DE102021133989A1

DE102021133989A1 - Process and device for smoothing plate-shaped components, in particular for the production of bipolar plates for an electrochemical system, such as fuel cells

Info

Publication number: DE102021133989A1
Application number: DE102021133989.8A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kapp
Original assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Current assignee: Theodor Graebener GmbH and Co KG
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023118218A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glätten eines dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Bauteils, das einen nicht planen Zustand aufweist, gemäß welchem das Bauteil mittels einer Spannvorrichtung (14) durch elastische Verformung in eine Zwangslage gebracht und in dieser Zwangslage mittels induktiver Erwärmung erwärmt wird, um die inneren Spannungen so verändern, dass sich die Ebenheit verbessert.The invention relates to a method for smoothing a thin-walled, electrically conductive, plate-shaped component which is not flat, according to which the component is brought into a constrained position by means of a clamping device (14) by elastic deformation and is heated in this constrained position by means of inductive heating. to change the internal stresses to improve flatness.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Glätten von dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Bauteilen, insbesondere mit einer Dicke von maximal 0,5 mm. Damit sind insbesondere Bauteile gemeint, die als Bipolarplatten für ein elektrochemisches System zum Einsatz kommen. Es wird insoweit auch explizit auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Glätten von Bipolarplatten für ein elektrochemisches System verwiesen.The invention relates to a method and a device for smoothing thin-walled, electrically conductive, plate-shaped components, in particular with a maximum thickness of 0.5 mm. This means in particular components that are used as bipolar plates for an electrochemical system. In this respect, reference is also made explicitly to a method and a device for producing or smoothing bipolar plates for an electrochemical system.

Aus WO 01/10579 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Ausbeulen von Blechteilen bekannt, welches für lackierte Teile einer Fahrzeugkarosserie bestimmt ist. Gemäß diesem Verfahren wird das Blechteil im Bereich einer Beule lokal erwärmt, insbesondere mittels Induktion, um ein Zurückspringen der Beule in die Ursprungsform des Blechteiles zu bewirken. Diese Anwendung betrifft Bleche von Fahrzeugkarosserien, die üblicherweise eine Dicke von deutlich mehr als 0,5 mm aufweisen. Derartige Bleche sind üblicherweise nicht eben ausgebildet, sondern weisen eine individuelle, gekrümmte Designform auf. Schließlich basiert das Verfahren darauf, dass eine Beule lokalisierbar und somit am Bauteil offensichtlich ist, welcher Bereich des Bleches erwärmt werden muss, um die gewünschte Ursprungsform wiederherzustellen. Die Ursprungsform soll sich dann aufgrund der Erwärmung durch Rückspringen wieder einstellen.Out of WO 01/10579 A1 discloses a method and an arrangement for beating sheet metal parts, which is intended for painted parts of a vehicle body. According to this method, the sheet metal part is heated locally in the area of a dent, in particular by means of induction, in order to cause the dent to spring back into the original shape of the sheet metal part. This application relates to vehicle body panels, which typically have a thickness significantly greater than 0.5 mm. Such metal sheets are usually not flat, but have an individual, curved design shape. Ultimately, the process is based on the fact that a dent can be localized and it is therefore obvious on the component which area of the sheet metal needs to be heated in order to restore the desired original shape. The original shape should then be restored due to the heating by springing back.

