EP2465621B1 - Elektromagnetisches Umformen und/oder Schneiden mit aufgeklebtem Treibblech - Google Patents

Elektromagnetisches Umformen und/oder Schneiden mit aufgeklebtem Treibblech Download PDF

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EP2465621B1
EP2465621B1 EP11185880.9A EP11185880A EP2465621B1 EP 2465621 B1 EP2465621 B1 EP 2465621B1 EP 11185880 A EP11185880 A EP 11185880A EP 2465621 B1 EP2465621 B1 EP 2465621B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
forming
flat material
driving plate
cut
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP11185880.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2465621A1 (de
Inventor
Thomas Hermeyer
Charlotte Dr. Beerwald
Jan Otmar Nell
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2465621A1 publication Critical patent/EP2465621A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2465621B1 publication Critical patent/EP2465621B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/14—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces applying magnetic forces

Definitions

  • the invention relates to a method and a mobile device for electromagnetic forming and / or cutting a poorly electrically conductive or electrically non-conductive sheet material using at least one drive plate.
  • the invention also relates to a specially designed flat material.
  • a flat material is to be understood as meaning a sheet-like material which is dimensionally stable at room temperature and whose thickness is low with respect to the areal extent. It is preferably provided that such a flat material is present in the form of a component or molded part or semifinished product. Under a poorly electrically conductive flat material is to be understood in the following priority that the specific conductivity of the material is significantly worse than that of copper.
  • the flat material to be formed is positioned between a coil and a shaping die and subsequently deformed into the die by means of magnetic pressure force.
  • a so-called blowing plate is arranged between the to be formed flat material and the coil.
  • a current is induced in the electrically conductive blowing plate, to which the magnetic field of the coil exerts a repulsive pressure force.
  • the kinetic energy occurring here in the blowing plate is transmitted by direct contact with the flat material to be formed.
  • the blowing plate is clamped to the reshaped sheet, such. B. in the DE 10 2005 013 539 A1 and DE 10 2005 013 540 A1 shown. This is complex and often leads to unsatisfactory results.
  • An object of the invention is to show ways in which the disadvantages associated with the prior art can be avoided or at least reduced.
  • the solution of the problem also extends to a specially designed flat material and to a mobile device for performing a forming and / or cutting operation, which is in particular a forming and / or cutting device.
  • the solution of the above object is achieved, on the one hand, by adhering or gluing the blowing sheet at least locally in the forming and / or cutting region onto the flat material to be formed and / or cut, for which purpose the blowing sheet is made self-adhesive.
  • the sticking of the blowing plate takes place before the cutting and / or forming process.
  • a surface bonding is provided, wherein the forming and / or cutting area can be formed flat or with a spatial shape.
  • a line-shaped or selective adhesive application can be provided.
  • a cut line may have an open or a closed course.
  • a cutting line may have a planar or a spatial or three-dimensional course.
  • the blowing plate is also formed from a flat material, which need not necessarily be a metal sheet, as explained in more detail below. The sticking of the drive plate is not precluded that this can be additionally clamped in a conventional manner.
  • the sticking sheet is self-adhesive.
  • the blowing plate is provided at least on one side with an adhesive layer, which adheres to the sheet z. B. is protected by a protective film or the like, which must then be removed on site and before bonding.
  • the adhesive layer may be formed as a surface applied adhesive film.
  • the adhesive layer may be in the form of adhesive film strips or adhesive film webs, adhesive film dots or the like. Instead of such an adhesive film, adhesive dots or the like may also be provided. It can likewise be provided that the flat material to be reshaped and / or cut is already provided with an adhesive layer according to the preceding explanations, at least in the forming and / or cutting region.
  • the sticking plate to be stuck is provided as a prefabricated adhesive pad.
  • a prefabricated adhesive pad is understood to mean a piece of sheet metal or the like adapted in the contour (outline) and / or shaping to the forming and / or cutting region. This makes it possible to provide an optimized for the pressure force training blowing plate.
  • the adhesive pad is preferably provided on one side with an adhesive layer, as explained above. Such adhesive pads may be provided as series parts or made individually as needed, especially on site. Since the driving plates are wear parts, the amount of waste can be reduced by using suitable prefabricated driving plates.
  • such an adhesive pad with respect to the substantially predetermined by the die contour of the forming and / or cutting area is formed with a smaller and primarily only slightly smaller contour, this blowing plate is then glued within the actual forming and / or cutting area on the reshaped and / or to be cut flat material.
  • the blowing plate can mitgeformt or pressed together with the sheet through a cutting die, as explained in more detail below in connection with the figures.
  • the adhesive pad is formed larger than the forming and / or cutting area and thus z. B. can be additionally clamped on its outer edge.
  • the forming and / or cutting process several scenarios are possible.
  • the glued blowing sheet is formed and / or separated together with the flat material to be formed and / or cut.
  • the glued-on blowing plate is detached from the flat material during forming and / or cutting, as explained in more detail below in connection with the figures.
  • the thickness of the blowing plate is less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.8 mm, in particular less than or equal to 0.5 mm and particularly preferably less than or equal to 0.3 mm.
  • a blowing plate with a thickness of less than or equal to 0.5 mm can also be referred to as a blowing film.
  • the use of propellant films proves to be particularly advantageous.
  • blowing plate or for the blowing film are preferably aluminum and aluminum alloys, copper and copper alloys, and silver-containing alloy into consideration.
  • an electrically conductive plastic or a plastic composite can be used as the material for the blowing plate.
  • the electrical conductivity of a plastic or a plastic composite can, for. B. be improved by integrated metal foils, metal wires or metal baubles.
