-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zwei- oder dreidimensional geformten Stromschiene mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnitten. Die Erfindung betrifft ferner ein mehrstufiges bzw. ein mehrere Stationen aufweisendes Pressenwerkzeug, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
-
Eine Stromschiene (current bar) der hier betreffenden Art ist ein einstückig aus Metall bzw. einer Metalllegierung gefertigtes Bauteil mit massivem Querschnitt, welches als elektrisches Verbindungselement zur Übertragung von elektrischen Strömen, insbesondere im zwei- oder dreistelligen Amperebereich, verwendet wird, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen, bspw. in einer Traktionsbatterie oder einer Leistungselektronik oder auch für den Anschluss elektrischer Verbraucher. Der einstückigen Ausbildung steht nicht entgegen, dass eine solche Stromschiene mit anderen Stromschienen verbunden bzw. gefügt werden kann.
-
Im Gegensatz zu einem Kabel, einer Litze bzw. Litzenleitung oder dergleichen, welche für gewöhnlich flexibel verlegbar sind, ist eine betreffende Stromschiene starr, d. h. im Wesentlichen steif und unflexibel, und weist einen durch ihre Herstellung bzw. Fertigung vorgegebenen, an den jeweiligen Verwendungszweck angepassten zweidimensionalen oder auch dreidimensionalen Verlauf auf. Unter einem zweidimensionalen Verlauf wird verstanden, dass die Stormschiene einen ebenen Verlauf aufweist bzw. sich zumindest näherungsweise nur in einer Ebene erstreckt. Unter einem dreidimensionalen Verlauf wird verstanden, dass die Stormschiene keinen ebenen Verlauf, sondern einen räumlichen Verlauf aufweist bzw. sich in einem dreidimensionalen Raum, quasi in mehreren beliebig zueinander ausgerichteten Ebenen, erstreckt.
-
Die
DE 10 2018 217 785 A1 derselben Anmelderin beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines zwei- oder dreidimensional geformten Flachleiters aus Metall, mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Drahtstücks mit entsprechender Länge;
- - Biegen des Drahtstücks, wobei eine zweidimensionale Form erzeugt wird;
- - Flachpressen des gebogenen Drahtstücks, wobei aus dem zweidimensional geformten Drahtstück ein entsprechend zweidimensional geformtes Flachprofil erzeugt wird; und
- - gegebenenfalls, d. h. falls der herzustellende Flachleiter eine dreidimensionale Form aufweisen soll, Biegen des Flachprofils, wobei aus dem zweidimensional geformten Flachprofil ein dreidimensional geformtes Flachprofil erzeugt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren des Patentanspruchs 1 ermöglicht die vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung einer zwei- oder dreidimensional geformten Stromschiene mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnitten. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein mehrere Werkzeugstationen aufweisendes bzw. mehrstufiges Pressenwerkzeug, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren (welches auch als Prozesskette aufgefasst werden kann) zum Herstellen einer zwei- oder dreidimensional geformten und abschnittweise unterschiedliche Querschnitte, genau genommen unterschiedliche Querschnittsformen, aufweisenden Stromschiene aus Metall umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines, vorzugsweise geraden, Drahtstücks mit entsprechender Länge;
- - (ebenes bzw. zweidimensionales) Biegen des Drahtstücks, wobei ein zweidimensional, d. h. in einer Ebene, gebogenes bzw. geformtes Drahtstück (mit ebenem Verlauf) erzeugt bzw. geformt wird;
- - Querschnittsumformen des (zweidimensional) gebogenen Drahtstücks, wobei durch ein zumindest abschnittsweises Verändern der Querschnittsform eine der zweidimensionalen bzw. ebenen Form des gebogenen Drahtstücks entsprechende (zweidimensionale) Stromschiene (mit ebenem Verlauf) erzeugt bzw. geformt wird, welche wenigstens zwei sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte (womit sich in Richtung des Längsverlaufs erstreckende Längenabschnitte gemeint sind) aufweist;
- - gegebenenfalls noch (räumliches bzw. dreidimensionales) Biegen der Stromschiene, falls die herzustellende Stromschiene eine dreidimensionale Form aufweisen soll, wobei aus der zweidimensional geformten Stromschiene eine dreidimensional geformte Stromschiene (mit räumlichem Verlauf) erzeugt bzw. geformt wird.
-
Bevorzugt werden das Biegen des Drahtstücks und das Querschnittsformen unmittelbar aufeinanderfolgend ausgeführt, wobei jedoch auch eine zeitliche und/oder örtliche Trennung dieser Schritte möglich ist.
