EP3448593A1 - Einrichtung und verfahren zum umformen von werkstücken mittels magnetpulsumformung - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum umformen von werkstücken mittels magnetpulsumformung

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EP3448593A1
EP3448593A1 EP17713289.1A EP17713289A EP3448593A1 EP 3448593 A1 EP3448593 A1 EP 3448593A1 EP 17713289 A EP17713289 A EP 17713289A EP 3448593 A1 EP3448593 A1 EP 3448593A1
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EP
European Patent Office
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forming
tool
magnetic
workpiece
magnetumformvorrichtung
Prior art date
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EP17713289.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3448593B1 (de
Inventor
Matthias Dünckelmeyer
Christian Sperl
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Publication of EP3448593A1 publication Critical patent/EP3448593A1/de
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Publication of EP3448593B1 publication Critical patent/EP3448593B1/de
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/42—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by magnetic means, e.g. electromagnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets

Definitions

  • a device for forming workpieces by means of magnetic pulse transformation is specified. Furthermore, a method for forming workpieces, in particular a Magnetumform compiler for forming body panels, specified.
  • Magnetic transformation is an electrodynamic high-energy conversion process for the cold forming of flat and cylindrical semi-finished products made of electrically conductive materials by means of pulsed magnetic fields.
  • the positioned in the vicinity of the coil workpiece is formed without contact by the force of a pulsed magnetic field of very high intensity, that is without mechanical contact with a tool on the magnet-facing side. As a result, neither surface contamination nor tool marks occur.
  • the magnetic forming method is based on the physical fact that a time-varying magnetic field induces eddy currents in adjacent electrically conductive bodies.
  • the strength of the induced currents and thus the force acting on the workpiece depend crucially on the electrical conductivity of the material used.
  • the magnetic field exerts forces whose strength depends on the spatial gradient of the magnetic flux density and on the size of the induced currents, so that the conductive body to be reshaped experiences a force opposite to the coil direction. This force acts only a few microseconds while the discharge of the capacitors takes place.
  • the workpiece absorbs the required forming energy in the form of a pulse, which accelerates it and reaches speeds of up to 300 m / s.
  • the occurring in the workpiece Tensions so high that a flow occurs in the sense of forming technology and the shape of the underlying tool under the workpiece is adopted.
  • Magnetic fields suitable for magnetic forming are generated, for example, by discharging charged capacitors over a coil adapted to the workpiece geometry over a period of a few tens of microseconds, whereby a very high magnetic field pulse is generated in the region of the workpiece surface.
  • the magnetic forces cause expansion of the coil and movement of the workpiece towards lower fields.
  • Coil and forming tool three basic forms of the process are distinguished, namely compression, expansion and flat forming.
  • flat forming is usually a flat, spiral-shaped coil parallel to a flat sheet metal workpiece, which lies on an underlying forming tool or a die arranged. If the magnetic field is generated directly above the material, it is pressed by the electromagnetic forces into the recesses of the forming tool or die. The magnetic field acts like a conventional press stamp.
  • the pulsed magnetic field can be metered very accurately, which makes it possible to press metals onto glass, plastics, composites or metals with high repeat accuracy. Magnetic fields and magnetic forces work unimpeded through materials such as glass, ceramics and plastic, therefore, magnetic forming can also be applied under vacuum, a protective gas atmosphere or under clean room conditions. Also, the transformation in a liquid is possible (eg water). In this case, the magnetic pulse is transmitted in waveform through the fluid.
  • the advantage here is that only one side a tool is required and that high degrees of deformation can be realized.
  • the Very short process times of less than 0.1 seconds allow rapid mass production of components, inasmuch as the required energy of capacitors is available. Prerequisite for the application of the method is a good conductivity of the material to be formed.
  • high-strength steel and aluminum alloys can be cold formed almost arbitrarily, without causing cracks in the material.
  • forming is the generic term for all manufacturing processes in which metals or thermoplastics are purposefully plastically shaped, whereby a pre-shaped primary material is formed into a semi-finished product or workpieces are produced from the semi-finished product, thereby maintaining its mass and cohesion Forming differs from deformation in that the shape change is deliberately introduced, whereas deformation is a non-targeted plastic deformation.
  • Forming lines currently known in the art include a variety of presses and thermoformers in which solid and high strength steels are cold, semi-warm or hot formed. For this purpose, the material is partially heated in the press or thermoforming and then transformed. Usually, a forming is carried out per station, so that the workpieces are transported between the individual stations by hand or fully automatically.
  • Forming in several steps can have different reasons, one of which is the limited formability of the material per work step.
  • components are reheated between the forming steps to reduce the stresses in the material introduced during forming. This has a high energy expenditure as well as a longer one Process time result.
  • the transformation of steel requires a lot of energy for forming and heating the material.
  • Umform Nodes often have high equipment costs and, especially during the hot forming process, a high energy consumption, u.a. since the hot forming process requires heating of the sheets for deformation. Further limitations are given by limited deformation rates during metal forming by long forming times.