  • a further idea here is that such a blowing plate provided as a pre-assembled, ie in contour and shape adapted to the forming and / or cutting area injection molded part is, wherein it is in such an injection molded part z.
  • B. may be a plastic over-molded metal foil.
  • the flat material to be reshaped and / or cut can be a metal sheet, in particular a steel sheet, a laminate sheet, in particular a sandwich sheet containing plastic, or an organic sheet. Furthermore, the flat material to be formed and / or cut can also be a plastic material or a plastic-containing material. These materials are preferably in the form of semi-finished products (for example plates, profiles and the like) or spatially shaped components. To transform these materials, a separate heat input may be required.
  • a flat material to be formed and in particular to be cut is a plastic material, preferably a fiber-reinforced plastic material and in particular a CFRP material.
  • Fiber-reinforced plastic materials are understood to be dimensionally stable and, in particular, also cured composite materials which consist of a plastic matrix and reinforcing fibers embedded therein, in particular carbon fibers. These materials are preferably in the form of semi-finished products (for example plates, profiles and the like) or spatially shaped components.
  • the cutting of fiber-reinforced plastic materials by the method according to the invention represents a very interesting aspect, since conventional devices for mechanical cutting of these materials, due to the fiber content contained therein, are subject to very high wear.
  • a reliable cutting of semi-finished products and components made of a fiber-reinforced plastic material is made possible, in particular, the very stable carbon fibers of a carbon fiber reinforced plastic material (CFRP) are reliably separated at the cutting edge.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic material
  • the cutting takes place without relative movements between tool parts, only a relatively small amount of wear occurs on the cutting edge or edges, whereby the operating costs are relatively low. Further advantages include good reproducibility of the cutting results and short processing times.
  • cuts in difficult to access component areas are possible, which are not accessible for mechanical cutting elements or for a cutting laser beam.
  • the cutting of fiber-reinforced plastic materials can also be carried out with only clamped driving plates and offers significant advantages over the conventional mechanical cutting of these materials.
  • the solution of the above object is also achieved by the fact that the blowing plate is incorporated or embedded at least locally and preferably only locally in the forming and / or cutting area in the flat material to be reshaped and / or cut.
  • the flat material to be formed and / or cut is provided, as it were, with at least one already integrated blowing plate for the cutting and / or forming process, wherein the at least one blowing plate is arranged in an area to be subsequently formed and / or cut.
  • a driving plate is z. B. so incorporated into the reshaped and / or to be cut flat material, that this forms part of the surface in the forming and / or cutting area or at least positioned near the surface. It is preferably provided that such a blowing plate is a blowing film (i.e., the film thickness is 0.5 mm or less). Instead of a sheet or a foil and wires or wire mesh could be incorporated into the sheet. Separate protection is claimed for such a flat material. Further developments are analogous to the preceding and following explanations.
  • a drive plate (possibly also of wires or wire mesh) z. B. be achieved in that in the curing tool at the appropriate location or at the appropriate places a metal foil is inserted, which is then embedded as close to the surface as possible in the composite material.
  • the incorporated blowing plate remains after forming and / or cutting in the flat material.
  • the blowing plate during forming and / or cutting, or afterwards, dissolved out of the composite material.
  • the blowing plate remains in a waste part and can be disposed of with it.
  • inventive methods can be carried out with a mobile or a stationary device, wherein protection is claimed separately for a mobile device. Further developments are analogous to the preceding and following explanations.
  • a mobile device may e.g. B. be executed as a pincer-like device, wherein the die and the coil, in particular interchangeable, are arranged on opposite legs and in this way on a semifinished product or on a component from the outer edge forth to a forming and / or interface (or to a Forming and / or cutting area) can be performed.
  • a blowing plate or a pre-assembled adhesive pad has to be glued to the flat material beforehand.
  • Such a device allows a very flexible introduction of holes in the sheet and / or performing local transformations.
  • the two-sided application of the die and coil to be reshaped and / or to be cut flat material, as well as the application of clamping forces, z. B.
  • Such a mobile device may e.g. B. be attached to a robot arm, a 3D guide or the like and hereby moved or guided.
  • a mobile device could be designed as a handheld device, which then ideally load compensation means are provided in order to handle this device can.
  • a stationary device is z. B. a locking device in which the die z. B. at a table and the coil are arranged on a relatively movable plunger. Again, it is preferably provided that the die and the coil are interchangeable received in this device. Also, magazines, such as Revolvermagazine, with different matrices and coils conceivable to allow a quick change and to achieve high flexibility.
  • Fig. 1a shows a schematic sectional view of a total of 100 designated device.
  • the device has a die 10 with a circumferential cutting edge 11, wherein the cutting edge 11 is formed at the upper end of a downwardly enlarging opening 12.
  • the die 10 is formed integrally with a subframe 20.
  • the die 10 is formed as a separate tool part and fixed to the sub-frame 20, which is indicated by the two dashed lines 14.
  • a cutting blade or the like may be provided.
  • the device 100 further comprises a coil 30, which is integrated in an actuator 40.
  • the coil 30 is positioned opposite the die 10 and with respect to aligned with the cutting edge 11.
  • the coil 30 is designed as a flat coil.
  • the electrical connection lines to the coil 30 are not shown.
  • the actuator 40 with the coil 30 is held in a top frame 50.
  • a plate-shaped flat material M to be cut is clamped.
  • a so-called blowing plate B is glued to the flat material M on the coil side.
  • a recess 51 is formed in the frame 50 on the contact side to the flat material M in order to make room for the blowing plate B.
