5 mm, bevorzugt 10 mm auf beiden Seiten der Stanzlinie definiert, wobei der Bereich ausgehend von der Stanzlinie symmetrisch ist, in einer Alternative asymmetrisch ist.
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Eine weitere Alternative betrifft ein Ausgangsmaterial aus mindestens 2 übereinander geordneten Blechen, wobei die mindestens 2 Bleche mindestens über den gesamten Bereich innerhalb der Stanzlinie stoffschlüssig miteinander verfügt sind. Gegebenenfalls weist das Ausgangsmaterial zusätzlich einen wie oben beschriebenen Bereich außerhalb des auszustanzenden Bereichs, also auf der anderen Seite der Stanzlinie auf.
Die mindestens zwei Bleche des Ausgangsmaterials sind in einer Ausführung mittels einer Kunststoffschicht miteinander stoffschlüssig verfügt, wie in einer oben beschriebenen Alternative.
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In einer weiteren Ausführung wird Ausgangsmaterial mit einer Kunststoffschicht mit einer Dicke von mindestens 2 µm, bevorzugt mindestens 3 µm, besonders bevorzugt mindestens 4 µm, insbesondere mindestens 4,5 µm, mindestens 5 µm und von maximal 50 µm, bevorzugt maximal 20 µm, besonders bevorzugt maximal 10 µm, 8 µm, insbesondere maximal 7,5 µm eingesetzt.
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In einer weiteren Ausführung sind die beiden Bleche wie oben beschrieben mittels einer Kunststoffschicht miteinander stoffschlüssig verfügt. Dabei werden die Kunststoffe ausgewählt aus Duroplasten, Elastomeren und/oder Thermoplasten. In einer Alternative werden als Kunststoffschicht viskoelastische Polymere verwendet. In einer weiteren Alternative sind die Bleche nicht miteinander verschweißt.
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Das erfindungsgemäße Stanzen basiert im Wesentlichen auf folgenden Schritten oder besteht daraus:
- - Einbringen von 2 übereinander angeordneten, stoff- und/oder formschlüssig miteinander verfügten Metallblechen zwischen Stempel (Schneidewerkzeug) und Matrize;
- - Aufsetzen des Stempels auf das oben angeordnete Blech um Druck darauf ausüben;
- - dadurch erfolgt eine Verformung des oberen Blechs und gegebenenfalls der darunter angeordneten Bleche;
- - Eindringen des Stempels in das obere Blech und dadurch Anschneiden des oberen Blechs;
- - Durchbrechen der Bleche, also auch des mindestens eines darunter angeordneten Blechs, welches nicht in direktem Kontakt zum Stempel ist;
- - gegebenenfalls erfolgt zusätzlich und zeitgleich mit dem Anschneiden des oberen Blechs auch, ein im Vergleich dazu geringeres Anschneiden des unteren Bleches von der unteren Seite durch die Matrizenwand.
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Dadurch wird eine Stanzkante gebildet die einen Schnitt- und einen Bruchanteil aufweist. Der Bruchanteil ist dadurch gekennzeichnet, dass hier die Trennung der Blechteile i.d.R. an der Korngrenze erfolgt, während im Schnittanteil auch Körner des Metallgefüges geschnitten und dadurch beschädigt werden und plastische Verformungen eingebracht werden.
In einer Ausführung werden Elektrobleche verwendet, und durch die oben beschriebene Ausführung der Stanzkante vergleichbare oder verbessere elektromagnetische Eigenschaften erreicht.
Mithin werden auch die Begriffe oben und unten definiert: oben bedeutet stempelseitig und unten matrizenseitig.
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In einer Ausführung weist jedes der übereinander angeordneten Bleche eine Dicke von jeweils mindestens oder jeweils im Wesentlichen genau 0,05 mm, bevorzugt 0,1 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm, 0,25 mm, 0,27 mm, insbesondere 0,3 mm, 0,32 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm auf und maximal 1,5 mm, bevorzugt 1 mm, besonders bevorzugt 0,75 mm, insbesondere 0,65 mm auf.
Im Sinne der Erfindung bedeutet „im Wesentlichen“, eine Abweichung von einem bestimmten Wert von jeweils maximal 50%, 40%, 30%, bevorzugt 25%, 20%, 15%, besonders bevorzugt 14%, 13%, 12%, 11%, insbesondere 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%.
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Das erfindungsgemäß einzusetzende Ausgangsmaterial weist zwei oder mehrere Bleche gleicher Dicke oder unterschiedlicher Dicke auf.
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Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren bei welchem die Stanzkanten der mindestens 2 Bleche aufgrund des Stanzens in einem Stanzhub ein unterschiedliches Verhältniss des Schnitt-zu Bruchanteils aufweisen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Schnitt- zu Bruchanteil in der jeweiligen Stanzkante im oberen Blech größer als im unteren Blech.