  • a device for shaping workpieces described here has, according to at least one embodiment, a first magnetic conversion device and a second magnetic conversion device.
  • the device can be designed in particular for forming metal sheets, for example body panels.
  • the first magnetic forming device preferably has at least one first forming tool and at least one first magnetic tool.
  • the second magnetic forming device preferably has at least one second forming tool and at least one second magnetic tool.
  • the forming tools may each be dies act.
  • the magnetic tools may each comprise one or more coils.
  • the first magnetic forming apparatus is preferably configured to receive a workpiece, such as a workpiece. a metal sheet to transform in a first Magnetumform mixes.
  • the second magnet-forming device is preferably designed to further reshape the workpiece following the first magnet-forming process in a second magnet-forming process.
  • the device for forming workpieces can be designed as a forming line or a magnetic forming line.
  • the first magnetic forming process can be referred to here and below as the first forming process.
  • the second magnetic forming process can be referred to here and below as the second forming process.
  • the first magnetic forming device and the second magnetic forming device are formed as directly adjacent to each other forming devices.
  • the means for forming may be configured such that no further forming devices are provided between the first magnetic forming device and the second magnetic forming device.
  • the first magnetic converting device and the second magnetic converting device can thus be arranged directly adjacent to each other within a forming line.
  • the means for forming in addition to the first and second Magnetumformvoriques one or more further forming devices, which may in particular also be designed as Magnetumformvortechnischen on.
  • the productivity, the effectiveness and the energy efficiency of a forming line can be significantly increased in comparison with conventional forming devices.
  • the Magnet forming can be achieved high degrees of deformation, inter alia, in ultra-high strength steels.
  • components can be redesigned. As a result, weight and cost reductions can be achieved, for example by redesigning several components into one.
  • the device for forming workpieces has a changing device for changing the magnetic tools.
  • the changing device may e.g. be formed such that the first magnetic tool and the second magnetic tool can be changed after a first forming or magnet forming process.
  • the first magnetic tool used in a first forming operation can be moved away immediately after the first forming operation by means of the changing device.
  • the second magnet tool can then be brought into the correct position by the changing device, so that the second forming process or the second magnet forming process can be performed by means of the second magnetic tool.
  • the device for forming workpieces has a changing device for moving or changing the first forming tool and / or the second forming tool.
  • the changing device can be designed for example for the method and / or rotation and / or pivoting of the first forming tool and / or the second forming tool.
  • the first forming tool can be moved away immediately after a first forming operation, in which the first forming tool has been used, by means of the changing device.
  • the second forming tool can then preferably be brought by the changing device in the correct position to perform the second forming process or the second magnetic forming process using the second forming tool.
  • the device is designed such that the first forming tool and the second forming tool are each arranged on a tool table.
  • the tool tables can also be referred to hereafter as support tables.
  • the forming tools may each be mounted on a tool table.
  • the tool tables can preferably be moved, in particular moved and / or pivoted and / or rotated by means of the changing device for changing the forming tools.
  • the device for forming workpieces has a handling device.
  • the handling device is preferably designed to supply the workpiece after completion of the first magnetic forming process of the second Magnetumformvoriques.
  • the handling device can be designed such that the workpiece can be removed from the first forming tool by means of the handling device after the first magnetic forming process and arranged on the second forming tool.
  • the handling device may be designed as a robot or as a manipulator.
  • the handling device preferably has one or more grippers, by means of which the workpiece can be gripped.
  • the first magnetic tool differs from the second magnetic tool.
  • the magnetic tools may differ from each other in particular with regard to their shape, size and / or power.
  • a method for forming a workpiece is specified.
  • the method may in particular be a method for forming a metal sheet, for example a body panel, act.
  • a device for forming workpieces described here is provided.
  • the device may have one or more features of the aforementioned embodiments.
  • at least one workpiece to be formed is provided.
  • the workpiece is formed by means of the first magnetic forming device.
  • the workpiece is reshaped in a first magnetic forming process using the first magnetic tool and the first forming tool.
  • the workpiece in a second forming operation by means of the second Magnetumformvoriques, that is using the second magnetic tool and the second forming tool, further formed.
  • the second forming operation occurs immediately after the first forming operation, i. Between the first forming process and the second forming process, no further forming operations take place.
  • the first magnetic tool and the second magnetic tool are changed between the first forming operation and the second forming operation.
  • the first magnetic tool e.g. by a changing device to be moved away after the completion of the first forming operation.
  • the second magnetic tool can then, for example, also by the changing device, which are brought to the position that the second forming operation by means of the second magnetic tool can be performed.
  • the second magnetic tool can be moved to the same position in which the first magnetic tool was located during the first forming operation.
  • the first forming tool and / or the second forming tool are moved between the first forming operation and the second forming operation.