-
Das Drahtstück wird mit entsprechender Länge bereitgestellt, d. h., die erforderliche Länge des Drahtstücks wird unter Berücksichtigung der vorzunehmenden Umformungen ermittelt (bspw. durch eine sogenannte Abwicklung der herzustellenden Stromschiene), insbesondere derart, dass später kein Beschnitt mehr erforderlich ist. Das Drahtstück ist massiv, d. h. aus einem Vollmaterial, gebildet und weist bevorzugt einen Rund- bzw. Kreisquerschnitt auf. Der Durchmesser liegt bevorzugt in einem Bereich von 6 mm bis 12 mm und insbesondere in einem Bereich von 8 mm bis 10 mm. Bevorzugt wird das Drahtstück in einem vorausgehenden Schritt durch Abschneiden bzw. Ablängen mittels Schneidwerkzeug, insbesondere durch Scherschneiden, von einem Drahthalbzeug erzeugt. Bei dem Drahthalbzeug kann es sich um Stangenware oder aufgewickelte Coilware handeln. Ebenso können vorgefertigte Drahtstücke (mit entsprechender Länge) verwendet werden.
-
Beim Biegen (Drahtbiegen) des Drahtstücks, wobei das Drahtstück an wenigstens einer Biegestelle, bevorzugt an mehreren Biegestellen (sogenanntes Mehrfachbiegen), je nach vorgesehener Endform gebogen wird, wird eine zweidimensionale bzw. ebene Form erzeugt. Damit ist insbesondere die finale zweidimensionale Endform der herzustellenden Stromschiene oder eine ebene Abwicklung der finalen dreidimensionalen Endform gemeint. Bevorzugt erfolgt dieses Biegen des Drahtstücks zur Erzeugung der zweidimensionalen Form nicht nacheinander bzw. sukzessive, sondern in einem Arbeitsgang durch Gesenkbiegen in einem Gesenkbiegewerkzeug (Drahtbiegegesenk), insbesondere derart, dass das Biegen an allen Biegestellen im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt. Das Gesenkbiegewerkzeug ist bevorzugt in einer Presse eingebaut, sodass das Biegen bzw. Mehrfachbiegen des Drahtstücks in einem Hub (Presshub) erfolgt. Im Gegensatz zu einem sogenannten „freien“ Biegen" wird das Drahtstück beim Gesenkbiegen in einer Gravur (Kavität), vorzugsweise in einer das gesamte Drahtstück aufnehmenden Gravur, insbesondere in einer geschlossenen Gravur (geschlossenes Gesenk), definiert umgeformt. Das Biegen kann unter Verwendung eines festen oder flüssigen Schmierstoffs oder auch ohne Schmierstoff erfolgen. Bevorzugt wird dieses ebene bzw. zweidimensionale Biegen des Drahtstücks so ausgeführt, dass keine gezielte Veränderung des Draht- bzw. Ausgangsquerschnitts (d. h. der Querschnittsform und der Querschnittsflächengröße) erfolgt, sodass der ursprüngliche Ausgangsquerschnitt des Drahtstücks im Wesentlichen erhalten bleibt.
-
Beim Querschnittsumformen wird aus dem zuvor zweidimensional gebogenen Drahtstück durch zumindest abschnittsweises Verändern der Querschnittsform bzw. Querschnittsgeometrie eine der zweidimensionalen Form des gebogenen Drahtstücks entsprechende Stromschiene gebildet bzw. erzeugt, die wenigstens zwei sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte aufweist. Dies ist insbesondere so zu verstehen, dass beim Querschnittsumformen der zuvor erzeugte zweidimensionale Längsverlauf des Drahtstücks unverändert bleibt und nur die Querschnittsform bzw. -geometrie verändert wird, derart, dass danach die noch immer zweidimensionale bzw. ebene Stromschiene wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsformen aufweist. Vorzugsweise bleibt beim Querschnittsumformen die Querschnittsflächengröße (d. h. die Flächengröße des Querschnitts bzw. der Querschnittsfläche) unverändert. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Stromschiene entlang ihres Längsverlaufs eine konstante bzw. gleichbleibende Querschnittsflächengröße aufweist, die insbesondere der ursprünglichen Querschnittsflächegröße des Drahtstücks entspricht. D. h., das Biegen und das anschließende Querschnittsumformen werden insbesondere derart ausgeführt, dass keine oder keine nennenswerte Veränderung der ursprünglichen Querschnittsflächengröße bzw. der Ausgangsquerschnittsflächegröße erfolgt. Das Querschnittsumformen kann außerdem auch zu einer erwünschten Kaltverfestigung führen.
-
Beim Querschnittsumformen kann das gesamte Drahtstück (vollständig über seiner gesamten Länge) umgeformt werden (gegebenenfalls unter Auslassung von Übergangsabschnitten s. u.), wobei (durch Querschnittsumformung) wenigstens zwei sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte erzeugt werden. Die erzeugten Abschnitte können, insbesondere ausgehend von einem runden bzw. kreisrunden Draht- bzw. Ausgangsquerschnitt, bspw. eine dreieckige, sechseckige, quadratische, rechteckige oder ovale Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt ist auch wenigstens ein sogenannter Flachquerschnitt (s. u.), insbesondere mit einer flachen Oval- oder Rechteckform, vorgesehen.
