EP3589756A1 - Verfahren zur umformung eines blechs, fertigungsanlage sowie konduktive erwärmungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur umformung eines blechs, fertigungsanlage sowie konduktive erwärmungseinrichtung

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EP3589756A1
EP3589756A1 EP18716509.7A EP18716509A EP3589756A1 EP 3589756 A1 EP3589756 A1 EP 3589756A1 EP 18716509 A EP18716509 A EP 18716509A EP 3589756 A1 EP3589756 A1 EP 3589756A1
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EP
European Patent Office
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sheet
electrodes
conductive heating
electrode
heating device
Prior art date
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Application number
EP18716509.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3589756B1 (de
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Bernd-Arno Behrens
Sven HÜBNER
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Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
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Publication date
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Publication of EP3589756B1 publication Critical patent/EP3589756B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0095—Heating devices in the form of rollers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/40—Direct resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working

Definitions

  • the invention relates to a method for forming a sheet into a three-dimensional component by sheet metal forming, wherein the sheet is conductively heated to a temperature necessary for the sheet metal forming by means of a conductive heating device.
  • the invention also relates to a production plant for producing three-dimensional components from sheet metal and to a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet metal.
  • the invention relates to the field of manufacture of sheet metal components, wherein from a flat sheet having plane-parallel or at least substantially plane-parallel surfaces by a process of sheet metal forming, e.g. Pressing, press-hardening or molding, a three-dimensional component is produced, i. a molding such as e.g. a vehicle component.
  • a molding such as e.g. a vehicle component.
  • Sheet metal are heated to a temperature of about 950 ° C and during the molding, that are cooled during the pressing process, targeted. As a result of this cooling, the sheet is hardened at least in some places by conversion of the sheet material structure into a martensitic structure, which leads to the desired material properties of the three-dimensional component. In this case, for example, a tensile strength of at least 1 .500 MPa is required at an elongation in the range of greater than 5%. But also with sheet materials, such as aluminum, magnesium, titanium, where no hardening should take place during the pressing, but the sheet metal forming with the heated sheet by means of a pressing operation is carried out, there is a need for low-cost heating of the sheet.
  • the invention has for its object to further improve a method for forming a sheet to a three-dimensional component by sheet metal forming with respect to the conductive heating of the sheet. Furthermore, a suitable manufacturing plant and a conductive heating device should be specified.
  • the above-mentioned object is achieved by a method for forming a metal sheet into a three-dimensional component by sheet metal forming, wherein the metal sheet is conductively heated to a temperature necessary for sheet metal forming by means of a conductive heating device, wherein the conductive heating device comprises at least two rotatably mounted, cylindrical Having electrodes for conductive energization of the sheet, wherein the sheet is passed between at least two offset in rotation cylindrical electrodes and conductively heated by these electrodes, and the sheet in the still heated by the conductive heating by means of the at least two offset in rotation cylindrical electrodes state of the conductive heating device is supplied to a pressing device and is converted there in the still heated by the conductive heating state by pressing to the three-dimensional component.
  • the heating process by means of the conductive heating is separate from the forming process, both spatially and with regard to the method steps.
  • the invention allows a simple and efficient production of sheet metal components for all applications, eg for road vehicles, rail vehicles or aircraft.
  • the invention allows the processing of metal sheets of all kinds, such as steel sheets or, for example, for aircraft, aluminum, magnesium, titanium or similar materials. If sheet metal materials are used which are not yet to be hardened during the sheet metal forming operation, ie during pressing, a separate hardening process can subsequently be carried out after the sheet metal forming operation.
  • the invention also permits a simple and efficient production of press-hardened sheet-metal components. In this case, the transformation takes place to the three-dimensional component by a press hardening process, ie directly during pressing, the curing is effected by selective cooling, as explained above.
  • arbitrarily shaped sheets ie sheets with any outer contour
  • sheets with other cross-sectional changes for example by recesses in the sheet, can be heated in this manner conductively.
  • arbitrarily complicated shaped blanks can be conductively heated with any geometry.
  • sheet metal forming can be a metal forming process without cutting, in which the desired three-dimensional component is pressed from a cut piece of sheet metal, usually a flat piece of sheet metal, into its final shape, eg in a pressing device by means of a punch and a die, or a superior and a lower genius.
  • the sheet material can obtain the desired shape only by plastic deformation, ie without machining and at least substantially without massive forming.
  • the term sheet metal forming may thus refer to a technical field clearly defined by the field of massive forming, ie sheet metal forming does not necessarily have to be equated with any type of sheet metal forming.