  • the Move forming tools between the two forming operations and / or pivoted and / or rotated can be used.
  • the forming tools can be arranged, for example, each on a tool table, wherein the tool tables can be moved or pivoted by the changing device.
  • the second forming tool can be brought into the correct position in order to carry out the second magnetic forming process.
  • the second forming tool or the associated tool table can be brought after the first Magnetumform perspectives by means of the changing device in the position in which the first forming tool or the associated tool table was arranged during the first Magnetumformraties.
  • the workpiece is moved by a handling device, for example a manipulator, to the second forming tool.
  • the workpiece may e.g. removed by one or more grippers after the first forming process from the first forming tool and, for example, by a method or pivoting of the forming tools, are arranged on the second forming tool.
  • the second forming operation of the workpiece by means of the second magnetic tool and the second forming tool can be performed.
  • the workpiece it is furthermore possible for the workpiece to be raised and then subsequently, i.e. after a first forming operation by the handling device, for a change of the forming tool. after a change of the forming tool, must be lowered again.
  • the means described herein for forming workpieces or by the method described here can be advantageously in a simple manner high degrees of deformation and undercuts achieve.
  • the device described here is inexpensive to implement compared to conventional press lines.
  • the method is also characterized by low forming times, for example, less than 0.1 seconds, and by low energy consumption, especially since no heating of the workpieces is needed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of the device for forming workpieces from FIG. 1.
  • identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly thick or large in size for better representability and / or better understanding.
  • Figures 1 and 2 each show a schematic representation of a device 100 for forming workpieces 3 according to an embodiment.
  • the device 100 has a first magnetic forming device 1 with a first forming tool 10 and a first magnetic tool 11. Furthermore, the device 100 has a second magnetic forming device 2 with a second forming tool 20 and a second magnetic tool 21.
  • the forming tools 10, 20 are each formed in the illustrated embodiment as dies, which each have a specific shaping surface.
  • the magnetic tools 1 1, 21 each comprise at least one coil for generating pulsed magnetic fields.
  • the device 100 has a first tool table 12, to which the first forming tool 10 is fastened, and a second tool table 22, to which the second forming tool 20 is fastened, and a changing device 5 for changing the tool tables 12, 22.
  • the device 100 comprises a changing device 4 for changing the magnetic tools 1 1, 12th
  • FIG. 1 schematically shows the end of a first forming process, in which a workpiece 3, for example a steel sheet, is formed by a pulsed magnetic field 6 generated by means of the first magnetic tool 11.
  • the workpiece 3 is pressed during forming to the shaping surface of the first forming tool.
  • the first magnetic tool 1 1 and the second magnetic tool 21 are changed by means of the changing device 4.
  • the second magnetic tool 21 assumes approximately the position that held the first magnetic tool 1 1 during the first forming operation.
  • the first and second tool table 12, 22 are changed by means of the changing device 5 after the first forming process, the workpiece 3 for changing the tool tables 12, 22 by means of a manipulator (not shown) briefly raised and lowered after changing such that the Workpiece on the second magnetic tool 21 is arranged.
  • the workpiece 3 in a second forming operation which is shown schematically in Figure 2, by a further formed by the second magnetic tool 21 pulsed magnetic field 6.
  • the embodiments shown in the figures may have further features according to the embodiments of the general description.

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Abstract

Es wird ein eine Einrichtung (100) zum Umformen von Werkstücken, insbesondere zur Umformung von Karosserieblechteilen angegeben. Die Einrichtung (100) weist eine erste Magnetumformvorrichtung (1), welche zumindest ein erstes Umformwerkzeug (10) und zumindest ein erstes Magnetwerkzeug (11) umfasst, und eine zweite Magnetumformvorrichtung (2), welche zumindest ein zweites Umformwerkzeug (20) und zumindest ein zweites Magnetwerkzeug (21) umfasst, auf. Die erste Magnetumformvorrichtung (1) ist dazu ausgebildet, ein Werkstück (3) in einem ersten Magnetumformprozess umzuformen, und die zweite Magnetumformvorrichtung (2) ist dazu ausgebildet, das Werkstück (3) im Anschluss an den ersten Magnetumformprozess in einem zweiten Magnetumformprozess weiter umzuformen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes (3) angegeben.

Description

Beschreibung
Einrichtung und Verfahren zum Umformen von Werkstücken mittels Magnetpulsumformung
Es wird eine Einrichtung zum Umformen von Werkstücken mittels Magnetpulsumformung angegeben. Weiterhin wird ein Verfahren zum Umformen von Werkstücken, insbesondere ein Magnetumformverfahren zur Umformung von Karosserieblechteilen, angegeben.