Die Erfindung betrifft das Problem, dass dünnwandige Bauteile, insbesondere als Biopolarplatten für ein elektrochemisches System dienende Platten, nach einem Umformvorgang, nach einem Verbindungsvorgang (z.B. Verschweißen) oder nach mehreren solcher Vorgänge üblicherweise nicht vollständig eben sind, sondern aufgrund von inneren Bauteilspannungen teilweise gekrümmt sind. Dieses Phänomen wird in der Praxis auch als Schüsselung bezeichnet. Eine derartige Schüsselung ist nicht auf eine Beule zurückzuführen, sondern darauf, dass das Bauteil an einer Vielzahl von Stellen mit inneren Spannungszuständen aufweist, welche üblicherweise nicht sichtbare Mikroverformungen und in Summe einen nicht planen Zustand hervorrufen.The invention relates to the problem that thin-walled components, in particular plates used as bipolar plates for an electrochemical system, are usually not completely flat after a forming process, after a connection process (e.g. welding) or after several such processes, but are partially curved due to internal component stresses . In practice, this phenomenon is also referred to as cupping. Such a cupping is not due to a bulge, but to the fact that the component has internal stress states at a large number of points, which usually cause invisible micro-deformations and, overall, a non-planar state.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Glätten plattenförmigen Bauteilen, insbesondere mit einer Dicke von maximal 0,5 mm, zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglichen, die Ebenheit solcher Bauteile einfach und zuverlässig zu verbessern.The invention is based on the object of providing a method and a device for smoothing plate-shaped components, in particular with a maximum thickness of 0.5 mm, which make it possible to improve the flatness of such components in a simple and reliable manner.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The task is solved with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Glätten eines dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Bauteils, das einen nicht planen Zustand aufweist, wird das Bauteil mittels einer Spannvorrichtung durch elastische Verformung in eine Zwangslage gebracht und in dieser Zwangslage mittels induktiver Erwärmung erwärmt, um die inneren Spannungen so zu verändern, dass sich die Ebenheit verbessert. Der genannte nicht plane Zustand kann insbesondere aufgrund von inneren Spannungen im Bauteil vorliegen. Derartige innere Spannungen können als negative Folge eines Umformvorganges (z.B. Prägen, Tiefziehen, Pressen, Biegen), eines Verbindungsvorganges (z.B. Verschweißen, Verkleben, Verlöten) oder aufgrund mehrerer solcher Vorgänge auftreten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können derartige negative Folgen vollständig oder zumindest teilweise rückgängig gemacht und die Bauteilqualität in Bezug seine Ebenheit so deutlich erhöht werden. Dementsprechend kann das Verfahren sowohl bei einzelnen Platten durchgeführt werden als auch bei einem Plattenverbund aus zwei oder mehr Platten, welcher durch Verschweißen, Verkleben, Verlöten oder auf sonstige Art und Weise hergestellt wurde.According to the method according to the invention for smoothing a thin-walled, electrically conductive, plate-shaped component that is not flat, the component is brought into a constrained position by elastic deformation using a clamping device and heated in this constrained position by inductive heating in order to reduce the internal stresses change to improve flatness. The non-planar state mentioned can be present in particular as a result of internal stresses in the component. Such internal stresses can occur as a negative consequence of a forming process (e.g. embossing, deep-drawing, pressing, bending), a connection process (e.g. welding, gluing, soldering) or due to several such processes. Such negative consequences can be reversed completely or at least partially by the method according to the invention and the component quality can thus be significantly increased in relation to its flatness. Accordingly, the method can be carried out both for individual plates and for a composite plate made of two or more plates, which has been produced by welding, gluing, soldering or in some other way.

Die Erfindung betrifft insbesondere Bauteile mit einer Einzelplatten-Dicke von maximal 0,5 mm, insbesondere mit Dicken zwischen 0,05 mm und 0,5 mm. Die Außenmaße von Bauteilen, an welchen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden soll, liegt vorzugsweise zwischen 50 x 50 mm und 1000 x 1000 mm, wobei die Dicke abhängig von der Zahl der Einzelelemente variieren kann. Bei den Bauteilen handelt es sich insbesondere um ein geprägtes oder ebenes Blech, insbesondere ein Blech mit der oben genannten Einzelplatten-Dicke, oder um mehrere geprägte oder ebene Bleche, insbesondere in Kombination mit einer oder mehreren Metallfolien, wobei vorzugsweise alle Elemente miteinander gefügt sind.The invention relates in particular to components with an individual plate thickness of at most 0.5 mm, in particular with thicknesses between 0.05 mm and 0.5 mm. The external dimensions of components on which the method according to the invention is to be carried out are preferably between 50×50 mm and 1000×1000 mm, with the thickness being able to vary depending on the number of individual elements. The components are in particular an embossed or flat metal sheet, in particular a metal sheet with the above-mentioned individual plate thickness, or several embossed or flat metal sheets, in particular in combination with one or more metal foils, with all elements preferably being joined together.

Hinsichtlich der Materialien wird insbesondere auf Stahl einschließlich Edelstahl, auf Aluminium und auf Titan verwiesen. Die Angabe dieser Materialien soll auch Elemente aus diesen Materialien mit ein oder mehreren Beschichtungen umfassen.With regard to the materials, reference is made in particular to steel, including stainless steel, to aluminum and to titanium. The specification of these materials is also intended to include elements made of these materials with one or more coatings.

Für die induktive Erwärmung kann ein separates Induktionsgerät mit Induktor eingesetzt und/oder ein in die Spannvorrichtung integriertes Induktionsgerät eingesetzt werden.A separate induction device with an inductor can be used for inductive heating and/or an induction device integrated into the clamping device can be used.