-
Das Drahtstück kann beim Querschnittsumformen auch nur partiell bzw. abschnittsweise, d. h. nur in bestimmten Abschnitten oder wenigstens in einem bestimmten Abschnitt, umgeformt werden, wobei in den anderen Abschnitten bzw. in wenigstens einem anderen Abschnitt keine Querschnittsumformung erfolgt und somit dort die Querschnittsform unverändert bleibt. Insbesondere ist vorgesehen, dass in dem wenigstens einen Abschnitt ohne Querschnittsumformung der ursprüngliche Ausgangsquerschnitt des Drahtstücks (insbesondere ein Rund- bzw. Kreisquerschnitt) im Wesentlichen erhalten bleibt. Die Querschnittsform der querschnittsumgeformten Abschnitte kann identisch oder auch unterschiedlich sein. Die querschnittsumgeformten Abschnitte können, insbesondere ausgehend von einem runden bzw. kreisrunden Draht- bzw. Ausgangsquerschnitt, bspw. eine dreieckige, sechseckige, quadratische, rechteckige oder ovale Querschnittsform aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die querschnittsumgeformten Abschnitte einen sogenannten Flachquerschnitt (s. u.), insbesondere mit einer flachen Oval- oder Rechteckform, aufweisen.
-
Bevorzugt erfolgt das Querschnittsumformen des zuvor gebogenen Drahtstücks nicht nacheinander bzw. sukzessive, sondern in einem Arbeitsgang durch Gesenkschmieden in einem Gesenkschmiedewerkzeug (Drahtschmiedegesenk). Das Gesenkschmiedewerkzeug ist bevorzugt in einer Presse eingebaut, sodass das Schmieden des Drahtstücks in einem Hub (Presshub) erfolgt. Im Gegensatz zu einem sogenannten „Freiformschmieden“ wird das Drahtstück beim Gesenkschmieden in einer Gravur (Kavität), vorzugsweise in einer das gesamte Drahtstück aufnehmenden Gravur, insbesondere in einer geschlossenen Gravur (geschlossenes Gesenk), definiert umgeformt. D. h., zumindest in den querschnittsumzuformenden Abschnitten (sowie gegebenenfalls auch in den Abschnitten, in denen die Querschnittsform kalibriert wird; s. u.), wird die zu erzeugende Querschnittsform durch die Kontur der Gravur (sowie gegebenenfalls des eintauchenden Stempels) exakt vorgegeben (dies ist beim Freiformschmieden oder dergleichen nicht der Fall), sodass eine definierte präzise Formgebung erfolgt. Das Querschnittsumformen erfolgt insbesondere derart, dass kein Grat entsteht (sogenanntes Gesenkschmieden ohne Grat). Die Umformung kann unter Verwendung eines festen oder flüssigen Schmierstoffs oder auch ohne Schmierstoff erfolgen.
-
Wird das zuvor zweidimensional gebogene Drahtstück beim Querschnittsumformen in einem Gesenkschmiedewerkzeug nur partiell bzw. nur in bestimmten Abschnitten in die gewünschte Querschnittsform gepresst bzw. umgeformt (partielles bzw. abschnittsweises Querschnittsumformen; s. o.), so entsteht in einem Arbeitsgang eine ebene bzw. zweidimensionale Stromschiene mit mehreren sich in ihrer Querschnittsform unterscheidenden Abschnitten, die durch eine entsprechende Werkzeuggestaltung beliebig festgelegt werden können. Dieser Verfahrensschritt bzw. Arbeitsgang kann daher auch als partielles Pressen im Gesenkschmiedewerkzeug, insbesondere mit geschlossenem Gesenk, bezeichnet werden.
-
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stromschiene weist entlang ihres Längsverlaufs also wenigstens zwei Abschnitte (Längsabschnitte) mit unterschiedlichen Querschnitten, genau genommen mit unterschiedlichen Querschnittsformen, auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Querschnitt (d. h. die Querschnittsform und die Querschnittsflächengröße) innerhalb eines solchen Abschnitts im Wesentlichen konstant bzw. gleichbleibend ausgebildet ist. Eine solche Stromschiene ermöglicht u. a. eine optimierte Bauraumausnutzung und/oder eine verbesserte Dichttechnik bzw. Dichtungsanordnung.
-
Bevorzugt werden beim Querschnittsumformen auch Übergangsabschnitte bzw. -bereiche, zumindest wenigstens ein Übergangsabschnitt, erzeugt, welche Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsformen verbinden. Durch solche Übergangsabschnitte werden abrupte Übergänge zwischen Abschnitten mit unterschiedlichen Querschnittsformen vermieden, die sich nachteilig auf die Festigkeit und/oder auf den Stromfluss auswirken können. Bevorzugt werden die Übergangsabschnitte derart ausgebildet, dass diese bei konstanter bzw. gleichbleibender Querschnittsflächegröße einen quasi fließenden Übergang von einer Querschnittsform zu einer anderen Querschnittsform (mit gleicher Querschnittsflächengröße) bilden, sodass die Stromschiene (entlang ihres Längsverlaufs) trotz unterschiedlicher Querschnittsformen und Übergänge eine konstante bzw. gleichbleibende Querschnittsflächengröße aufweist.