Unter Magnetumformung versteht man ein elektrodynamisches Hochenergieumformungsverfahren zur Kaltumformung flacher und zylindrischer Halbzeuge aus elektrisch leitfähigen Materialien mittels gepulster Magnetfelder. Das in der Nähe der Spule positionierte Werkstück wird durch die Krafteinwirkung eines gepulsten Magnetfeldes von sehr hoher Intensität berührungslos umgeformt, das heißt ohne mechanischen Kontakt zu einem Werkzeug auf der Magnet-zugewandten Seite. Dadurch treten weder Oberflächenverunreinigungen noch Werkzeugabdrücke auf.
Das Magnetumformverfahren beruht auf der physikalischen Tatsache, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in benachbarten elektrisch leitenden Körpern Wirbelströme induziert. Die Stärke der induzierten Ströme und damit die Kraftwirkung auf das Werkstück hängen entscheidend von der elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Werkstoffes ab. Auf diese Ströme übt das Magnetfeld Kräfte aus, deren Stärke vom räumlichen Gradienten der magnetischen Flussdichte und von der Größe der induzierten Ströme abhängt, sodass der umzuformende, leitende Körper eine Kraft entgegengesetzt zur Spulenrichtung erfährt. Diese Kraft wirkt nur einige Mikrosekunden, während die Entladung der Kondensatoren stattfindet. In dieser Zeit nimmt das Werkstück die benötigte Umformenergie in Form eines Impulses auf, wodurch es beschleunigt wird und Geschwindigkeiten bis 300 m/s erreicht. In der Folge werden die im Werkstück auftretenden Spannungen so hoch, dass ein Fließen im Sinne der Umformtechnik eintritt und die Form des unter dem Werkstück liegenden Werkzeuges angenommen wird.
Für die Magnetumformung geeignete Magnetfelder werden beispielsweise erzeugt, indem geladene Kondensatoren im Verlauf von einigen zehn Mikrosekunden über eine an die Werkstückgeometrie angepasste Spule entladen werden, wodurch im Bereich der Werkstückoberfläche ein sehr hoher Magnetfeld-Impuls entsteht. Die magnetischen Kräfte bewirken eine Expansion der Spule und eine Bewegung des Werkstücks hin zu niedrigeren Feldern.
Je nach Anordnung der beiden Wirkpartner, d.h. Spule und Umformwerkzeug, sind drei Grundformen des Verfahrens zu unterscheiden, und zwar Kompression, Expansion und das Flachumformen. Beim Flachumformen wird üblicherweise eine ebene, spiralförmige Spule parallel zu einem flachen Blechwerkstück, welches auf einem darunter liegenden Umformwerkzeug bzw. einer Matrize liegt, angeordnet. Wird das Magnetfeld direkt über dem Material erzeugt, wird es durch die elektromagnetischen Kräfte in die Vertiefungen des Umformwerkzeugs bzw. der Matrize gedrückt. Das Magnetfeld wirkt dabei wie ein herkömmlicher Pressen-Stempel.
Das gepulste Magnetfeld kann sehr genau dosiert werden, wodurch ein Aufpressen von Metallen auf Glas, Kunststoffe, Verbundstoffe oder Metalle bei hoher Wiederholgenauigkeit möglich ist. Magnetfelder und magnetische Kräfte wirken ungehindert durch Materialien wie Glas, Keramik und Kunststoff hindurch, daher lässt sich das Magnetumformen auch unter Vakuum, einer Schutzgasatmosphäre oder unter Reinraumbedingungen anwenden. Ebenfalls ist die Umformung in einer Flüssigkeit möglich (z.B. Wasser). Dabei wird der magnetische Impuls in Wellenform durch das Fluid übertragen. Der Vorteil hierbei ist, dass nur einseitig ein Werkzeug erforderlich ist und dass hohe Umformgrade realisiert werden können. Die sehr kurzen Prozesszeiten von kleiner als 0,1 Sekunden ermöglichen eine schnelle Massenfertigung von Bauteilen, insofern die benötigte Energie von Kondensatoren zur Verfügung steht. Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist eine gute Leitfähigkeit des umzuformenden Materials.
Durch Magnetumformen können beispielsweise hochfeste Stahl- und Aluminiumlegierungen nahezu beliebig kalt umgeformt werden, ohne dass es zu Rissen im Material kommt.
Der Begriff „Umformen" ist der Oberbegriff aller Fertigungsverfahren, in denen Metalle oder thermoplastische Kunststoffe gezielt plastisch in Form gebracht werden. Hierbei wird ein urgeformtes Vormaterial in ein Halbzeug umgeformt oder Werkstücke aus dem Halbzeug erzeugt. Der Werkstoff behält hierbei seine Masse und seinen Zusammenhalt bei der Umformung. Umformen unterscheidet sich vom Verformen dadurch, dass die Formänderung gezielt eingebracht wird. Beim Verformen handelt es sich hingegen um eine ungezielte plastische Formänderung.