  • Fig. 2 shows a modification in which, for example, the Fig. 1 (see in particular Fig. 1 b) the blowing plate B not cut, but the separated piece of surface A is replaced by the blowing plate B.
  • Fig. 3 shows a modification in which, for example, the Fig. 1 (see in particular Fig. 1a ) the blowing plate B is cut and positioned (ready-made blowing plate) so that it is located within the peripheral cutting edge 11 and subsequently driven through the cutting die 10 together with the separated surface piece A without being cut by itself.
  • the section line has a closed, z. B. circular, and level course.
  • z. B. a circular disk.
  • tubes (or the like) arbitrarily shaped cutting lines and in particular to introduce holes, in which case the matrices are formed as cutting mandrels.
  • Fig. 4a shows such a total designated P component, which is z. B. may be a deep-drawn or injection-molded component, or even a CFRP component act.
  • the dotted and designated C line indicates a closed and spatially extending cutting line along which a hole or an opening is to be introduced into the component P.
  • the introduction of the hole is analogous to the preceding explanations.
  • a blowing plate B is assembled and glued on the component P, that this is within the section line C (but this need not necessarily be so).
  • the blowing plate B is to be assembled and applied manually, a self-adhesive metal foil is recommended.
  • the component P is positioned in a cutting device with a correspondingly formed cutting die and a coil arranged correspondingly thereto (alternatively, a mobile device, as explained above, can be used).
  • the cutting operation is performed, wherein along the cutting line C, a surface piece is cut out, on which the blowing plate B remains glued.
  • Fig. 4c shows the component P with hole introduced W. The generated cutting edge is denoted by E.
  • the Fig. 5a and the Fig. 5b show analogous to Fig. 1 (or to the Fig. 1 a and 1 b) a device 100, the die 10, however, is not formed as a cutting die, but as a molding die.
  • the die 10 has a concave shaping section 13 (see Fig. 5a ), in the activation of the drive coil 30, the flat material M to be formed is driven in together with the driving plate B. Shows the final state of the transformation Fig. 5b ,
  • the shaping section 13 By appropriate design of the shaping section 13 also embossments in the flat material M can be generated.
  • the sheet material M formed into a shaped part can be removed after opening the device 100.
  • the blowing sheet B glued onto the flat material M is to be removed.
  • the blowing plate B for example as a reinforcement, could remain on the molded part.
  • a modification provides that the blowing plate is not glued directly to the flat material, but that at least one intermediate layer is disposed between the flat material and the blowing plate, which can also be glued or glued.
  • the effective compressive force by means of the intermediate layer and thus indirectly from the blowing plate B is transferred to the to be formed and / or to be cut flat material M.
  • z. B. the surface of the reshaped and / or to be cut flat material can be spared.
  • the lower frame 10 and the upper frame 50 have large masses. In addition, they are stiff and stable designed to avoid elastic or plastic deformation. Alternatively or additionally, z. B. by a press or locking device, locking forces are applied, which is indicated in the figures by the arrows denoted by F.
  • Fig . 6 shows a schematic sectional view of a flat material M made of an electrically non-conductive material, wherein it is z. B. may be a CFRP material.
  • a blowing plate B is incorporated, which forms a part of the turning surface of the coil. Gluing the drift plate, as in the FIGS. 1 to 5 shown, is not required in such an integrated blowing plate. For the rest, reference is made to the above explanations.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine mobile Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen und/oder Schneiden eines elektrisch schlecht leitenden oder eines elektrisch nicht leitenden Flachmaterials unter Verwendung wenigstens eines Treibblechs. Die Erfindung betrifft ferner auch ein speziell ausgebildetes Flachmaterial.
  • Unter einem Flachmaterial soll im Folgenden ein flächenhaft ausgebildeter und bei Raumtemperatur formfester Werkstoff verstanden werden, dessen Dicke bezüglich der flächigen Ausdehnung gering ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein solches Flachmaterial in Form eines Bauteils bzw. Formteils oder Halbzeugs vorliegt. Unter einem elektrisch schlecht leitenden Flachmaterial soll im Folgenden vorrangig verstanden werden, dass die spezifische Leitfähigkeit des Werkstoffs deutlich schlechter ist als die von Kupfer.
  • In der US 3,365,522 A sind ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen eines Kunststoff-Flachmaterials beschrieben. Hierzu wird das umzuformende Flachmaterial zwischen einer Spule und einer formgebenden Matrize positioniert und nachfolgend mittels magnetischer Druckkraft in die Matrize hineinverformt. Um die magnetische Druckkraft aufbauen zu können, wird zwischen dem umzuformenden Flachmaterial und der Spule ein so genanntes Treibblech angeordnet. Bei Aktivierung der Spule wird in dem elektrisch leitenden Treibblech ein Strom induziert, auf den das Magnetfeld der Spule eine abstoßende Druckkraft ausübt. Die hierbei im Treibblech auftretende kinetische Energie wird durch direkten Kontakt auf das umzuformende Flachmaterial übertragen. Durch Vorsehen von Schneidkanten oder dergleichen in der Matrize kann auch ein Schneiden des Flachmaterials bewerkstelligt werden.
  • Gemäß dem Stand der Technik wird das Treibblech auf das umzuformende Flachmaterial aufgeklemmt, wie z. B. in der DE 10 2005 013 539 A1 und DE 10 2005 013 540 A1 gezeigt. Dies ist aufwändig und führt häufig zu nicht zufriedenstellenden Ergebnissen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden können.
  • Diese Aufgabe wird sowohl von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 als auch von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgenden Erläuterungen gelten analog für beide Verfahren.