-
Bevorzugt können sich die Übergangsabschnitte bzw. der wenigstens eine Übergangsabschnitt beim Gesenkschmieden (im Gesenkschmiedewerkzeug) frei ausformen. Damit ist insbesondere gemeint, dass durch entsprechende Ausgestaltung des Gesenkschmiedewerkzeugs (welches insbesondere als geschlossenes Gesenk ausgebildet ist; s. o.) beim Gesenkschmieden in den Übergangsabschnitten keine Schmiede- bzw. Presskräfte auf das Drahtstück aufgebracht werden, sodass sich die Übergangsabschnitte frei ausformen können. Ferner kann die Gravur in den betreffenden Bereichen mit Freiräumen ausgebildet sein, die ein solches freies Ausformen der Übergangsabschnitte begünstigen. Ein solches freies Ausformen führt überraschend zur Ausbildung von Übergangsabschnitten mit konstanter bzw. gleichbleibender Querschnittsflächengröße. Somit kann mithilfe eines entsprechend ausgebildeten Gesenkschmiedewerkzeugs in einem Hub eine Stromschiene geformt bzw. gepresst werden, die definierte Abschnitte mit vorgegebenen Querschnitten bzw. Querschnittsformen und wenigstens einen im Wesentlichen frei geformten Übergangsabschnitt aufweist. Dieser Vorgang kann auch als multi-partielle Umformung im (geschlossenen) Gesenk bezeichnet werden.
-
In einem optionalen weiteren Verfahrensschritt, der nur dann ausgeführt wird, falls die herzustellende Stromschiene eine dreidimensionale Form (mit räumlichem Verlauf) aufweisen soll, kann durch Biegen der zweidimensional geformten Stromschiene (mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnittsformen) eine dreidimensional geformte Stromschiene mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnittsformen erzeugt werden. Dies ist insbesondere so zu verstehen, dass die zweidimensionale bzw. sich in einer Ebene erstreckende Stromschiene ohne oder ohne nennenswerte Veränderung ihrer Querschnitte bzw. Querschnittsformen an den betreffenden Stellen so gebogen bzw. definiert umgeformt wird, dass eine dreidimensional geformte bzw. sich räumlich erstreckende Stromschiene erzeugt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass dieses Biegen (3D-Biegen) nicht nacheinander bzw. sukzessive, sondern in einem Arbeitsgang mithilfe eines geeigneten Biegewerkzeugs durchgeführt wird. Das Biegewerkzeug ist bevorzugt in einer Presse eingebaut, sodass das Biegen in einem Hub (Presshub) erfolgt. Das Biegen kann unter Verwendung eines festen oder flüssigen Schmierstoffs oder auch ohne Schmierstoff erfolgen.
-
Für die Herstellung der Stromschiene wird als Metall bevorzugt Kupfer oder Aluminium verwendet. Somit besteht das bereitgestellte Drahtstück bzw. das Drahthalbzeug im Wesentlichen aus Kupfer, d. h. aus Reinkupfer oder aus einer Kupferlegierung (hierzu gehören auch Messing- und Bronzelegierungen), insbesondere aus einer Kupferknetlegierung, oder aus Aluminium, d. h. aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Aluminiumknetlegierung. Ferner kann auch eine Stahllegierung oder ein anderes metallisches Material verwendet werden.
-
Das Biegen des Drahtstücks und das (anschließende) Querschnittsumformen des gebogenen Drahtstücks erfolgen bevorzugt bei Raumtemperatur, d. h. im kalten Zustand. Dies gilt insbesondere auch für ein anschließendes Biegen (3D-Biegen) zu einer dreidimensionalen Stromschiene. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer dieser Schritte im erwärmten Zustand, d. h. mit einer an den metallischen Werkstoff (s. o.) und an die vorgesehene Umformung angepassten Erwärmungstemperatur, ausgeführt wird. Das Werkstück kann, insbesondere induktiv, erwärmt werden (bei Reinkupfer oder einer Kupferlegierungen bspw. auf 300°C bis 500°C, bei einer Aluminiumlegierung bspw. auf 250°C bis 350°C) und dann im warmen Zustand bearbeitet bzw. umgeformt werden.
-
Das bereitgestellte Drahtstück kann mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen sein und mit dieser Isolationsschicht so umgeformt werden, dass diese funktionsfähig erhalten bleibt. Die elektrische Isolationsschicht kann bereits auf dem Drahthalbzeug aufgebracht sein. Alternativ kann auch erst nach dem Umformen zur Stromschiene eine elektrische Isolationsschicht aufgebracht werden.