Derzeit im Stand der Technik bekannte Umformstraßen weisen eine Vielzahl von Pressen und Tiefziehanlagen auf, in welchen feste und hochfeste Stähle kalt, halbwarm oder warm umgeformt werden. Dazu wird das Material teilweise in der Presse bzw. Tiefziehanlage erwärmt und anschließend umgeformt. Üblicherweise wird pro Station eine Umformung durchgeführt, sodass die Werkstücke zwischen den einzelnen Stationen von Hand oder vollautomatisch transportiert werden.
Eine Umformung in mehreren Schritten kann verschieden Gründe haben, einer davon ist die begrenzte Umformbarkeit des Materials pro Arbeitsschritt. Manchmal werden Bauteile zwischen den Umformungsschritten erneut erwärmt, um die bei der Umformung eingebrachten Spannungen im Material zu reduzieren. Dies hat einen hohen Energieaufwand sowie eine längere Prozesszeit zur Folge. Allgemein wird bei der Umformung von Stahl viel Energie für die Umformung und für die Erwärmung des Materials benötigt.
Die derzeit eingesetzten Umformstraßen weisen oftmals hohe Anlagenkosten und, insbesondere beim Warmumformprozess, einen hohen Energieverbrauch auf, u.a. da beim Warmumformprozess ein Erwärmen der Bleche zur Verformung nötig ist. Weitere Einschränkungen sind durch begrenzte Umformgrade bei Metallumformung durch lange Umformzeiten gegeben.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, eine Einrichtung zum Umformen von Werkstücken anzugeben, durch welche zumindest ein Teil der genannten Nachteile vermieden werden können. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Eine hier beschriebene Einrichtung zum Umformen von Werkstücken weist gemäß zumindest einer Ausführungsform eine erste Magnetumformvorrichtung und eine zweite Magnetumformvorrichtung auf. Die Einrichtung kann insbesondere zur Umformung von Metallblechen, beispielsweise Karosserieblechteilen, ausgebildet sein. Die erste Magnetumformvorrichtung weist vorzugsweise zumindest ein erstes Umformwerkzeug sowie zumindest ein erstes Magnetwerkzeug auf. Die zweite Magnetumformvorrichtung weist vorzugsweise zumindest ein zweites Umformwerkzeug sowie zumindest ein zweites Magnetwerkzeug auf. Bei den Umformwerkzeugen kann es sich beispielsweise jeweils um Matrizen handeln. Die Magnetwerkzeuge können jeweils eine oder mehrere Spulen umfassen.
Die erste Magnetumformvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, ein Werkstück, wie z.B. ein Metallblech, in einem ersten Magnetumformprozess umzuformen. Die zweite Magnetumformvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Werkstück im Anschluss an den ersten Magnetumformprozess in einem zweiten Magnetumformprozess weiter umzuformen. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Umformen von Werkstücken als Umformstraße bzw. Magnetumformstraße ausgebildet sein. Der erste Magnetumformprozess kann hier und im Folgenden auch als erster Umformvorgang bezeichnet werden. Der zweite Magnetumformprozess kann hier und im Folgenden auch als zweiter Umformvorgang bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Magnetumformvorrichtung und die zweite Magnetumformvorrichtung als direkt zueinander benachbarte Umformvorrichtungen ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Einrichtung zum Umformen derart ausgebildet sein, dass zwischen der ersten Magnetumformvorrichtung und der zweite Magnetumformvorrichtung keine weiteren Umformvorrichtungen vorgesehen sind. Die erste Magnetumformvorrichtung und die zweite Magnetumformvorrichtung können somit innerhalb einer Umformstraße unmittelbar zueinander benachbart angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zum Umformen zusätzlich zur ersten und zweiten Magnetumformvorrichtung eine oder mehrere weitere Umformvorrichtungen, welche insbesondere ebenfalls als Magnetumformvorrichtungen ausgebildet sein können, auf.