Hinsichtlich separater Induktionsgeräte wird insbesondere auf solche Induktionsgeräte verwiesen, die eine - üblicherweise kabelgebundene - Verbindung zu einem Induktor aufweisen, wobei der Induktor abhängig von der Form und Größe der zu erwärmenden Fläche wählbar ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere ein Flächeninduktor und/oder ein flächig ausgebildeter Forminduktor, welche entweder weitestgehend vollflächig (Flächinduktor) oder über eine bestimmte Form (z.B. Kreisring, Rechteck, Quadrat, Polygon) eine flächige Erwärmung bewirkt. Die Verwendung separater Induktionsgeräte eignet sich insbesondere dann, wenn das Induktionsgerät variabel nutzbar bleiben soll und eine Vielzahl von Anwendungsszenarien existieren, die jeweils nur für einen kurzen Zeitraum realisiert werden.With regard to separate induction devices, reference is made in particular to those induction devices which have a - usually wired - Ver have binding to an inductor, wherein the inductor can be selected depending on the shape and size of the surface to be heated. A flat inductor and/or a flat shape inductor is particularly suitable for the method according to the invention, which causes flat heating either over the entire surface (flat inductor) or via a specific shape (eg circular ring, rectangle, square, polygon). The use of separate induction devices is particularly suitable if the induction device is to remain variable in use and there are a large number of application scenarios that are only implemented for a short period of time.

In die Spannvorrichtung integrierte Induktionsgeräte sind dann vor Vorteil, wenn das Induktionsgerät in der eingesetzten Form für hohe Stückzahlen über einen längeren Zeitraum nutzbar ist und/oder wenn das Induktionsgerät trotz der Integration in die Spannvorrichtung variabel nutzbar ist, beispielsweise indem der Induktor austauschbar oder differenziert ansteuerbar ist, so dass die Leistung, die genutzte Fläche und eine etwaige Relativbewegung des Induktors innerhalb der Spannvorrichtung programmierbar sind.Induction devices integrated into the clamping device are advantageous if the induction device in the form used can be used for large quantities over a longer period of time and/or if the induction device can be used variably despite being integrated into the clamping device, for example by the inductor being interchangeable or being controlled in a differentiated manner is, so that the power, the area used and any relative movement of the inductor within the clamping device are programmable.

Die Leistung des Induktionsgerätes ist unabhängig von der Bauart des Induktionsgerätes vorzugsweise variabel, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 kW und 25 kW, bevorzugt zwischen 10 kW und 25 kW.The power of the induction device is preferably variable, independently of the design of the induction device, in particular in a range between 5 kW and 25 kW, preferably between 10 kW and 25 kW.

Wenn das Bauteil eine dünne Platte ist, ist es bevorzugt, wenn die Platte zur Durchführung des Verfahrens auf einer Auflagefläche positioniert wird und mit einer Spannvorrichtung in Form einer Spannplatte und/oder mit einer Spannvorrichtung in Form einer Druckerzeugungsvorrichtung in Richtung der Auflagefläche in eine Zwangslage gebracht wird. Mit einem Bauteil in Form einer Platte ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauteil gemeint, das eine Länge und eine Breite aufweist, die sehr viel größer sind als die Dicke, wobei die Dicke über die Fläche im Wesentlichen konstant ist. Auch in diesem Zusammenhang wird insbesondere auf dünne Einzelplatten mit einer Einzelplatten-Dicke von maximal 0,5 mm verwiesen, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, weiter bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,4 mm und besonders bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm.If the component is a thin plate, it is preferable for the plate to be positioned on a support surface to carry out the method and brought into a constrained position in the direction of the support surface with a clamping device in the form of a clamping plate and/or with a clamping device in the form of a pressure-generating device becomes. In this context, a component in the form of a plate means in particular a component which has a length and a width which are very much larger than the thickness, the thickness being essentially constant over the surface. In this context, too, reference is made in particular to thin individual plates with an individual plate thickness of at most 0.5 mm, preferably with a thickness between 0.05 mm and 0.5 mm, more preferably with a thickness between 0.1 mm and 0. 4 mm and particularly preferably with a thickness between 0.2 mm and 0.4 mm.

In Verbindung mit Platten kann die Zwangslage durch einfaches Anpressen der Platte mittels einer Spannplatte gegen die Auflagefläche und/oder durch Ansaugen mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung, wobei diesbezüglich sowohl ein Anpressen mittels Überdruck gegen die Auflagefläche als auch ein Ansaugen mittels Unterdruck von der Auflagefläche aus in Betracht kommt. Auch die Kombination aus Überdruck und Unterdruck ist möglich, insbesondere wenn mit einer der Druckarten keine ausreichend zuverlässig haltbare Zwangslage zu erzielen ist. Ebenfalls möglich ist die Kombination aus Spannplatte und einer Druckerzeugungsvorrichtung.In connection with plates, the constrained position can be relieved by simply pressing the plate against the support surface using a clamping plate and/or by suction using a pressure-generating device, with both pressing against the support surface using positive pressure and suction from the support surface using negative pressure being considered . The combination of overpressure and underpressure is also possible, in particular if one of the types of pressure cannot be used to achieve a sufficiently reliable and durable constrained position. The combination of a clamping plate and a pressure-generating device is also possible.