-
Wie bereits beschrieben ist bevorzugt vorgesehen, dass beim (ebenen bzw. zweidimensionalen) Biegen des Drahtstücks und beim (anschließenden) Querschnittsumformen des gebogenen Drahtstücks, sowie gegebenenfalls auch beim anschließenden Biegen (3D-Biegen) zu einer dreidimensionalen Stromschiene, keine Veränderung der Querschnittsflächengröße erfolgt bzw. dass (überall) die Querschnittsflächengröße im Wesentlichen unverändert bleibt. Somit weist die hergestellte Stromschiene entlang ihres Längsverlaufs eine konstante bzw. gleichbleibende Querschnittsflächengröße auf, die der ursprünglichen Querschnittsflächegröße des Drahtstücks entspricht.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäß hergestellte Stromschiene wenigstens einen Abschnitt mit einem Rund- bzw. Kreisquerschnitt und wenigstens einen Abschnitt mit einem Flachquerschnitt aufweist. Bevorzugt sind mehrere solcher Abschnitte vorgesehen, die sich abwechselnd entlang des Längsverlaufs erstrecken. Zwischen benachbarten Abschnitten sind insbesondere Übergangsabschnitte vorgesehen (s. o.). Ein Abschnitt mit einem Rund- bzw. Kreisquerschnitt weist bevorzugt einen Durchmesser von 6 mm bis 12 mm auf, der insbesondere dem ursprünglichen Durchmesser des Drahtstücks entspricht. Bevorzugt weist ein Abschnitt mit einem Flachquerschnitt zumindest näherungsweise einen flachen ovalen Querschnitt (Ovalquerschnitt) oder einen flachen rechteckigen Querschnitt (Rechteckquerschnitt) auf, wobei die Querschnittsflächengröße insbesondere der ursprünglichen Querschnittsflächegröße des Drahtstücks entspricht. Das Seitenverhältnis eines solchen flachen Rechteckquerschnitts ist deutlich > 1 und liegt bevorzugt in einem Bereich von 4:1 bis 10:1, insbesondere mit einer bevorzugten Dicke (dies entspricht der kürzeren Querschnittsseite) von 2 mm bis 5 mm. Selbiges gilt analog für einen flachen Ovalquerschnitt.
-
Eine erfindungsgemäß hergestellte Stromschiene weist, wie bereits erläutert, entlang ihres Längsverlaufs keine konstante bzw. gleichbleibende Querschnittsform auf, sondern ist quasi mit einer variierenden Querschnittsform, insbesondere bei gleichbleibender bzw. konstanter Querschnittsflächengröße, ausgebildet.
-
Eine erfindungsgemäß hergestellte Stromschiene wird insbesondere als elektrisches Verbindungselement in der Leistungselektronik eines Elektroautos verwendet.
-
Eine erfindungsgemäß hergestellte Stromschiene ist einstückig und massiv, also weder hohl noch aus Einzeldrähten, sondern aus Vollmaterial, gebildet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren fällt kein Stanzabfall oder Verschnitt an, sodass eine nahezu 100%ige Materialausnutzung gegeben ist. Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren nur wenige und vollautomatisierbare Fertigungsschritte auf und ist somit auch für die Großserienfertigung bestens geeignet. Es ergeben sich sowohl Umwelt- als auch Kostenvorteile.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem mehrere Stufen (Werkzeugstufen) bzw. Stationen (Werkzeugstationen) aufweisenden Pressenwerkzeug (wie nachfolgend erläutert) ausgeführt werden. Somit ist nur eine Presse erforderlich.
-
Das erfindungsgemäße Pressenwerkzeug zum Herstellen einer zwei- oder dreidimensional geformten und abschnittweise unterschiedliche Querschnitte aufweisenden Stromschiene aus Metall (durch Umformen eines Drahtstücks) umfasst zumindest die folgenden Komponenten bzw. Einrichtungen:
- - gegebenenfalls eine (erste) Station bzw. Werkzeugstufe, die insbesondere als Schneidwerkzeug (s. o.) ausgeführt ist, zum Abschneiden bzw. Ablängen eines Drahtstücks von einem (zugeführten) Drahthalbzeug;
- - eine (erste oder zweite) Station bzw. Werkzeugstufe, die insbesondere als Gesenkbiegewerkzeug (s. o.) ausgeführt ist, zum Biegen eines zugeführten bzw. zuvor erzeugten Drahtstücks, wobei diese Station bzw. dieses Werkzeug so ausgebildet ist, dass aus einem (zugeführten oder unmittelbar zuvor erzeugten) Drahtstück ein zweidimensional gebogenes Drahtstück erzeugt wird;
- - eine (zweite oder dritte) Station bzw. Werkzeugstufe, die insbesondere als Gesenkschmiedewerkzeug (s. o.) ausgeführt ist, zum (anschließenden) Querschnittsumformen des gebogenen Drahtstücks, wobei diese Station bzw. dieses Werkzeug so ausgebildet ist, dass durch ein zumindest abschnittsweises Verändern der Querschnittsform (des gebogenen Drahtstücks) eine der zweidimensionalen Form des gebogenen Drahtstücks entsprechende Stromschiene erzeugt wird, welche wenigstens zwei sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte aufweist; und
- - gegebenenfalls eine (dritte oder vierte) Station bzw. Werkzeugstufe, die insbesondere als Biegewerkzeug (s. o.) ausgeführt ist, zum (anschließenden) Biegen der Stromschiene, falls die herzustellende Stromschiene eine dreidimensionale Form aufweisen soll, wobei diese Station bzw. dieses Werkzeug so ausgebildet ist, dass aus der zweidimensional geformten Stromschiene eine dreidimensional geformte Stromschiene erzeugt wird.