Mit einer hier beschriebenen Einrichtung lassen sich im Vergleich mit herkömmlichen Umformeinrichtungen die Produktivität, die Effektivität sowie die Energieeffizienz einer Umformstraße deutlich erhöhen. Durch das Magnetumformen können hohe Umformgrade unter anderem bei höchstfesten Stählen erzielt werden. Ebenso können - durch die Grundgestalt des Verfahrens - Bauteile neu gestaltet werden. Dadurch können Gewichts- und Kostenreduktionen erzielt werden, zum Beispiel durch die Umgestaltung von mehreren Bauteilen zu einem.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zum Umformen von Werkstücken eine Wechselvorrichtung zum Wechseln der Magnetwerkzeuge auf. Die Wechselvorrichtung kann z.B. derart ausgebildet sein, dass das erste Magnetwerkzeug und das zweite Magnetwerkzeug nach einem ersten Umformvorgang bzw. Magnetumformprozess gewechselt werden können. Beispielsweise kann das bei einem ersten Umformvorgang eingesetzte erste Magnetwerkzeug unmittelbar nach dem ersten Umformvorgang mittels der Wechselvorrichtung wegbewegt werden. Das zweite Magnetwerkzeug kann dann durch die Wechselvorrichtung in die richtige Position gebracht werden, sodass der zweite Umformvorgang bzw. die zweite Magnetumformprozess mithilfe des zweiten Magnetwerkzeugs durchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zum Umformen von Werkstücken eine Wechselvorrichtung zum Bewegen bzw. Wechseln des ersten Umformwerkzeugs und/oder des zweiten Umformwerkzeugs auf. Die Wechselvorrichtung kann z.B. zum Verfahren und/oder Verdrehen und/oder Verschwenken des ersten Umformwerkzeugs und/oder des zweiten Umformwerkzeugs ausgebildet sein. Beispielsweise lässt sich das erste Umformwerkzeug unmittelbar nach einem ersten Umformvorgang, bei welchen das erste Umformwerkzeug eingesetzt worden ist, mittels der Wechselvorrichtung wegbewegen. Das zweite Umformwerkzeug kann dann vorzugsweise durch die Wechselvorrichtung in die richtige Position gebracht werden, um den zweiten Umformvorgang bzw. den zweiten Magnetumformprozess unter Einsatz des zweiten Umformwerkzeugs durchzuführen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Einrichtung derart ausgebildet, dass das erste Umformwerkzeug und das zweite Umformwerkzeug jeweils auf einem Werkzeugtisch angeordnet sind. Die Werkzeugtische können ihren im Folgenden auch als Auflagetische bezeichnet werden. Beispielsweise können die Umformwerkzeuge jeweils auf einem Werkzeugtisch befestigt sein. Die Werkzeugtische können vorzugsweise mittels der Wechselvorrichtung zum Wechseln der Umformwerkzeuge bewegt, insbesondere verfahren und/oder verschwenkt und/oder gedreht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Einrichtung zum Umformen von Werkstücken eine Handhabungsvorrichtung auf. Die Handhabungsvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Werkstück nach Beendigung des ersten Magnetumformprozesses der zweiten Magnetumformvorrichtung zuzuführen. Insbesondere kann die Handhabungsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass das Werkstück mittels der Handhabungsvorrichtung nach dem ersten Magnetumformprozess vom ersten Umformwerkzeug entfernt und am zweiten Umformwerkzeug angeordnet werden kann. Beispielsweise kann die Handhabungsvorrichtung als Roboter bzw. als Manipulator ausgebildet sein. Die Handhabungsvorrichtung weist vorzugsweise einen oder mehrere Greifer auf, mittels derer das Werkstück gegriffen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform unterscheidet sich das erste Magnetwerkzeug vom zweiten Magnetwerkzeug. Beispielsweise können sich die Magnetwerkzeuge insbesondere hinsichtlich ihrer Form, Größe und/oder Leistung voneinander unterscheiden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes angegeben. Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein Verfahren zum Umformen eines Metallblechs, beispielsweise eines Karosserieblechteils, handeln. Bei dem Verfahren wird eine hier beschriebene Einrichtung zum Umformen von Werkstücken bereitgestellt. Die Einrichtung kann ein oder mehrere Merkmale der vorgenannten Ausführungsformen aufweisen. Weiterhin wird zumindest ein umzuformendes Werkstück bereitgestellt.
In einem ersten Umformvorgang wird das Werkstück mittels der ersten Magnetumformvorrichtung umgeformt. Mit anderen Worten wird das Werkstück in einem ersten Magnetumformprozess unter Einsatz des ersten Magnetwerkzeugs und des ersten Umformwerkzeugs umgeformt. Danach wird das Werkstück in einem zweiten Umformvorgang mittels der zweiten Magnetumformvorrichtung, das heißt unter Einsatz des zweiten Magnetwerkzeug und des zweiten Umformwerkzeugs, weiter umgeformt. Vorzugsweise erfolgt der zweite Umformvorgang unmittelbar nach dem ersten Umformvorgang, d.h. zwischen dem ersten Umformvorgang und dem zweiten Umformvorgang finden keine weiteren Umformvorgänge statt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste Magnetwerkzeug und das zweite Magnetwerkzeug zwischen dem ersten Umformvorgang und im zweiten Umformvorgang gewechselt. Beispielsweise kann das erste Magnetwerkzeug, z.B. durch eine Wechselvorrichtung, nach dem Beenden des ersten Umformvorgangs wegbewegt werden. Das zweite Magnetwerkzeug kann dann, beispielsweise ebenfalls durch die Wechselvorrichtung, der den Position gebracht werden, dass der zweite Umformvorgang mittels des zweiten Magnetwerkzeugs durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann das zweite Magnetwerkzeug, nachdem das erste Magnetwerkzeug wegbewegt worden ist, an dieselbe Position bewegt werden, in welcher das erste Magnetwerkzeug während des ersten Umformvorgangs angeordnet war.