In einer besonders praktischen Ausführungsform ist die Auflagefläche unterseitig, so dass das Bauteil an einer gewünschten Stelle auf der Auflagefläche abgelegt werden kann und dort schwerkraftbedingt verbleibt. Die Zwangslage kann dann einfach durch Absenken einer oberseitig der Auflagefläche angeordneten Spannplatte erfolgen. Es ist auch möglich, mehrere Spannplatten vorzusehen, um den von der Spannplatte auf das Bauteil plattenweise unterschiedlich wählen zu können oder die Zwangslage nur durch lokales Anpressen zu erzeugen, beispielsweise durch Anpressen entlang von Bereichen einer Platte, in welchen verstärkt innere Spannungen vorliegen, welche die Schüsselung hervorrufen. Dies kann insbesondere entlang von ungeformten oder mit Verbindungsnähten (insbesondere Schweißnähten) versehenen Bereichen sein, beispielsweise entlang einer Umfangskontur des Bauteils.In a particularly practical embodiment, the support surface is on the underside, so that the component can be placed at a desired location on the support surface and remains there due to the force of gravity. The constrained position can then be achieved simply by lowering a clamping plate arranged on top of the support surface. It is also possible to provide several clamping plates, in order to be able to select the pressure from the clamping plate to the component plate by plate, or to generate the constrained position only by local pressing, for example by pressing along areas of a plate in which there are increased internal stresses, which cause cupping. This can be in particular along unshaped areas or areas provided with connecting seams (in particular weld seams), for example along a peripheral contour of the component.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform werden als Auflagefläche und/oder als Spannplatte eine ebene Platte, ein Element einer Teilnegativgeometrie oder einer Vollnegativgeometrie des Bauteils verwendet.In a further practical embodiment, a flat plate, an element with a partially negative geometry or a fully negative geometry of the component is used as the support surface and/or as the clamping plate.

Mit einer Teilnegativgeometrie ist in diesem Zusammenhang eine nur teilweise Nachbildung von Höhensprüngen in dem Bauteil zu verstehen, beispielsweise etwas größer dimensionierte Ausnehmungen für Bereiche, die aufgrund von Umformungen und/oder Verbindungsnähten in Dickenrichtung hervorragen, so dass ein Anpressdruck zwar großflächig, aber nicht vollflächig auf das Bauteil ausgeübt werden kann. Diese Variante ist eine aus Kosten-Nutzen-Aspekten bevorzugte Variante, insbesondere weil damit auch gröbere Fertigungstoleranzen in den meisten Fällen beim Anpressen nicht zu Ausschuss führen.In this context, a partially negative geometry is to be understood as an only partial reproduction of height jumps in the component, for example slightly larger recesses for areas that protrude in the thickness direction due to deformations and/or connecting seams, so that a contact pressure is applied over a large area, but not over the entire area the component can be exercised. This variant is a variant that is preferred for cost-benefit reasons, in particular because it means that even coarser manufacturing tolerances do not lead to rejects in most cases when pressing on.