-
Das erfindungsgemäße Pressenwerkzeug (Mehrstufenwerkzeug) ist bevorzugt in einer Presse, insbesondere in einer hydraulischen Presse, eingebaut, sodass die Arbeits- bzw. Verfahrensschritte im Pressenhubtakt ausgeführt werden, wobei das Werkstück im Pressentakt (automatisch) weitergereicht wird. Mit dem erfindungsgemäßen Pressenwerkzeug kann das erfindungsgemäße Verfahren vollautomatisiert ausgeführt werden, wobei kurze Fertigungszeiten und hohe Stück- bzw. Fertigungszahlen (Serien- und Großserienfertigung) möglich sind. Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Pressenwerkzeugs ergeben sich analog zum erfindungsgemäßen Verfahren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 veranschaulicht in einer Stadienabfolge die erfindungsgemäße Herstellung einer Stromschiene.
- 2 zeigt das Abschneiden eines Drahtstücks.
- 3 zeigt das Biegen des abgeschnittenen Drahtstücks.
- 4 zeigt das Querschnittsumformen des gebogenen Drahtstücks.
- 5 zeigt das Untergesenk und den Stempel des in 4 zum Querschnittsumformen verwendeten Gesenkschmiedewerkzeugs.
- 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Pressenwerkzeug mit mehreren Stationen.
-
Die in 1 gezeigte Stadienabfolge zeigt ein Drahtstück 110 mit einem (massiven) Rund- bzw. Kreisquerschnitt, aus dem durch Biegen ein zweidimensional gebogenes Drahtstück 110' erzeugt wird. Durch Querschnittsumformen wird aus dem gebogenen Drahtstück 110' eine entsprechend zweidimensional geformte Stromschiene 120 erzeugt, welche mehrere sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte (Längsabschnitte) aufweist, nämlich zwei Abschnitte 122, 124 mit einem (massiven) Kreisquerschnitt, der dem ursprünglichen Ausgangsquerschnitt des Drahtstücks 110 entspricht, und drei Abschnitte 121, 123, 125 mit einem querschnittsumgeformten (massiven) Flachquerschnitt. (Die Abschnitte sind nicht kongruent mit den Strecken zwischen den Biegungen bzw. Biegestellen.) Die Stromschiene 120 weist ferner frei ausgeformte (massive) Übergangsabschnitte bzw. Querschnittsübergänge 126, 127, 128, 129 auf, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsformen (rund und eckig) verbinden. Durch optionales Biegen kann aus der zweidimensional geformten Stromschiene 120 eine dreidimensional geformte (massive) Stromschiene 120' mit abschnittsweise unterschiedlichen Querschnittsformen erzeugt werden.
-
Das aus dem geraden Drahtstück 110 geformte bzw. zweidimensional gebogene Drahtstück 110' kann auch als Vorform bzw. als erste Vorform bezeichnet werden. Die aus diesem gebogenen Drahtstück 110' erzeugte zweidimensional geformte Stromschiene 120 kann auch als Endform oder, bei weiterer Umformung zu einer dreidimensional geformten Stromschiene 120', als zweite Vorform bezeichnet werden.
-
In 2 ist das Erzeugen eines Drahtstücks 110 durch Abschneiden von einem Drahthalbzeug 100, das bspw. von einem Coil abgezogen wird, veranschaulicht. Das gerade Drahtstück 110 weist einen Rundquerschnitt auf (siehe auch 1a). Anschließend wird das Drahtstück 110, wie in 3 veranschaulicht, in einem Gesenkbiegewerkzeug 200 umgeformt. Dabei wird das Drahtstück 110 in einem Arbeitsgang an mehreren Biegestellen unterschiedlich gebogen, sodass mehrere, in einer Ebene liegende Krümmungsabschnitte (Biegestellen) und Geradabschnitte entstehen (siehe 1b). Das Gesenkbiegewerkzeug 200 weist ein Obergesenk bzw. Oberwerkzeug 210 und ein Untergesenk bzw. Unterwerkzeug 220 auf, die mit einer an die Drahtkontur angepassten Gravur 230 ausgebildet sind. Das Biegen erfolgt durch Absenken des Obergesenks 210. Das Untergesenk 220 ist segmentiert aufgebaut und weist unter anderem ein mittleres Segment 225 auf, welches das Drahtstück 110 vor dem Biegen gegen das Obergesenk 210 fixiert.