Bevorzugt weist das untere Blech ein Bruchanteil von mindestens 30%, 40%, 50 %, 52 %, 54 %, 56 %, 58 %, bevorzugt besonders bevorzugt 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, insbesondere 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 % oder mehr auf. Das Verhältnis von Schnitt- zu Bruchanteil wird dadurch bestimmt, dass an der Stanzkante die Höhe des Schnittbereichs und die Höhe des Bruchbereichs auf Basis der Kornbeschädigung zum Beispiel mittels Mikroskop bestimmt wird und zueinander ins Verhältnis gesetzt wird.
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In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das mehrlagige Ausgangsmaterial auf mindestens einer Außenseite, bevorzugt auf beiden Außenseiten (als Außenseite wird die von der Verfügung abgewandte Seite bezeichnet) eine Isolationsschicht auf, die eine elektrische Isolation bewirkt. Die Isolationsschicht ist in einer Alternative aus einem organischen Polymer, bevorzugt aus einem thermisch, chemisch oder strahlungs aktivierbaren Klebstoff. In einer weiteren Alternative weist jede Blechseite jeweils eine Isolationsschicht auf.
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In einer Alternative weist das Ausgangsmaterial genau 2 übereinander angeordnete Bleche auf.
In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung werden als Bleche Elektrobleche, also sogenannte Elektrobänder eingesetzt. In einer Alternative werden nicht-kornorientierte Elektrobänder eingesetzt.
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Die Erfindung betrifft ein gestanztes Halbzeug hergestellt in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Halbzeug aus mindestens 2 übereinander angeordneten Metallblechen dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bleche zumindest am Rand stoffschlüssig miteinander verfügt sind. Die Verfügung der Bleche liegt erfindungsgemäß schon vor dem Stanzen vor.
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Ein gestanztes Halbzeug im Sinne der Erfindung ist ein Halbzeug welches unmittelbar ohne weiteren Arbeitsschritt aus einem Stanzprozess hervorgeht. Als Stanzen wird ein Trennverfahren, insbesondere Scherschneiden bezeichnet, welches mittels Stempel und Matrize durchgeführt wird, gegebenenfalls sind weitere Hilfsmittel wie zum Beispiel Halter, Abstreifer etc. einzusetzen, die jedoch nicht unmittelbar in den Trennvorgang des Blechs eingreifen.
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Wesentlich für die erfindungsgemäßen, gestanzten Halbzeuge ist, dass diese einen komplizierten Umriss aufweisen, wie oben beschrieben und/oder eine Fläche wie oben beschrieben.
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In dem gestanzten Halbzeug sind die mindestens 2 übereinander angeordneten Bleche im Bereich des gestanzten Randes stoffschlüssig miteinander verfügt. In einer Alternative beträgt die Verfügung auf der einander zugewandten Seite der Bleche ausgehend vom Stanzrand mindestens 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, bevorzugt 10 mm, 20 mm oder mehr. In einer Alternative sind die mindestens 2 Bleche innerhalb des Umrisses zusätzlich punktuell oder lokal, also flächig miteinander verfügt.
In einer Ausführung weist jedes der übereinander angeordneten Bleche eine Dicke von jeweils mindestens oder jeweils im Wesentlichen genau 0,05 mm, bevorzugt 0,1 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm, 0,25 mm, 0,27 mm, insbesondere 0,3 mm, 0,32 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm auf und maximal 1,5 mm, bevorzugt 1 mm, besonders bevorzugt 0,75 mm, insbesondere 0,65 mm auf.
In einer Alternative weist das Halbzeug übereinander angeordnete Bleche unterschiedlicher Dicke auf, in einerweiteren Alternative weisen mindestens 2 Bleche dieselbe Dicke auf.
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In einer weiteren Ausführung sind die beiden Bleche wie oben beschrieben mittels einer Kunststoffschicht miteinander stoffschlüssig verfügt. Dabei werden die Kunststoffe ausgewählt aus Duroplasten, Elastomeren und/oder Thermoplasten. In einer Alternative werden als Kunststoffschicht viskoelastische Polymere verwendet. In einer weiteren Alternative sind die Bleche nicht miteinander verschweißt.
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Eine weitere Ausführung betrifft die Halbzeuge mit einer Kunststoffschicht von einer Dicke von mindestens 2 µm, bevorzugt mindestens 3 µm, besonders bevorzugt mindestens 4 µm, insbesondere mindestens 4,5 µm und von maximal 50 µm, bevorzugt maximal 20 µm, besonders bevorzugt maximal 10 µm, 8 µm, insbesondere maximal 7,5 µm.
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Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Halbzeug aus mindestens 2 übereinander angeordneten Blechen, wobei die Stanzkanten der mindestens 2 Bleche unterschiedliches Verhältnisse des Schnitt- zu Bruchanteils aufweisen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Schnitt- zu Bruchanteil in der jeweiligen Stanzkante im oberen Blech größer als im unteren Blech.