Unter einer Vollnegativgeometrie ist eine vollständige Komplementärform des Bauteils zu verstehen, so dass beim Anpressen des Bauteils mit der Spannplatte gegen die Auflagefläche jeweils vollflächig in allen Bereichen des Bauteils Anpressdruck ausgeübt wird, welche hinsichtlich ihrer Ebenheit verbessert werden sollen.A fully negative geometry is to be understood as a complete complementary shape of the component, so that when the component is pressed with the clamping plate against the bearing surface, contact pressure is exerted over the entire surface in all areas of the component that are to be improved in terms of their flatness.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil mittels mindestens eines in der Auflagefläche und/oder in der Spannplatte ausgebildeten Kühlkanals aktiv gekühlt. Dabei kann die Kühlung insbesondere vor, während und/oder nach der induktiven Erwärmung erfolgen. Dazu können beispielsweise in der Auflagefläche und/oder in der Spannplatte (oder auch in mehreren solcher Elemente) ein oder mehrere Kühlkanäle vorgesehen sein. Derartige Kühlkanäle können insbesondere spiralförmig, schlangenlinienförmig, kreisförmig, polygonförmig oder mäanderförmig derart ausgebildet sein, dass im Bereich einer zu kühlenden Fläche die Temperatur möglichst gleichmäßig reduziert werden kann. Auf diese Art und Weise kann die Temperatur des Bauteils lokal oder vollflächig bedarfsweise reduziert werden, insbesondere wenn diese während der induktiven Erwärmung einen bestimmten kritischen Temperaturbereich erreichen sollte. Die Kühlung kann auch nach der Anwendung des Verfahrens und der Verbesserung der Ebenheit dazu genutzt werden, das Bauteil möglichst schnell zum Zwecke der Weiterverarbeitung wieder auf eine niedrigere Temperatur zurückzubringen, insbesondere auf Umgebungstemperatur.In a further practical embodiment of the method according to the invention, the component is actively cooled by means of at least one cooling channel formed in the support surface and/or in the clamping plate. The cooling can in particular before, during and / or after the inductive heating take place. For this purpose, for example, one or more cooling channels can be provided in the bearing surface and/or in the clamping plate (or also in several such elements). Such cooling channels can in particular be designed in a spiral, serpentine, circular, polygonal or meandering shape in such a way that the temperature can be reduced as uniformly as possible in the area of a surface to be cooled. In this way, the temperature of the component can be reduced locally or over the entire surface as required, particularly if it should reach a certain critical temperature range during the inductive heating. The cooling can also be used after the application of the method and the improvement of the flatness to bring the component back to a lower temperature, in particular to the ambient temperature, as quickly as possible for the purpose of further processing.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die induktive Erwärmung während einer Relativbewegung zwischen Bauteil und einem Induktor eines Induktionsgerätes eingebracht. Damit ist gemeint, dass entweder der Induktor bewegt wird, während das in Zwangslage gebrachte Bauteil ruht oder dass das in Zwangslage gebrachte Bauteil bewegt wird, während der Induktor ruht. Ferner ist es möglich, dass beide Elemente (Bauteil und Induktor) derart bewegt werden, dass eine Relativbewegung der Bauteile zueinander resultiert. So können Wärmestriche oder anders geformte Wärmebahnen mit dem Induktor erwärmt werden. Diese werden dann mittels des Induktors abgefahren.In a further practical embodiment of the method according to the invention, the inductive heating is introduced during a relative movement between the component and an inductor of an induction device. By this is meant that either the inductor is moved while the constrained component is at rest or the constrained component is moved while the inductor is at rest. It is also possible for both elements (component and inductor) to be moved in such a way that the components move relative to one another. In this way, thermal streaks or differently shaped thermal paths can be heated with the inductor. These are then driven off by means of the inductor.

Schließlich wird darüber hinaus auf die Möglichkeit verwiesen, dass der Induktor und das Bauteil während der induktiven Erwärmung beide ruhen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Bauteil nicht vollflächig erwärmt werden soll, sondern nur Wärmepunkte oder Wärmebereiche erwärmt werden sollen, die nicht größer sind als der vom Induktor erwärmbare Bereich.Finally, reference is also made to the possibility that the inductor and the component are both at rest during induction heating. This is particularly useful if the component is not to be heated over its entire surface, but rather only hot spots or hot areas are to be heated that are not larger than the area that can be heated by the inductor.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ebenheit eines Bauteils jeweils vor und nach einer induktiven Erwärmung gemessen, und das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis eine Soll-Verbesserung der Ebenheit erreicht wurde. So kann beispielsweise ein Zielwert für die Ebenheit vorgegeben werden, und das Verfahren unter Vorgabe von Parametern (z.B. Verfahrweg und/oder Wirkbereich des Induktors, Leistungsvariation des Induktors etc.) so lange fortgesetzt werden, bis der Zielwert für die Ebenheit erreicht wurde. Optional kann auch vorgegeben werden, dass das Verfahren abgebrochen werden und ein Bauteil als Ausschuss betrachtet werden soll, wenn der Zielwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht erreicht wurde. Als Verfahrweg können beispielsweise Linien oder Kurven vorgegeben werden, welche der Induktor mit einer bestimmten Wirkleistung und Verfahrgeschwindigkeit abfahren soll. Als Wirkbereiche können Punkte oder Flächen definiert sein, über welche mittels eines Induktors oder mehrerer Induktoren für eine bestimmte Wirkdauer eine bestimmte Wirkleistung einbringen soll. Geeignete Verfahrwege und/oder Wirkbereiche, Abstände zwischen Induktorkopf und Bauteil sowie weitere Verfahrensparameter werden vorzugsweise erstmalig mit Hilfe von Versuchen an einem Beispiel-Bauteil ermittelt und anschließend für eine Serienfertigung in einer Steuerung hinterlegt und gespeichert werden, um das Verfahren automatisiert durchführen zu können. Als Abstand für einen Induktorkopf zum Bauteil während der induktiven Erwärmung haben sich Werte zwischen 1 mm und 25 mm bewährt.In a further practical embodiment of the method according to the invention, the flatness of a component is measured before and after inductive heating, and the method is continued until a target improvement in the flatness has been achieved. For example, a target value for the flatness can be specified, and the process can be continued with the specification of parameters (e.g. travel distance and/or effective range of the inductor, power variation of the inductor, etc.) until the target value for the flatness has been reached. Optionally, it can also be specified that the process is to be aborted and a component is to be considered as scrap if the target value is not reached within a specified time window. For example, lines or curves can be specified as the travel path, which the inductor is to follow with a specific active power and travel speed. Points or areas can be defined as effective areas, via which a specific effective power is to be introduced by means of an inductor or a plurality of inductors for a specific effective duration. Suitable travel paths and/or effective ranges, distances between the inductor head and the component and other process parameters are preferably initially determined with the help of tests on an example component and then stored in a controller for series production in order to be able to carry out the process automatically. Values between 1 mm and 25 mm have proven to be the distance between an inductor head and the component during inductive heating.