  • Gemäß dem Anspruch 8 bzw. dem Anspruch 9 erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein speziell ausgebildetes Flachmaterial und auf eine mobile Vorrichtung zur Durchführung eines Umform- und/oder Schneidvorgangs, wobei es sich insbesondere um eine Umform- und/oder Schneidvorrichtung handelt.
  • Die Lösung der obenstehenden Aufgabe gelingt zum einen dadurch, dass das Treibblech zumindest lokal im Umform- und/oder Schneidbereich auf das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial aufgeklebt wird bzw. aufgeklebt ist, wozu das Treibblech selbstklebend ausgebildet ist.
  • Das Aufkleben des Treibblechs erfolgt vor dem Schneid- und/oder Umformvorgang. Bevorzugt ist eine flächige Verklebung vorgesehen, wobei der Umform- und/oder Schneidbereich eben oder mit einer räumlichen Formgebung ausgebildet sein kann. Ebenso kann auch ein linienförmiger oder punktueller Klebstoffauftrag vorgesehen sein. Eine Schnittlinie kann einen offenen oder einen geschlossenen Verlauf aufweisen. Ferner kann eine Schnittlinie einen ebenen oder einen räumlichen bzw. dreidimensionalen Verlauf aufweisen. Das Treibblech ist ebenfalls aus einem Flachmaterial gebildet, wobei es sich nicht zwingend um ein Metallblech handeln muss, wie nachfolgend noch näher erläutert. Dem Aufkleben des Treibblechs steht nicht entgegen, dass dieses ergänzend in herkömmlicher Weise auch aufgeklemmt werden kann.
  • Durch das Aufkleben bzw. Verkleben des Treibblechs entfällt das bislang erforderliche und zum Teil sehr aufwändige Positionieren und Festklemmen des Treibblechs in den entsprechenden Vorrichtungen. Auch das bislang erforderliche gesonderte Auswechseln des Treibblechs entfällt. Somit kann der gesamte Umform- und/oder Schneidprozess einfacher gehandhabt und schneller durchgeführt werden. Zudem kann die Konstruktion der entsprechenden Vorrichtungen (Werkzeuge) vereinfacht werden. Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, dass fast durchweg bessere Umform- und/oder Schneidergebnisse erzielt werden, da gewährleistet ist, dass sich das Treibblech stets in einem optimalen Kontakt mit dem umzuformenden und/oder zu schneidenden Flachmaterial befindet, was im Übrigen auch zu einem besseren energetischen Wirkungsgrad führt. Dies ist keine abschließende Aufzählung.
  • Das aufzuklebende Treibblech ist selbstklebend ausgebildet. Hierunter ist zu verstehen, dass das Treibblech zumindest einseitig mit einer Klebschicht versehen ist, die bis zum Aufkleben auf dem Flachmaterial z. B. durch eine Schutzfolie oder dergleichen geschützt ist, welche dann vor Ort und vor dem Verkleben entfernt werden muss. Die Klebschicht kann als flächig aufgebrachter Klebfilm ausgebildet sein. Ebenso kann die Klebschicht in Form von Klebfilmstreifen bzw. Klebfilmbahnen, Klebfilmpunkten oder dergleichen ausgebildet sein. Anstelle eines solchen Klebfilms können auch Klebnoppen oder dergleichen vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial zumindest im Umform- und/oder Schneidbereich bereits mit einer Klebschicht gemäß vorausgehenden Erläuterungen versehen ist.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das aufzuklebende Treibblech als ein vorkonfektioniertes Klebepad bereitgestellt wird. Unter einem vorkonfektionierten Klebepad wird ein in der Kontur (Umriss) und/oder Formgebung an den Umform- und/oder Schneidbereich angepasstes Blechstück oder dergleichen verstanden. Hierdurch gelingt es, ein für die Druckkraftausbildung optimiertes Treibblech bereitzustellen. Das Klebepad ist bevorzugt einseitig mit einer Klebschicht ausgestattet, wie obenstehend erläutert. Derartige Klebepads können als Serienteile bereitgestellt oder nach Bedarf einzeln, insbesondere vor Ort, angefertigt werden. Da es sich bei den Treibblechen um Verschleißteile handelt, kann durch Verwendung von passend vorkonfektionierten Treibblechen die Abfallmenge reduziert werden.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass ein solches Klebepad bezüglich der im Wesentlichen durch die Matrize vorgegebenen Kontur des Umform- und/oder Schneidbereichs mit einer kleineren und vorrangig nur geringfügig kleineren Kontur ausgebildet ist, wobei dieses Treibblech dann innerhalb des tatsächlichen Umform- und/oder Schneidbereichs auf das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial aufgeklebt wird. In diesem Fall kann das Treibblech mitgeformt oder zusammen mit dem Flachmaterial durch eine Schneidmatrize hindurch gedrückt werden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass das Klebepad größer als der Umform- und/oder Schneidbereich ausgebildet ist und damit z. B. an seinem Außenrand zusätzlich aufgeklemmt werden kann. In diesem Fall sind für den Umform- und/oder Schneidvorgang mehrere Szenarien möglich. Bei einem ersten Szenario wird das aufgeklebte Treibblech zusammen mit dem umzuformenden und/oder zu schneidenden Flachmaterial umgeformt und/oder getrennt. Bei einem zweiten Szenario löst sich das aufgeklebte Treibblech beim Umformen und/oder Schneiden vom Flachmaterial ab, wie nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dicke des Treibblechs kleiner oder gleich 1 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 0,8 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,5 mm und insbesondere bevorzugt kleiner oder gleich 0,3 mm ist. Ein Treibblech mit einer Dicke von kleiner oder gleich 0,5 mm kann auch als Treibfolie bezeichnet werden. Gerade bei der Einzelanfertigung und insbesondere manuellen Einzelanfertigung von vorkonfektionierten Klebepads erweist sich der Einsatz von Treibfolien als besonders vorteilhaft.