  • the invention is not limited to continuously heating sheets with the same outer contour in the conductive heating device. Rather, it is possible that alternately plates, each with different outer contours, are guided through the conductive heating device and thereby heated.
  • the processing time of the individual sheet and the energy required for it can be significantly reduced.
  • the sheet can be finished within a few seconds, e.g. in the range of 1 to 5 seconds, to be heated to the required temperature.
  • a sheet metal which is provided as a substantially plate-shaped part with plane-parallel surfaces, for example in the form of tailored rolled blanks, tailored blanks and tailored welded blanks, is converted into a three-dimensional component.
  • a three-dimensional component is understood in particular to be a component in which a cuboid enclosing the component has at least three times the dimension, in particular five times, the thickness of the sheet used with respect to each of its edge lengths.
  • neither a forming process nor a joining process is carried out on the sheet during the passage of the sheet through the at least two roller-shaped electrodes set in rotation.
  • substantially no deformation can take place on the sheet when the sheet is passed through the at least two roller-shaped electrodes which are set in rotation.
  • a degree of deformation of the sheet that nevertheless arises is very slight, e.g. less than 2% deformation.
  • Sheet before performing the conductive heating i. outside the conductive heating device, is separated in the form of a piece of sheet metal from a sheet stock.
  • the sheet or the sheet metal piece can be provided with in principle any predetermined outer contour for the conductive heating, in particular with a non-rectangular contour.
  • the sheet piece may e.g. be cut out of a coil, in particular a coil with a roll width of more than 10 cm.
  • the sheet metal section when passing the sheet through the at least two offset in rotation cylindrical electrodes at least one sheet metal section is not conductively heated or is conductively heated to a lower temperature.
  • at least one sheet metal section when passing the sheet through the at least two offset in rotation cylindrical electrodes at least one sheet metal section is not conductively heated or is conductively heated to a lower temperature.
  • the desired high tensile strengths are necessary only in some areas of the component, while higher strains of, for example, 15% to 17% are desired in other areas, such as the foot of a B-pillar of a motor vehicle.
  • the sheet may be subjected to a different heat treatment during the conductive heating in the respective subregions and then, e.g. be fed to the press hardening process. Therefore, the sheet is heated only in the areas of high tensile strength to a temperature above the hardness point of the alloy, so that only in these areas, the conditions of a subsequent press hardening are given with a corresponding structural transformation.
  • the contact pressure of these electrodes is kept constant to the sheet, either for the complete sheet or at least for sections of the sheet.
  • Such sections of the sheet may in particular be portions that are conductively heated by these electrodes to a temperature necessary for press hardening with a corresponding structural transformation. In this way, a particularly uniform conductive heating of the sheet can be achieved during the passage-through process through the electrodes.
  • the generation of the uniform contact pressure can be realized, for example, by a corresponding mechanical construction of the conductive heating device, for example by one or both cylindrical electrodes being suspended with a certain flexibility, eg suspended loosely and / or sprung, so that this results in a constant contact pressure.
  • the roller-shaped electrodes can also be pressed against the sheet by a controllable loading mechanism of the conductive heating device, eg pneumatically, hydraulically and / or electrically, ie also in combination with one another. If such a pressing mechanism is present, then the contact pressure of the electrodes on the sheet can also be regulated by a contact pressure control device.
  • the input variable for the regulation of the contact pressure and, accordingly, the contact pressure can be, for example, a sensor device detected, the sheet metal cross section characterizing size and / or the respectively fed into the sheet electrical current are used, which emits the conductive heating device.
  • the current density generated by these electrodes in the sheet is kept constant, either for the complete sheet or at least for sections of the sheet. Also, this will equalize the heating of the sheet during the feedthrough operation.
  • a current density control device can be used for keeping the current density constant.
  • the current density control device can, for example, use as an input variable the actual voltage between the electrodes measured directly at the electrodes, in order to drive a corresponding controllable voltage source, which provides the electrical energy for the conductive heating.
  • the current density control device can be designed, for example, in the sense of a constant voltage regulation with respect to the voltage measured directly at the electrodes between the electrodes.
  • the control of the voltage source by the current density control device can alternatively or additionally also take place on the basis of other input signals, for example because of the mentioned size characterizing the sheet metal cross section.
  • the current density is kept constant by the voltage (potential difference) between the electrodes is measured and controlled to a constant value and / o- a characterizing the sheet metal cross-section while passing the sheet through the at least two rotationally offset cylindrical electrodes are continuously measured and, depending thereon, the voltage applied to these electrodes is regulated.
  • a uniformly heated over its entire surface sheet for the subsequent pressing process or press hardening process can be provided.