Vorzugsweise werden vor einer induktiven Erwärmung - insbesondere vor der erstmaligen induktiven Erwärmung - ein oder mehrere Bauteilbereiche mit größeren Verformungen ermittelt, um die induktive Erwärmung anschließend partiell in ein oder mehreren solchen ermittelten Bauteilbereichen durchzuführen. Vorzugsweise wird ein Grenzwert für eine Mindestverformung vorgegeben, um festzulegen, welche Bauteilbereiche als Bauteilbereiche mit größerer Verformung angesehen werden sollen. Anschließend werden Messungen durchgeführt und die Bereiche gespeichert, welche Verformungen aufweisen, die größer sind als der vorgegebene Grenzwert. Solche Bereiche können anschließend - insbesondere absteigend nach Größe der Verformung sortiert - induktiv erwärmt werden, um die Ebenheit des Bauteils zu verbessern. Alternativ kann auch nach jeder induktiven Erwärmung erneut überprüft werden, ob es noch Bereiche mit größeren Verformungen gibt. Der Vorgang wird abgeschlossen, wenn keine Bereiche mit größeren Verformungen mehr festgestellt werden oder wenn eine vorgegebene maximale Optimierungszeit erreicht ist. Im zuletzt genannten Fall wird das Bauteil als Ausschuss angesehen oder zumindest aussortiert, um ggf. mit anderen Maßnahmen noch eine Soll-Ebenheit zu erreichen.One or more component areas with larger deformations are preferably determined prior to inductive heating--in particular prior to the first inductive heating--in order to then carry out the inductive heating partially in one or more such determined component areas. A limit value for a minimum deformation is preferably specified in order to determine which component areas are to be regarded as component areas with greater deformation. Measurements are then carried out and the areas that show deformations that are greater than the specified limit value are saved. Such areas can then be inductively heated, in particular sorted in descending order of the size of the deformation, in order to improve the flatness of the component. Alternatively, after each inductive heating, it can be checked again whether there are still areas with larger deformations. The process is completed when no more areas with larger deformations are detected or when a specified maximum optimization time has been reached. In the latter case, the component is regarded as scrap or at least sorted out in order to achieve a target flatness with other measures if necessary.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Glätten von plattenförmigen Bauteilen mit einer Auflagefläche, mindestens einer Spannvorrichtung zum Halten eines auf der Auflagefläche positionierten Bauteils in einer Zwangslage und mindestens einem Induktionsgerät zum Erwärmen des in Zwangslage gebrachten Bauteils derart, dass sich die Ebenheit des Bauteils verbessern lässt. Auf sämtliche vorstehend bereits in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile, welche auch für die Vorrichtung gelten, wird hiermit noch einmal verwiesen.The invention also relates to a device for smoothing plate-shaped components with a support surface, at least one clamping device for holding a component positioned on the support surface in a constrained position, and at least one induction device for heating the component placed in a constrained position in such a way that the flatness of the component can be improved . All the advantages already described above in connection with the method, which also apply to apply to the device is hereby referred to again.

In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Induktionsgerät funktional in die Spannvorrichtung integriert, und/oder es ist eine Ebenheits-Messvorrichtung vorgesehen, mit welcher größere Verformungen des Bauteils und deren Relativposition auf dem Bauteil ermittelbar sind. In Verbindung mit einer Ebenheits-Messvorrichtung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Relativposition an eine Steuerung des Induktionsgerätes, insbesondere eines in die Spannvorrichtung integrierten Induktionsgerätes, übergeben wird, um dann die Induktionsvorrichtung zu nutzen, um das Bauteil in den ermittelten Bereichen mit größeren Verformungen zu erwärmen und so die Ebenheit des Bauteils zu verbessern.In a practical embodiment of the device according to the invention, the induction device is functionally integrated into the clamping device and/or a flatness measuring device is provided with which larger deformations of the component and their relative position on the component can be determined. In connection with a flatness measuring device, it is of particular advantage if the relative position is transferred to a control of the induction device, in particular an induction device integrated in the clamping device, in order to then use the induction device to measure the component in the determined areas with larger deformations to heat and thus improve the flatness of the component.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung mit Auflagefläche und verfahrbarer oberseitiger Spannplatte,
2 eine Ansicht von oben auf die Auflagefläche der ersten Ausführungsform gemäß dem Pfeil II in 1,
3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung mit Auflagefläche und (Unter-)Druckerzeugungsvorrichtung sowie mit separatem Induktionsgerät und Induktorkopf und
4 eine schematische Ansicht von oben auf die Auflagefläche der zweiten Ausführungsform gemäß dem Pfeil IV in 3 mit Darstellung des Verfahrweges des Induktorkopfes.