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste Umformwerkzeug und/oder das zweite Umformwerkzeug zwischen dem ersten Umformvorgang und dem zweiten Umformvorgang bewegt. Beispielsweise können die Umformwerkzeuge zwischen den beiden Umformvorgängen verfahren und/oder verschwenkt und/oder gedreht werden. Dabei kann beispielsweise eine Wechselvorrichtung eingesetzt werden. Die Umformwerkzeuge können z.B. jeweils auf einem Werkzeugtisch angeordnet sein, wobei die Werkzeugtische durch die Wechselvorrichtung verfahren bzw. verschwenkt werden können. Dadurch kann vorteilhafterweise das zweite Umformwerkzeug in die richtige Position gebracht werden, um den zweiten Magnetumformprozess durchzuführen. Beispielsweise kann das zweite Umformwerkzeug bzw. der zugehörige Werkzeugtisch nach dem ersten Magnetumformprozess mittels der Wechselvorrichtung in die Position gebracht werden, in der das erste Umformwerkzeug bzw. der zugehörige Werkzeugtisch während des ersten Magnetumformprozesses angeordnet war.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Werkstück nach dem Beenden des ersten Umformvorgangs durch eine Handhabungsvorrichtung, beispielsweise einen Manipulator, zum zweiten Umformwerkzeug bewegt. Das Werkstück kann z.B. durch einen oder mehrere Greifer nach dem ersten Umformvorgang vom ersten Umformwerkzeug entfernt und, beispielsweise nach einem Verfahren bzw. Verschwenken der Umformwerkzeuge, am zweiten Umformwerkzeug angeordnet werden. Anschließend kann der zweite Umformvorgang des Werkstücks mittels des zweiten Magnetwerkzeugs und des zweiten Umformwerkzeugs durchgeführt werden. Bei bewegbaren Umformwerkzeuge bzw. Werkzeugtischen ist es weiterhin möglich, dass das Werkstück für einen Wechsel des Umformwerkzeugs nach dem ersten Umformvorgang durch die Handhabungsvorrichtung lediglich angehoben und anschließend, d.h. nach einem Wechsel des Umformwerkzeugs, wieder abgesenkt werden muss.
Durch die hier beschriebene Einrichtung zum Umformen von Werkstücken bzw. durch das hier beschriebene Verfahren lassen sich vorteilhafterweise auf einfache Art und Weise hohe Umformgrade und Hinterschneidungen erzielen. Weiterhin ist die hier beschriebene Einrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Pressenstraßen kostengünstig realisierbar. Das Verfahren zeichnet sich darüber hinaus durch geringe Umformzeiten, beispielsweise von weniger als 0,1 Sekunden, und durch einen geringen Energieverbrauch aus, insbesondere da kein Erwärmen der Werkstücke benötigt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der hier beschriebenen Einrichtung zum Umformen von Werkstücken und des hier beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum
Umformen von Werkstücken gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Einrichtung zum Umformen von Werkstücken aus der Figur 1 .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Einrichtung 100 zum Umformen von Werkstücken 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Einrichtung 100 weist eine erste Magnetumformvorrichtung 1 mit einem ersten Umformwerkzeug 10 und einem ersten Magnetwerkzeug 1 1 auf. Weiterhin weist die Einrichtung 100 eine zweite Magnetumformvorrichtung 2 mit einem zweiten Umformwerkzeug 20 und einem zweiten Magnetwerkzeug 21 auf. Die Umformwerkzeuge 10, 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als Matrizen ausgebildet, welche jeweils eine spezifische formgebende Oberfläche aufweisen. Die Magnetwerkzeuge 1 1 , 21 umfassen jeweils zumindest eine Spule zur Erzeugung von gepulsten Magnetfeldern.
Weiterhin weist die Einrichtung 100 einen ersten Werkzeugtisch 12, an dem das erste Umformwerkzeug 10 befestigt ist, und einen zweiten Werkzeugtisch 22, an dem das zweite Umformwerkzeug 20 befestigt ist, sowie eine Wechselvorrichtung 5 zum Wechseln der Werkzeugtische 12, 22 auf. Darüber hinaus umfasst die Einrichtung 100 eine Wechselvorrichtung 4 zum Wechseln der Magnetwerkzeuge 1 1 , 12.
In der Figur 1 ist schematisch das Ende eines ersten Umformvorgangs dargestellt, bei dem ein Werkstück 3, beispielsweise ein Stahlblech, durch ein mittels des ersten Magnetwerkzeugs 1 1 erzeugtes gepulstes Magnetfeld 6 umgeformt wird. Das Werkstück 3 wird beim Umformen an die formgebende Oberfläche des ersten Umformwerkzeugs gepresst.