  • Als Werkstoff für das Treibblech bzw. für die Treibfolie kommen bevorzugt Aluminium und Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, sowie silberhaltige Legierung in Betracht.
  • Alternativ kann als Werkstoff für das Treibblech ein elektrisch leitfähiger Kunststoff oder ein Kunststoffverbund verwendet werden. Die elektrische Leitfähigkeit eines Kunststoffs oder ein Kunststoffverbunds kann z. B. durch eingebundene Metallfolien, Metalldrähte oder Metallflitter verbessert werden. Eine weiterführende Idee hierbei ist, dass ein solches Treibblech als vorkonfektioniertes, d. h. in Kontur- und Formgebung an den Umform- und/oder Schneidbereich angepasstes Spritzgussteil bereitgestellt wird, wobei es sich bei einem solchen Spritzgussteil z. B. um eine mit Kunststoff umspritzte Metallfolie handeln kann.
  • Bei dem umzuformenden und/oder zu schneidenden Flachmaterial kann es sich um ein Metallblech, wie insbesondere ein Stahlblech, ein Laminatblech, wie insbesondere ein Kunststoff enthaltendes Sandwichblech, oder um ein Organoblech handeln. Ferner kann es sich bei dem umzuformenden und/oder zu schneidenden Flachmaterial auch im ein Kunststoffmaterial oder ein kunststoffhaltiges Material handeln. Diese Materialien liegen bevorzugt in Form von Halbzeugen (bspw. Platten, Profilen und dergleichen) oder räumlich geformten Bauteilen vor. Zur Umformung dieser Materialien ist gegebenenfalls eine gesonderte Wärmeeinbringung erforderlich.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei einem umzuformenden und insbesondere zu schneidenden Flachmaterial um ein Kunststoffmaterial, bevorzugt um ein faserverstärktes Kunststoffmaterial und insbesondere um ein CFK-Material handelt. Unter faserverstärkten Kunststoffmaterialien werden formstabile und insbesondere auch ausgehärtete Verbundwerkstoffe verstanden, die aus einer Kunststoffmatrix und darin eingebetteten Verstärkungsfasern, wie insbesondere Kohlenstofffasern, bestehen. Diese Materialien liegen bevorzugt in Form von Halbzeugen (bspw. Platten, Profilen und dergleichen) oder räumlich geformten Bauteilen vor.
  • Vor allem das Schneiden von faserverstärkten Kunststoffmaterialien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt einen sehr interessanten Aspekt dar, da herkömmliche Vorrichtungen zum mechanischen Schneiden dieser Materialien, aufgrund des darin enthaltenen Faseranteils, einem sehr hohen Verschleiß unterliegen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zuverlässiges Schneiden von Halbzeugen und Bauteilen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial ermöglicht, wobei insbesondere auch die sehr stabilen Kohlenstofffasern eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterials (CFK) an der Schneidkante verlässlich getrennt werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schneiden ohne Relativbewegungen zwischen Werkzeugteilen erfolgt, tritt nur ein verhältnismäßig geringer Verschleiß an der oder den Schneidkanten auf, wodurch die Betriebskosten verhältnismäßig gering ausfallen. Als weitere Vorteile sind eine gute Reproduzierbarkeit der Schneidergebnisse und kurze Prozesszeiten zu nennen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind ferner auch Schnittführungen in schwer zugänglichen Bauteilbereichen möglich, die für mechanische Schneidelemente oder auch für einen Schneid-Laserstrahl nicht zugänglich sind.
  • Das Schneiden von faserverstärkten Kunststoffmaterialien kann ebenfalls mit nur aufgeklemmten Treibblechen durchgeführt werden und bietet auch dann gegenüber dem herkömmlichen mechanischen Schneiden dieser Materialien deutliche Vorteile.
  • Die Lösung der obenstehenden Aufgabe gelingt zum anderen aber auch dadurch, dass das Treibblech zumindest lokal und bevorzugt nur lokal im Umform- und/oder Schneidbereich in das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial eingearbeitet oder eingebettet ist.
  • Das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial wird quasi mit wenigstens einem bereits integrierten Treibblech für den Schneid- und/oder Umformprozess bereitgestellt, wobei das wenigstens eine Treibblech in einem nachfolgend umzuformenden und/oder zu schneidenden Bereich angeordnet ist. Ein Treibblech ist z. B. derart in das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial eingearbeitet, dass dieses im Umform- und/oder Schneidbereich einen Teil der Oberfläche ausbildet oder zumindest oberflächennah positioniert ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei einem solchen Treibblech um eine Treibfolie (d. h. die Foliendicke beträgt 0,5 mm oder weniger) handelt. Anstelle eines Bleches oder eine Folie könnten auch Drähte oder Drahtgeflechte in das Flachmaterial eingearbeitet sein. Für ein solches Flachmaterial wird gesondert Schutz beansprucht. Weiterbildungen ergeben sich analog zu den vorausgehenden und nachfolgenden Erläuterungen.
  • Bei einem CFK-Flachmaterial kann die Integration eines Treibblechs (gegebenenfalls auch von Drähten oder Drahtgeflechten) z. B. dadurch erreicht werden, dass in das aushärtende Werkzeug an der entsprechenden Stelle bzw. an den entsprechenden Stellen eine Metallfolie eingelegt wird, die dann möglichst oberflächennah in den Werkstoffverbund eingebettet wird.