Further practical embodiments and advantages of the invention are described below in connection with the drawings. Show it:

1 a side view of a first embodiment of a device with a support surface and a movable clamping plate on the upper side,
2 a view from above of the support surface of the first embodiment according to the arrow II in 1 ,
3 a side view of a second embodiment of a device with a support surface and (negative) pressure generating device and with a separate induction device and inductor head and
4 a schematic view from above of the support surface of the second embodiment according to the arrow IV in 3 with representation of the travel path of the inductor head.

Die 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Auflagefläche 12, einer als Spannvorrichtung 14 dienenden Spannplatte 16, die in Richtung des Doppelpfeiles 18 verfahrbar ist und einer als weitere Spannvorrichtung 14 dienende Druckerzeugungsvorrichtung 20. Mit der Druckerzeugungsvorrichtung 20 kann ein Unterdruck erzeugt werden, um eine auf der Auflagefläche 12 positionierte Platte 22 über eine Vielzahl von auf der Oberseite der Auflagefläche 12 angeordneten Öffnungen 36 (vgl. 2) anzusaugen und so, sofern die Platte 22 eine Schüsselung aufweist, durch elastische Verformung in einen überwiegend ebenen Zustand zu verbringen. Der gleiche Effekt, d.h. eine elastische Verformung der Platte 22 in einen überwiegend ebenen Zustand, lässt sich durch Absenken der Spannplatte 16 und Anpressen dieser Spannplatte 16 gegen die Auflagefläche 12 erzielen. Der abgesenkte Zustand der Spannplatte 16 ist in 1 gestrichelt dargestellt.The 1 and 2 show a schematic representation of a first embodiment of a device 10. The device consists essentially of a support surface 12, a clamping plate 16 serving as a clamping device 14, which can be moved in the direction of the double arrow 18, and a pressure-generating device 20 serving as a further clamping device 14. With the pressure-generating device 20, a negative pressure can be generated in order to push a plate 22 positioned on the supporting surface 12 via a large number of openings 36 arranged on the upper side of the supporting surface 12 (cf. 2 ) and so, if the plate 22 has a dishing, to bring it into a predominantly flat state by elastic deformation. The same effect, ie an elastic deformation of the plate 22 into a predominantly flat state, can be achieved by lowering the clamping plate 16 and pressing this clamping plate 16 against the support surface 12 . The lowered state of the clamping plate 16 is in 1 shown dashed.

Es genügt zur Realisierung der Erfindung, wenn nur die Spannplatte 16 als Spannvorrichtung 14 oder nur die Druckerzeugungsvorrichtung 20 als Spannvorrichtung 14 vorgesehen ist.It is sufficient for realizing the invention if only the clamping plate 16 is provided as the clamping device 14 or only the pressure-generating device 20 is provided as the clamping device 14 .

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Spannplatte 16 einlnduktionsgeräts 24 mit Induktorkopf angeordnet, wobei das Induktionsgerät 24 alternativ auch nur teilweise in der Spannplatte, an der Spannplatte oder beabstandet zu der Spannplatte angeordnet sein kann (diese Alternativen sind hier nicht dargestellt). Mit dem Indukturkopft 30lässt sich die Platte induktiv erwärmen, um die inneren Spannungen in der Platte 22 so zu verändern, dass sich die elastische Verformung zumindest teilweise in eine plastische Verformung umwandelt, wodurch sich die Ebenheit der Platte 22 verbessert. Auch wenn dies aus den 1 und 2 nicht ersichtlich ist, so lassen sich mit Hilfe des integrierten Induktorkopfes 30 auch nur Teilbereiche der Platte 22 erwärmen, insbesondere bereits zuvor empirisch ermittelte Teilbereiche, deren induktive Erwärmung die Ebenheit der Platte 22 verbessert.In the exemplary embodiment shown, an induction device 24 with an inductor head is arranged in the clamping plate 16, with the induction device 24 alternatively also being able to be arranged only partially in the clamping plate, on the clamping plate or at a distance from the clamping plate (these alternatives are not shown here). The plate can be inductively heated with the inductor head 30 in order to change the internal stresses in the plate 22 in such a way that the elastic deformation is at least partially converted into a plastic deformation, whereby the flatness of the plate 22 is improved. Even if this from the 1 and 2 is not apparent, the integrated inductor head 30 can also be used to heat only partial areas of the plate 22, in particular partial areas which have already been empirically determined beforehand and whose inductive heating improves the flatness of the plate 22.