  • the temperature of the sheet obtained by the conductive heating may be continuously lowered, for example, from an initial temperature value ⁇ -1, which is higher than a final temperature value T2, during passage of the sheet through the at least two roll-shaped electrodes, e.g. linear or after another transition curve.
  • the cooling process of the part of the sheet already passed through the electrodes can be counteracted by a heat-insulated chamber, into which the heated area of the sheet is moved.
  • a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet having at least two rotatably mounted roller-shaped electrodes for conductive application of current to the sheet, the sheet being passable between at least two roller-shaped electrodes set in rotation and conductively heatable by means of these electrodes,
  • Sheet metal forming is set up by pressing the heated sheet, c) an automatic transport device which is adapted to transport the sheet to the pressing device in the still heated state by the conductive heating by means of the at least two offset in rotation cylindrical electrodes and to place there for the pressing operation.
  • the pressing device is to be correspondingly extended, in particular with a cooling device for the purposeful cooling of the sheet during the shaping, i. during the pressing process.
  • the automatic transport device is then configured to transport the sheet to the pressing device in the still heated state by means of the conductive heating by means of the at least two roller-shaped electrodes set in rotation, and to place it there for the press hardening process.
  • the automatic transport device may be, for example, an industrial robot, a conveyor belt or a combination of such elements.
  • a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet, in particular a conductive heating device of a manufacturing plant of the type described above, wherein the conductive heating device has at least two cylindrical electrodes, one for passing the sheet between these electrodes arranged feedthrough gap between the electrodes have, which has a smaller width than the thickness of the sheet without in the lead-through gap sheet, the arrangement of the at least two cylindrical electrodes having a compliance, through which the lead-through gap between the electrodes by means of the sheet to be performed on the extent of the thickness of the sheet is widened.
  • the conductive heating device is particularly suitable for carrying out a method of the type described above.
  • the electrodes can adapt to the sheet to be passed without the sheet being substantially changed, as would be the case, for example, in a rolling process.
  • a change in the shape of the sheet during passing through the cylindrical electrodes is not desired in the present invention.
  • the conductive heating device has a contact pressure control device which is set up to keep the contact pressure of the electrodes against the sheet during the passage of the sheet through the electrodes constant, either for the complete sheet or at least for sections of the sheet.
  • the contact pressure control device can be embodied as a mechanical and / or electronic device, it being possible to use pneumatic, hydraulic and / or electrical actuators for generating the contact pressure. By keeping constant the contact pressure a uniform surface pressure and thus a uniform contact resistance between the electrodes and the sheet is ensured.
  • the conductive heating device has at least one Strom confuseregelungseinnchtung which is adapted to keep the current density generated by the electrodes in the conductive heating in the sheet during the passage of the sheet through the electrodes constant, either for the complete sheet or at least for sections of the sheet.
  • the Strom confuseregelungseinnchtung is designed as an electronic device.
  • the conductive heating device has at least one optical sensor device which is set up to continuously measure a variable characterizing the sheet metal cross section as it passes the sheet through the at least two cylindrical electrodes in rotation and as an input signal to supply the Strom Whyregelungseinnchtung.
  • the current density control means can control the current density in response to the supplied signal characterizing the sheet cross-section.
  • the optical sensor device can, for example, have a laser distance measuring device, an electronic camera and / or further elements.
  • the laser distance measuring device can For example, the existing sheet metal width are measured.
  • the respective metal profile can be detected both in terms of the outer contours and in terms of recesses in the sheet.
  • the arrangement of the at least two cylindrical electrodes having the feedthrough gap between the electrodes arranged between these electrodes for carrying out the sheet has at least one spacer through which a minimum distance between the electrodes is maintained if there is no sheet metal between them.
  • the arrangement of the at least two cylindrical electrodes has a flexibility, by means of which the lead-through gap between the electrodes can be widened to the extent of the thickness of the sheet by means of the sheet to be carried out and thus changed. If no sheet is present between the electrodes, the lead-through gap can thus shrink. The spacer can be avoided in such cases, a collision of the electrodes.
  • the spacer may be formed, for example, as a stop for the movement of the electrodes. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the resilience is realized by an elastic, loose storage of one or both of the at least two cylindrical electrodes and / or by supporting one or both of these electrodes via a respective support roller with an elasticity.
  • the flexibility can be realized in a simple and cost-effective manner. If one or both of the cylindrical electrodes are supported by one or more respective support rollers, the design of the cylindrical electrodes can be simplified, eg their diameter can be reduced, since they are supported by the support rollers and therefore themselves can be less rigid.
  • the conductive heating device may further comprise a temperature control device which controls the advance of the sheet through the electrodes and / or the current density passing through the sheet such that the sheet emerging from the electrodes reaches a desired set temperature.