-
Nach dem Drahtbiegen wird das in einer Ebene gebogene Drahtstück 110' (siehe auch 1b) zum Querschnittsumformen in ein Gesenkschmiedewerkzeug bzw. Schmiedegesenk 300 eingelegt, wie in 4 veranschaulicht. Das Gesenkschmiedewerkzeug 300 weist ein Obergesenk bzw. Oberwerkzeug 310 und ein Untergesenk bzw. Unterwerkzeug 330 auf. Das Untergesenk 330 ist mit einer Gravur 340 ausgebildet, in die das gesamte zweidimensional vorgebogene Drahtstück 110' eingelegt wird. Durch anschließendes Absenken des Obergesenks 310 wird in einem Arbeitsgang der runde Querschnitt des zuvor gebogenen Drahtstücks 110' abschnittsweise, nämlich in den Abschnitten 121, 123, 125, zu einem flachen, zumindest näherungsweise rechteckigen Querschnitt bzw. Rechteckquerschnitt (oder einem ähnlichen Flachquerschnitt) umgeformt (vgl. 1c). Dieser Vorgang kann auch als partielles radiales Flachdrücken bezeichnet werden. Die Gravur 340 ist (nur) in diesen Bereichen dementsprechend, d. h. dem flachen Rechteckquerschnitt entsprechend, ausgebildet (siehe Bezugszeichen 341, 343, 345 in 5a). In den anderen Abschnitten 122, 124 bleibt die Querschnittsform unverändert. Die Gravur 340 ist in diesen Bereichen so ausgebildet, insbesondere dem Rundquerschnitt entsprechend, dass keine Querschnittsumformung möglich ist (siehe Bezugszeichen 342, 344 in 5a). Die auf diese Weise erzeugte ebene Stromschiene 120 hat somit mehrere sich in ihrer Querschnittsform unterscheidende Abschnitte, wie in 1c gezeigt. (Beim Querschnittsumformen kann das vorgeformten Drahtstück 110' auch über seiner gesamten Länge umgeformt werden, um auf diese Weise Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsformen zu erzeugen, wie oben beschrieben.)
-
Das Obergesenk 310 des Gesenkschmiedewerkzeugs 300 weist einen Stempel 320 auf, der in die Gravur 340 des Untergesenks 330 eintaucht, wobei die Gravur 340 vollständig geschlossen und ein sogenanntes geschlossenes Gesenk gebildet wird. Dabei wird das Drahtstück 110' in den Gravurbereichen 341, 343, 345 mithilfe der entsprechenden Stempelbereiche 321, 323, 325 quasi flachgedrückt, wobei es zu einem lokalen Materialfluss kommt, bei dem sich der metallische Drahtwerkstoff in der geschlossenen Gravur 340 (bzw. im geschlossenen Gesenk) verteilt und ohne Gratbildung deren Kontur annimmt. In den anderen Bereichen sind die Gravur 340 und der Stempel 320 derart ausgebildet (siehe Bezugszeichen 322, 324 und 342, 344 in 5), dass trotz eines Eintauchens des Stempels 320 in die Gravur 340 keine Querschnittsumformung bzw. kein Flachdrücken erfolgt. Durch eine entsprechende Ausbildung von Stempel 320 und Gravur 340 ist jedoch ein Kalibrieren der Querschnittsform möglich, bspw. derart, dass Unrundheiten ausgeglichen und/oder der Rund- bzw. Kreisquerschnitt des gebogenen Drahtstücks 110' in eine exakte Rund- bzw. Kreisform nachgepresst wird. Dies kann beim späteren Verbau der Stromschiene 120 eine eventuell vorgesehene Abdichtung mittels einfachem Elastomerdichtring verbessern (Nutzung eines runden Querschnitts für eine Dichtungsanordnung).
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl beim Biegen des Drahtstücks 110 als auch beim anschließenden Querschnittsumformen des gebogenen Drahtstücks 110' keine Veränderung der Querschnittsflächengröße erfolgt. Somit weist die hergestellte Stromschiene 120 (oder auch 120') entlang ihres Längsverlaufs eine konstante bzw. gleichbleibende Querschnittsflächengröße auf, die der ursprünglichen Querschnittsflächegröße des Drahtstücks 110 entspricht.