  • Auch hier sind für das Umformen und/oder Schneiden verschiedene Szenarien möglich. Bei einem ersten Szenario verbleibt das eingearbeitete Treibblech nach dem Umformen und/oder Schneiden im Flachmaterial. Bei einem zweiten Szenario wird das Treibblech beim Umformen und/oder Schneiden, oder danach, aus dem Materialverbund herausgelöst. Bei einem dritten Szenario verbleibt das Treibblech in einem Abfallteil und kann zusammen mit diesem entsorgt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren können mit einer mobilen oder einer stationären Vorrichtung durchgeführt werden, wobei für eine mobile Vorrichtung gesondert Schutz beansprucht wird. Weiterbildungen ergeben sich analog zu den vorausgehenden und nachfolgenden Erläuterungen.
  • Eine mobile Vorrichtung kann z. B. als zangenartige Vorrichtung ausgeführt sein, wobei die Matrize und die Spule, insbesondere auswechselbar, an gegenüberliegenden Schenkeln angeordnet sind und auf diese Weise an einem Halbzeug oder an einem Bauteil vom Außenrand her zu einer Umform- und/oder Schnittstelle (bzw. zu einem Umform- und/oder Schneidbereich) geführt werden können. An der Umform- und/oder Schnittstelle ist zuvor ein Treibblech oder ein vorkonfektioniertes Klebepad auf das Flachmaterial aufzukleben. Eine solche Vorrichtung ermöglicht ein sehr flexibles Einbringen von Löchern in das Flachmaterial und/oder das Durchführen von lokalen Umformungen. Das beidseitige Anlegen von Matrize und Spule an das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial, sowie das Aufbringen von Zuhaltekräften, kann z. B. mit hydraulischen, pneumatischen und/oder elektromechanischen Stellmittel bewerkstelligt werden. Eine solche mobile Vorrichtung kann z. B. an einem Roboterarm, einer 3D-Führung oder dergleichen befestigt sein und hiermit bewegt bzw. geführt werden. Ebenso könnte eine solche mobile Vorrichtung als Handvorrichtung ausgeführt sein, wobei dann idealerweise Lastausgleichsmittel vorzusehen sind, um diese Vorrichtung handhaben zu können.
  • Eine stationäre Vorrichtung ist z. B. eine Schließvorrichtung, bei der die Matrize z. B. an einem Tisch und die Spule an einem hierzu relativbeweglichen Stößel angeordnet sind. Auch hier ist bevorzugt vorgesehen, dass die Matrize und die Spule auswechselbar in dieser Vorrichtung aufgenommen sind. Auch sind Magazine, wie bspw. Revolvermagazine, mit verschiedenen Matrizen und Spulen denkbar, um einen schnellen Wechsel zu ermöglichen und eine hohe Flexibilität zu erreichen.
  • Die Erfindung und das erfindungsgemäße Prinzip werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt in zwei Teilbildern das Schneiden eines Flachmaterials, vor dem Schneidvorgang (Fig. 1 a) und unmittelbar nach dem Schneidvorgang (Fig. 1b).
    Fig. 2
    zeigt eine erste Abwandlung.
    Fig. 3
    zeigt eine zweite Abwandlung.
    Fig. 4
    zeigt in drei Teilbildern das Einbringen eines Lochs in ein Bauteil.
    Fig. 5
    zeigt in zwei Teilbildern das Umformen eines Flachmaterials, vor dem Umformvorgang (Fig. 5a) und unmittelbar nach dem Umformvorgang (Fig. 5b).
    Fig. 6
    zeigt ein Flachmaterial mit integriertem Treibblech.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Komponenten mit den selben Bezugszeichen benannt. Im Übrigen soll darauf hingewiesen werden, dass im Rahmen der Erfindung die Merkmale der nachfolgend erläuterten Beispiele beliebig kombinierbar sind, sofern sich hieraus kein technischer Widerspruch ergibt.
  • Fig. 1a zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine insgesamt mit 100 bezeichnete Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine Matrize 10 mit einer umlaufenden Schneidkante 11 auf, wobei die Schneidkante 11 am oberen Ende eines sich nach unten vergrößernden Durchbruchs 12 ausgebildet ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Matrize 10 einstückig mit einem Unterrahmen 20 ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Matrize 10 als separates Werkzeugteil ausgebildet und am Unterrahmen 20 befestigt ist, was durch die beiden gestrichelten Linien 14 angedeutet ist. Anstelle der gezeigten Schneidkante 11 kann eine Schneidklinge oder dergleichen vorgesehen sein.
  • Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Spule 30 auf, die in einem Aktuator 40 integriert ist. Die Spule 30 ist gegenüberliegend zur Matrize 10 positioniert und bezüglich der Schneidkante 11 ausgerichtet. In dem gezeigten Beispiel ist die Spule 30 als Flachspule ausgeführt. Die elektrischen Anschlussleitungen zur Spule 30 sind nicht dargestellt. Der Aktuator 40 mit der Spule 30 ist in einem Oberrahmen 50 gehalten.
  • Zwischen dem Unterrahmen 20 und dem Oberrahmen 50 ist ein zu schneidendes plattenförmiges Flachmaterial M eingeklemmt. Im Bereich zwischen der Matrize 10 und der Spule 30 ist spulenseitig ein so genanntes Treibblech B auf das Flachmaterial M aufgeklebt. In dem gezeigten Beispiel ist im Rahmen 50 an der Kontaktseite zum Flachmaterial M eine Ausnehmung 51 ausgebildet, um Platz für das Treibblech B zu schaffen.