Bevorzugt weist das untere Blech ein Bruchanteil von mindestens 30%, 40%, 50 %, 52 %, 54 %, 56 %, 58 %, bevorzugt besonders bevorzugt 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, insbesondere 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 % oder mehr auf. Das Verhältnis von Schnitt- zu Bruchanteil wird dadurch bestimmt, dass an der Stanzkante die Höhe des Schnittbereich und die Höhe des Bruchbereichs auf Basis der Kornbeschädigung zum Beispiel mittels Mikroskop bestimmt wird und zueinander ins Verhältnis gesetzt wird.
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In einer Alternative weist das Halbzeug genau 2 übereinander angeordnete und miteinander stoffschlüssig verfügte Bleche auf.
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In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist als Blech in dem Halbzeug Elektroblech, also sogenanntes Elektroband. In einer Alternative handelt es sich um nicht-kornorientierte Elektrobänder.
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Das erfindungsgemäße Halbzeug und das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbzeug weisen in einer Alternative einseitig oder beidseitig eine Isolationsschicht auf.
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In einer Ausführung des Verfahrens wird für das mehrlagige Ausgangsmaterial enthaltend mindestens zwei Bleche, dasselbe Stanzwerkzeug verwendet wie für ein einlagiges, monolithisches, einzelnes Blech mit einer Dicke, die gleich der Dicke eines der Bleche des mehrlagigen Ausgangsmaterials ist. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren mit schon vorhandenen Werkzeugen ohne, oder nur mit geringfügigen Änderungen ausgeführt werden und nahtlos in eine bestehende Prozessfolge integriert werden.
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Durch das vorliegende Verfahren können mit derselben Anzahl von Stanzschritten mindestens doppelt so viele gestanzte Metallbleche hergestellt werden im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren. Dies führt zu einer weitaus effektiveren Nutzung der Werkzeuge, da sich der Schnittbereich bzw. Schnittanteil im Vergleich zum Stanzen einzelner Blechen nicht oder nur gering verändert. Außerdem wird die Anzahl der Stanzschritte sowie die Anzahl der manuellen Schritte bei nachgelagerten Prozessschritten wie z.B. Lamellenhandling oder -bearbeitung, Reinigung, Beschichtung, Paketierung verringert.
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Das erfindungsgemäße Halbzeug und das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbzeug kann übereinander zu Stapeln angeordnet werden und miteinander verfügt werden. Hierzu werden die dem Fachmann bekannten Fügeverfahren eingesetzt, wie zum Beispiel Kleben, Schweißen oder Stanzpakettieren. Insbesondere für die Verwendung der Stapel als Rotor oder Stator von Elektromotoren oder in einem Generator wird Stanzpakettieren eingesetzt. Auch hier bieten die mehrlagigen erfindungsgemäßen Halbzeuge Vorteile gegenüber den einlagigen. Auch beim Stanzpakettieren wird die Anzahl der Prozessschritte entsprechend der Anzahl der Lagen des Halbzeugs reduziert. Somit ergeben sich ebenfalls positive Effekte bezüglich der Nutzung der Werkzeuge. Das erfindungsgemäße Halbzeug und das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbzeug in welchem die mindestens zwei Metallbleche Elektrobänder sind, wird im Stapel bzw. Paket in Elektromotoren und/oder Generatoren eingesetzt.
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Im Sinne der Erfindung können auch Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungen und Alternativen eingesetzt werden.
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Beispiel
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Für das Beispiel wurden einzelne Bleche mit einer Dicke von 0,3 mm als Vergleich gestanzt. Außerdem wurden Bleche, die über eine Kunststoffschicht stoffschlüssig miteinander verfügt waren, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit denselben Werkzeugen wie die einzelnen Bleche gestanzt. Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren wies Bleche mit einer Dicke von ebenfalls 0,3 mm auf und einer Kunststoffschicht von 6 µm. Die gestanzten Halbzeuge wurden jeweils übereinandergelegt und mikroskopisch untersucht. Das Ergebnis ist in 1 dargestellt.
Ein Stapel einzeln gestanzter Bleche ist auf der linken Seite sehen. Zwei nach dem Stanzen übereinander angeordnete Bleche sind mit Klammern auf der linken Seite markiert. Auf der rechten Seite sind übereinandergestapelte erfindungsgemäße Halbzeuge dargestellt. Eines davon ist auf der rechten Seite mit einer Klammer markiert.
Die hellen Bereiche zeigen den Schnittbereich, bzw. Schnittanteil, die dunklen Bereiche den Bruchbereich, bzw. Bruchanteil. Deutlich erkennbar ist, dass der Bruchanteil auf der rechten Seite, dem erfindungsgemäß hergestellten Halbzeug im unteren Blech deutlich größer als im oberen Blech ist. Der Schnittbereich im unteren Blech ist am unteren Rand des unteren Blechs angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10047496 A1 [0003]
- DE 10643076 A1 [0003]