In den 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dargestellt, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in die 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform wird die Platte 22 ausschließlich mittels einer - in 3 nicht dargestellten - Druckerzeugungsvorrichtung in Richtung der Pfeile 26 angesaugt und dadurch in eine im Wesentlichen ebene Zwangslage gebracht. Bei dieser Ausführungsform ist ein separates Induktionsgerät 24 vorgesehen. Dieses ist über ein Kabel 28 mit einem - insbesondere gemäß dem Doppelpfeil 32 in horizontaler Richtung - frei beweglichen Induktorkopf 30 verbunden. Der Induktorkopf 30 wird - entweder manuell oder mit Hilfe einer Steuervorrichtung in einem vorgegebenen Abstand d zu der Oberseite der Platte 22 positioniert. Anschließend wird der Induktorkopf 30, wie in 4 dargestellt, auf einer vorgegebenen Wärmebahn 34 bewegt, um die inneren Spannungen in der Platte 22 so zu verändern, dass sich die Ebenheit der Platte 22 verbessert. Die Wärmebahn weist hier einen mäanderförmigen Verlauf auf und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Platte 22.In the 3 and 4 Another exemplary embodiment of a device 10 according to the invention is shown, with the same reference numbers being used for identical or at least functionally identical elements as in FIG 1 and 2 . In this embodiment, the plate 22 is exclusively by means of a - in 3 not shown - sucked pressure generating device in the direction of arrows 26 and thereby brought into a substantially planar constrained position. In this embodiment, a separate induction device 24 is provided. This is connected via a cable 28 to an inductor head 30 which is freely movable, in particular according to the double arrow 32 in the horizontal direction. The inductor head 30 is positioned at a predetermined distance d from the top of the plate 22, either manually or with the aid of a control device. Then the inductor head 30, as in 4 is moved along a predetermined thermal path 34 to vary the internal stresses in the plate 22 so that the flatness of the plate 22 improves. The heat path has a meandering course here and extends essentially over the entire surface of the plate 22.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments. The invention is not limited to the described embodiments. It can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Vorrichtungcontraption
1212: Auflageflächebearing surface
1414: Spannvorrichtungclamping device
1616: Spannplattechipboard
1818: Doppelpfeildouble arrow
2020: Druckerzeugungsvorrichtungpressure generating device
2222: Platteplate
2424: Induktionsgerätinduction device
2626: PfeilArrow
2828: KabelCable
3030: Induktorkopfinductor head
3232: Doppelpfeildouble arrow
3434: Wärmebahnheat track
3636: Öffnungopening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 0110579 A1 [0002]

Claims

Method for smoothing a thin-walled, electrically conductive, plate-shaped component that is not flat, according to which the component is brought into a constrained position by means of a clamping device (14) by elastic deformation and is heated in this constrained position by means of inductive heating in order to relieve the internal stresses change to improve flatness.

Method according to the preceding claim, characterized in that a separate induction device with an inductor is used for the inductive heating and/or an induction device integrated into the clamping device (14) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a thin plate, which is positioned on a support surface (12) to carry out the method and with a clamping device (14) in the form of a clamping plate (16) and / or in the form a pressure generating device (20) in the direction of the support surface (12) is brought into a constrained position.

Method according to the preceding claim, characterized in that a flat plate (22), an element with a partially negative geometry or a fully negative geometry of the component is used as the support surface (12) and/or as a clamping plate (16).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is actively cooled by means of at least one cooling channel formed in the bearing surface (12) and/or in the clamping plate (16).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the inductive heating is introduced during a relative movement between the component and an inductor of an induction device.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flatness of a component is measured before and after inductive heating and the method is continued until a target improvement in the flatness has been achieved.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before inductive heating, one or more component areas with larger deformations are determined and the inductive heating is then carried out partially in one or more such determined component areas.

Device for smoothing plate-shaped components with a support surface (12), at least one clamping device (14) for holding a component positioned on the support surface in a constrained position and at least one induction device for heating the component placed in a constrained position in such a way that the evenness of the component improves .

Device according to the preceding claim, characterized in that an induction device is functionally integrated into the clamping device (14) and/or a flatness measuring device is provided with which larger deformations of the component and their relative position on the component can be determined.