  • Bei elektrischer Aktivierung der Spule 30, was z. B. durch Kondensatorentladung erfolgen kann, wird im Treibblech B ein Strom induziert, auf den das Magnetfeld der Spule 30 eine abstoßende Druckkraft ausübt, wodurch das Treibblech B von der Spule 30 weggedrückt wird. Die hierbei im Treibblech B wirkende kinetische Energie wird direkt (durch Berührungskontakt) auf das zu schneidende Flachmaterial M übertragen. Hierdurch wird das Flachmaterial M in die Ausnehmung 12 getrieben und an der Schneidkante 11 vom übrigen zwischen Unterrahmen 20 und Oberrahmen 50 befindlichen Flachmaterial M abgetrennt, wie in Fig. 1b gezeigt. Gleiches gilt für das aufgeklebte Treibblech B, das ebenfalls an der Schneidkante 11 geschnitten bzw. abgetrennt wird. Das vom Flachmaterial M abgetrennte Flächenstück ist mit A bezeichnet, wobei es sich je nach Verwendungszweck um ein Abfallstück oder um ein Schnittteil (Gebrauchsstück) handeln kann. Wie gezeigt, verbleibt auf dem Flächenstück A das mit durchtrennte Treibblech B.
  • Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der entgegen zum Beispiel der Fig. 1 (siehe insbesondere Fig. 1 b) das Treibblech B nicht mitgeschnitten, sondern das herausgetrennte Flächenstück A vom Treibblech B abgelöst wird. Fig. 3 zeigt eine Abwandlung, bei der abweichend zum Beispiel der Fig. 1 (siehe insbesondere Fig. 1a) das Treibblech B so zugeschnitten und positioniert ist (konfektioniertes Treibblech), dass es sich innerhalb der umlaufenden Schneidkante 11 befindet und in der Folge, ohne selbst geschnitten zu werden, zusammen mit dem abgetrennten Flächenstück A durch die Schneidmatrize 10 getrieben wird.
  • In den in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigten Beispielen weist die Schnittlinie einen geschlossenen, z. B. kreisförmigen, und ebenen Verlauf auf. Bei dem herausgetrennten Flächenstück A handelt es sich demnach z. B. um eine Kreisscheibe. In analoger Weise ist es möglich, offene und/oder dreidimensionale Schnittlinienverläufe zu erzeugen. Ebenfalls ist es in analoger Weise möglich, in Rohre (oder dergleichen) beliebig geformte Schnittlinien und insbesondere Löcher einzubringen, wobei in diesen Fällen die Matrizen als Schneiddorne ausgebildet sind.
  • Im Zusammenhang mit Fig. 4 wird nachfolgend das Einbringen eines Lochs in ein aus einem Flachmaterial gebildetes Bauteil erläutert. Fig. 4a zeigt ein solches insgesamt mit P bezeichnetes Bauteil, wobei es sich z. B. um ein tiefgezogenes oder spritzgegossenes Bauteil, oder auch um ein CFK-Bauteil, handeln kann. Die gepunktete und mit C bezeichnete Linie gibt eine geschlossene und räumlich verlaufende Schnittlinie an, entlang derer in das Bauteil P ein Loch bzw. ein Durchbruch eingebracht werden soll. Das Einbringen des Lochs erfolgt analog zu den vorausgehenden Erläuterungen.
  • Zunächst wird ein Treibblech B derart konfektioniert und auf das Bauteil P aufgeklebt, dass sich dieses innerhalb der Schnittlinie C befindet (dies muss jedoch nicht zwangsläufig so sein). Dies zeigt Fig. 4b. Soll das Treibblech B manuell konfektioniert und aufgebracht werden, bietet sich eine selbstklebende Metallfolie an. Anschließend wird das Bauteil P in einer Schneidvorrichtung mit einer entsprechend ausgebildeten Schneidmatrize und einer korrespondierend hierzu angeordneten Spule positioniert (alternativ kann eine mobile Vorrichtung, wie obenstehend erläutert, verwendet werden). Anschließend wird der Schneidvorgang durchgeführt, wobei entlang der Schnittlinie C ein Flächenstück herausgetrennt wird, auf dem das Treibblech B aufgeklebt verbleibt. Fig. 4c zeigt das Bauteil P mit eingebrachtem Loch W. Die erzeugte Schnittkante ist mit E bezeichnet.
  • Die Fig. 5a und die Fig. 5b zeigen analog zur Fig. 1 (bzw. zu den Fig. 1 a und 1 b) eine Vorrichtung 100, deren Matrize 10 jedoch nicht als Schneidmatrize, sondern als Formmatrize ausgebildet ist. Hierzu weist die Matrize 10 einen konkav ausgebildeten Formgebungsabschnitt 13 auf (siehe Fig. 5a), in den bei Aktivierung der Treibspule 30 das umzuformende Flachmaterial M zusammen mit dem Treibblech B hineingetrieben wird. Den Endzustand der Umformung zeigt Fig. 5b.
  • Durch entsprechende Ausbildung des Formgebungsabschnitts 13 können auch Prägungen im Flachmaterial M erzeugt werden. Das zu einem Formteil umgeformte Flachmaterial M kann nach Öffnen der Vorrichtung 100 entnommen werden. Je nach Verwendungszweck des hergestellten Formteils ist gegebenenfalls das auf das Flachmaterial M aufgeklebte Treibblech B zu entfernen. Ebenso könnte das Treibblech B, bspw. als Verstärkung, auf dem Formteil verbleiben.