-
Wie in 1c gezeigt, weist die Stromschiene 120 mehrere Übergangsabschnitte 126, 127, 128, 129 auf, welche die mit unterschiedlichen Querschnittsformen ausgebildeten Abschnitte 121/122, 122/123, 123/124, 124/125 verbinden. Bevorzugt sind diese Übergangsabschnitte derart ausgebildet, dass diese bei konstanter bzw. gleichbleibender Querschnittsflächegröße einen sanften bzw. fließenden Übergang von einer Querschnittsform zu einer anderen Querschnittsform bilden. Das Gesenkschmiedewerkzeug 300 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sich diese Übergangsabschnitte beim Gesenkschmieden frei ausformen können. Dies wird insbesondere durch eine lokal reduzierte Stempelhöhe (siehe Bezugszeichen 326, 327, 328, 329 in 5b) und/oder durch Freiräume in der Gravur 340 (siehe Bezugszeichen 346, 347, 348, 349 in 5a) erreicht. In den Bereichen, in denen eine Querschnittsumformung erfolgt, ist der Stempel 320 mit einer lokal erhöhten Stempelhöhe ausgebildet (siehe Bezugszeichen 321, 323, 325 in 5b). In den übrigen Bereichen, in denen keine Querschnittsumformung erfolgt (wie oben beschrieben), ist die Stempelhöhe bevorzugt so gewählt, dass das Drahtstück 110' beim Gesenkschmieden allenfalls eingeklemmt oder auch formkalibriert wird (siehe Bezugszeichen 322 und 324 in 5b).
-
Nach der Entnahme aus dem Gesenkschmiedewerkzeug 300 kann die Stromschiene 120 an ihren Anschlussenden noch gelocht werden (siehe 1c), wobei das Lochen gegebenenfalls auch im Gesenkschmiedewerkzeug 300 oder auch noch später erfolgen kann. Optional kann, wie oben beschrieben, durch einen Biegevorgang aus der zweidimensional geformten Stromschiene 120 eine dreidimensional geformte Stromschiene 120' erzeugt werden (siehe 1d), insbesondere derart, dass dabei keine nennenswerte bzw. signifikante Veränderung der Querschnittsflächengröße erfolgt. (Bei der in 1c gezeigten zweidimensionalen Stromschiene 120 handelt es sich somit um eine ebene Abwicklung der in 1d gezeigten dreidimensionalen Stromschiene 120').
-
Das in 6 schematisch dargestellte Pressenwerkzeug 400 ist in einer nicht gezeigten (Umform)Presse, insbesondere einer hydraulischen Presse, eingebaut. Das als Einheit ausgebildete Pressenwerkzeug 400 weist (wenigstens) zwei Stationen bzw. Werkzeugstationen auf (Mehrstufenwerkzeug), nämlich ein Gesenkbiegewerkzeug 200 und ein Gesenkschmiedwerkzeug 300, die insbesondere gemäß den vorausgehenden Erläuterungen ausgebildet sind und in denen nacheinander im Pressentakt die oben erläuterten Fertigungsschritte ausgeführt werden können. Das Pressenwerkzeug 400 kann ferner eine vorgelagerte Werkzeugstation (Schneidwerkzeug) zum Abschneiden der Drahtstücke 110 von einem Drahthalbzeug 100 und/oder eine nachgelagerte Werkzeugstation (Biegewerkzeug), in der die zweidimensional geformten Stromschienen 120 noch zu dreidimensional geformten Stromschienen 120' umgeformt werden können, aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Drahthalbzeug
- 110
- Drahtstück
- 110'
- zweidimensional gebogenes Drahtstück
- 120
- zweidimensional geformte Stromschiene
- 120'
- dreidimensional geformte Stromschiene
- 121
- Abschnitt (Stromschiene)
- 122
- Abschnitt (Stromschiene)
- 123
- Abschnitt (Stromschiene)
- 124
- Abschnitt (Stromschiene)
- 125
- Abschnitt (Stromschiene)
- 126
- Übergangsabschnitt (Stromschiene)
- 127
- Übergangsabschnitt (Stromschiene)
- 128
- Übergangsabschnitt (Stromschiene)
- 129
- Übergangsabschnitt (Stromschiene)
- 200
- Gesenkbiegewerkzeug
- 210
- Obergesenk
- 220
- Untergesenk
- 225
- Segment
- 230
- Gravur
- 300
- Gesenkschmiedewerkzeug
- 310
- Obergesenk
- 320
- Stempel
- 321
- Bereich (Stempel)
- 322
- Bereich (Stempel)
- 323
- Bereich (Stempel)
- 324
- Bereich (Stempel)
- 325
- Bereich (Stempel)
- 326
- Bereich (Stempel)
- 327
- Bereich (Stempel)
- 328
- Bereich (Stempel)
- 329
- Bereich (Stempel)
- 330
- Untergesenk (Matrize)
- 340
- Gravur
- 341
- Bereich (Gravur)
- 342
- Bereich (Gravur)
- 343
- Bereich (Gravur)
- 344
- Bereich (Gravur)
- 345
- Bereich (Gravur)
- 346
- Bereich (Gravur)
- 347
- Bereich (Gravur)
- 348
- Bereich (Gravur)
- 349
- Bereich (Gravur)
- 400
- Pressenwerkzeug
- 410
- untere Grundplatte
- 420
- obere Grundplatte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102018217785 A1 [0004]