Nach dem ersten Umformvorgang werden das erste Magnetwerkzeug 1 1 und das zweite Magnetwerkzeug 21 mittels der Wechselvorrichtung 4 gewechselt. Nach dem Wechseln der Magnetwerkzeuge 1 1 , 21 nimmt das zweite Magnetwerkzeug 21 in etwa die Position ein, die das erste Magnetwerkzeug 1 1 während des ersten Umformvorgangs innehatte. Weiterhin werden der erste und zweite Werkzeugtisch 12, 22 mittels der Wechselvorrichtung 5 nach dem ersten Umformvorgang gewechselt, wobei das Werkstück 3 zum Wechseln der Werkzeugtische 12, 22 mittels eines Manipulators (nicht dargestellt) kurz angehoben und nach dem Wechseln derart abgesenkt wird, dass das Werkstück am zweiten Magnetwerkzeug 21 angeordnet ist. Anschließend wird das Werkstück 3 in einem zweiten Umformvorgang, welcher schematisch in der Figur 2 gezeigt ist, durch ein vom zweiten Magnetwerkzeug 21 erzeugtes gepulstes Magnetfeld 6 weiter umgeformt.
Durch die hier gezeigte Einrichtung 100 können nahezu beliebig hohe Umformgrade fester und hochfester Stähle erzielt werden können. Des Weiteren können Hinterschneidungen mithilfe des Magnetumformens auf einfache Art und Weise durch die wechselbaren Magnet- und Umformwerkzeuge durchgeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 erste Magnetumformvorrichtung
10 erstes Umformwerkzeug
1 1 erstes Magnetwerkzeug
12 erster Werkzeugtisch
2 zweite Magnetumformvorrichtung
20 zweites Umformwerkzeug
21 zweites Magnetwerkzeug
22 zweiter Werkzeugtisch
3 Werkstück
4, 5 Wechselvorrichtung
6 gepulstes Magnetfeld
100 Einrichtung zum Umformen

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung (100) zum Umformen von Werkstücken, insbesondere zur Umformung von Karosserieblechteilen, aufweisend
- eine erste Magnetumformvorrichtung (1 ), welche zumindest ein erstes Umformwerkzeug (10) und zumindest ein erstes Magnetwerkzeug (1 1 ) umfasst, und
- eine zweite Magnetumformvorrichtung (2), welche zumindest ein zweites Umformwerkzeug (20) und zumindest ein zweites Magnetwerkzeug (21 ) umfasst,
- wobei die erste Magnetumformvorrichtung (1 ) dazu ausgebildet ist, ein Werkstück (3) in einem ersten Magnetumformprozess umzuformen, und
- wobei die zweite Magnetumformvorrichtung (2) dazu ausgebildet ist, das Werkstück (3) im Anschluss an den ersten Magnetumformprozess in einem zweiten Magnetumformprozess weiter umzuformen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Einrichtung als Umformstraße ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Magnetumformvorrichtung (1 ) und die zweite Magnetumformvorrichtung (2) als direkt zueinander benachbarte Umformvorrichtungen ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (100) eine Wechselvorrichtung (4) zum Wechseln der Magnetwerkzeuge (1 1 , 21 ) aufweist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (100) eine Wechselvorrichtung (5) zum Verfahren und/oder zum Verdrehen und/oder zum Verschwenken des ersten und/oder des zweiten Umformwerkzeugs (10, 20) aufweist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Handhabungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Werkstück (3) nach Beendigung des ersten Magnetumformprozesses der zweiten Magnetumformvorrichtung (2) zuzuführen.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetwerkzeuge (1 1 , 21 ) jeweils zumindest eine Spule umfassen, und wobei die Umformwerkzeuge (10, 20) als Matrizen ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das erste Magnetwerkzeug (1 1 ) und das zweite Magnetwerkzeug (21 ) hinsichtlich ihrer Größe, Form und/oder Leistung voneinander unterscheiden.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umformwerkzeuge (10, 20) auf Werkzeugtischen (12, 22) angeordnet sind, die mittels einer Wechselvorrichtung (5) bewegbar sind.
10. Verfahren zum Umformen eines Werkstückes (7), insbesondere zum Umformen eines Karosserieblechteils, aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Einrichtung (100) zum Umformen von Werkstücken gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
- Bereitstellen zumindest eines Werkstückes (7),
- Umformen des Werkstückes (7) mittels der ersten Magnetumformvorrichtung (1 ) in einem ersten Umformvorgang,
- Weiteres Umformen des Werkstückes (7) mittels der zweiten Magnetumformvorrichtung (2) in einem zweiten Umformvorgang.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei der zweite Umformvorgang unmittelbar nach dem ersten Umformvorgang erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , wobei das erste Magnetwerkzeug (1 1 ) und das zweite Magnetwerkzeug (21 ) zwischen dem ersten Umformvorgang und dem zweiten Umformvorgang gewechselt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das erste und/oder zweite Umformwerkzeug (10, 20) zwischen dem ersten Umformvorgang und dem zweiten Umformvorgang verfahren und/oder verschwenkt und/oder gedreht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Werkstück (7) nach Beenden des ersten Umformvorgangs mittels einer Handhabungsvorrichtung zum zweiten Umformwerkzeug (20) bewegt wird.
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