  • In analoger Weise zu den in den Figuren gezeigten Beispielen ist auch ein kombinierter Schneid- und Umformvorgang denkbar, bei dem das Flachmaterial in beliebiger Abfolge sowohl umgeformt als auch geschnitten wird.
  • Eine Abwandlung sieht vor, dass das Treibblech nicht direkt auf das Flachmaterial aufgeklebt wird, sondern dass zwischen dem Flachmaterial und dem Treibblech wenigstens eine Zwischenschicht angeordnet wird, die gleichfalls aufgeklebt bzw. verklebt werden kann. In diesem Fall wird die wirksame Druckkraft mittels der Zwischenlage und somit indirekt vom Treibblech B auf das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial M übertragen. Hierdurch kann z. B. die Oberfläche des umzuformenden und/oder zu schneidenden Flachmaterials geschont werden.
  • Um die beim elektromagnetischen Umformen und/oder Schneiden auftretenden und teilweise sehr hohen Kräfte abzufangen, weisen der Unterrahmen 10 und der Oberrahmen 50 große Massen auf. Zudem sind diese steif und stabil ausgeführt, um eine elastische oder plastische Verformung zu vermeiden. Alternativ oder ergänzend können, z. B. von einer Presse oder Schließvorrichtung, Zuhaltekräfte aufgebracht werden, was in den Figuren durch die mit F bezeichneten Pfeile angedeutet ist.
  • Fig. 6 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Flachmaterial M aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wobei es sich z. B. um ein CFK-Material handeln kann. In das Flachmaterial M ist ein Treibblech B eingearbeitet, welches einen Teil der der Spule zuzuwenden Oberfläche ausbildet. Ein Verkleben des Treibblechs, wie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt, ist bei einem derart integrierten Treibblech nicht erforderlich. Im Übrigen wird auf die obenstehenden Erläuterungen verwiesen.
    • Bezugszeichenliste Elektromagnetisches Umformen und/oder Schneiden mit aufgeklebten Treibblech
    • 10
    Matrize
    11
    Schneidkante
    12
    Durchbruch
    13
    Formgebungsabschnitt
    14
    Werkzeugtrennlinie
    20
    Unterrahmen
    30
    Spule
    40
    Aktuator
    50
    Oberrahmen
    51
    Ausnehmung
    100
    Vorrichtung
    A
    Flächenstück (Schnittteil)
    B
    Treibblech
    C
    Schnittlinie, Schnittlinienverlauf
    E
    Schnittkante
    F
    Zuhaltekraft
    M
    Flachmaterial
    W
    Loch

Claims (9)

  1. Verfahren zum elektromagnetischen Umformen und/oder Schneiden eines elektrisch schlecht leitenden oder eines elektrisch nicht leitenden Flachmaterials (M) unter Verwendung wenigstens eines Treibblechs (B), das im Umform- und/oder Schneidbereich eine von einer Spule (30) erzeugte magnetische Druckkraft auf das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial (M) überträgt, wobei
    das Treibblech (B) zumindest lokal im Umform- und/oder Schneidbereich auf das umzuformenden und/oder zu schneidende Flachmaterial (M) aufgeklebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzuklebende Treibblech (B) selbstklebend ausgebildet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das aufzuklebende Treibblech (B) als ein vorkonfektioniertes Klebepad bereitgestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dicke des Treibblechs (B) ≤ 1 mm, bevorzugt ≤ 0,8 mm, insbesondere ≤ 0,5 mm und insbesondere bevorzugt ≤ 0,3 mm ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Treibblech (B) aus einem Aluminiumwerkstoff, einem Kupferwerkstoff oder einem silberhaltigen Werkstoff besteht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Treibblech (B) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff oder Kunststoffverbund besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es sich bei dem umzuformenden und vorrangig zu schneidenden Flachmaterial (M) um ein Kunststoffmaterial, bevorzugt um ein faserverstärktes Kunststoffmaterial und insbesondere um ein CFK-Material handelt.
  7. Verfahren zum elektromagnetischen Umformen und/oder Schneiden eines elektrisch schlecht leitenden oder eines elektrisch nicht leitenden Flachmaterials (M) unter Verwendung wenigstens eines Treibblechs (B), das im Umform- und/oder Schneidbereich eine von einer Spule (30) erzeugte magnetische Druckkraft auf das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial (M) überträgt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Treibblech (B) zumindest lokal im Umform- und/oder Schneidbereich in das umzuformende und/oder zu schneidende Flachmaterial (M) eingearbeitet ist.
  8. Flachmaterial (M), insbesondere ein als Halbzeug ausgebildetes Kunststoffmaterial oder faserverstärktes Kunststoffmaterial, das zumindest lokal in wenigstens einem zum elektromagnetischen Umformen und/oder Schneiden vorgesehenen Bereich mit einem eingearbeiteten Treibblech (B), insbesondere einer metallischen Treibfolie, ausgebildet ist.
  9. Mobile Vorrichtung zur Durchführung eines Umform- und/oder Schneidvorgangs an einem elektrisch schlecht leitenden oder einem elektrisch nicht leitenden Flachmaterial (M) nach einem Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei diese Vorrichtung als zangenartige Vorrichtung ausgeführt ist, derart, dass eine Matrize und eine Spule an gegenüberliegenden Schenkeln angeordnet sind und auf diese Weise an einem Halbzeug oder an einem Bauteil vom Außenrand her zu einer Umform- und/oder Schnittstelle geführt werden können.
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