  • the temperature control device may, for example, receive an input signal from a temperature sensor which detects the temperature of the sheet after exiting the electrodes.
  • the temperature sensor may e.g. be designed as a pyrometer.
  • the roller-shaped electrodes may be made of a sufficiently hard copper alloy, e.g. CuCoBe or CuBe2.
  • the electrical contact from the electrical energy source, which provides the current for the conductive heating, to the electrodes may be e.g. via a respective sliding contact or a plurality of sliding contacts, or over the axis of rotation of the respective electrode.
  • the invention is particularly suitable for sheets in which there are also sudden changes in the cross-section over the longitudinal extent, e.g. sudden changes greater than 5% or greater than 50%.
  • the conductive heating is performed by, for example, DC or AC, with DC being preferred since no adverse inductive effects occur.
  • DC being preferred since no adverse inductive effects occur.
  • a faster readjustment of the current density is at changing sheet metal cross section possible.
  • the current used for the conductive heating can, for example, be taken from a two-phase network or a three-phase network, eg a three-phase system.
  • the above object is further achieved by a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet is conductively heated by a conductive heating means to a temperature, wherein the conductive heating means comprises at least two rotatably mounted, cylindrical electrodes for conductive application of current to the sheet and the sheet see between the at least two offset in rotation roller-shaped electrodes is passed and is conductively heated by these electrodes, wherein the current flow generated by the electrodes through the sheet at least at certain points of the sheet has a flow direction, mainly in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the sheet runs.
  • the conductive heating means comprises at least two rotatably mounted, cylindrical electrodes for conductive application of current to the sheet and the sheet see between the at least two offset in rotation roller-shaped electrodes is passed and is conductively heated by these electrodes, wherein the current flow generated by the electrodes through the sheet at least at certain points of the sheet has a flow direction, mainly in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the sheet runs.
  • the ohmic resistance between the electrodes used which is locally provided by the sheet to be heated, is of essential importance.
  • the resistance provided in the direction of the thickness of the sheet material is relatively low. This can lead to the efficiency of the heating circuit for industrial needs being relatively low, ie it is not optimal for industrial production.
  • the invention solves this problem by changing the flow of current through the sheet metal, in that the flow of current is not guided perpendicularly through the sheet, as in the prior art, ie substantially exclusively has a flow direction in the direction of the sheet thickness.
  • the current flow now has a predominant flux component (or flow direction) in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the sheet.
  • the longitudinal direction of the sheet is understood to be the direction of passage of the sheet through the cylindrical electrodes.
  • the transverse direction of the sheet extends perpendicular to the longitudinal direction of the sheet or parallel to the axis of rotation of the electrodes.
  • This advantageous flow direction of the current flow can, for example, as described below, be realized by staggered isolation regions and non-insulation regions of the electrodes.
  • the method explained above can also be used advantageously in combination with one of the methods mentioned above for the conductive heating of a sheet, for example as a heating method for such a method explained in the introduction.
  • a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet, the conductive heating device having at least two rotatably mounted roller-shaped electrodes for conductive application of current to the sheet, wherein the sheet can be passed between the at least two offset in rotation cylindrical electrodes and Conductive heating by means of these electrodes, wherein the roller-shaped electrodes on the outer circumference respective contact areas, where they come when passing the sheet between the electrodes mechanically in contact with the sheet, the Victorberei- che each have isolation areas and non-insulating areas, wherein in the isolation areas there is no electrical contact between the electrode and the sheet, and in the non-insulating regions, electrical contact between the electrode and the sheet is made is present.
  • the isolation regions can be realized, for example, by an insulating surface coating of the electrode.
  • the insulating regions may be arranged at the same height level as the non-insulating regions, so that both the insulating regions and the non-insulating regions come into mechanical contact with the sheet during the rotation of the electrode.
  • the isolation regions can also be realized by depressions in the electrode, for example by grooves or nubs or other surface structuring introduced by cutting or by chipless production.
  • the isolation areas do not mechanically come into contact with the sheet.
  • the non-insulating regions which are raised in relation to the insulation regions can have inclined side walls. According to an advantageous development of the invention, it is provided that, at least in the area of a lead-through gap between the cylindrical electrodes used to pass the sheet between the cylindrical electrodes, in the opposite contact areas of the cylindrical electrodes, the non-insulating areas of the one electrode are offset from the non-insulation areas the opposite other electrode are arranged. In this way, the desired flow direction of the current flow through the sheet in the longitudinal and / or transverse direction can be further optimized.
  • the sheet has a positive temperature coefficient of resistivity, so that sheet resistivity increases due to heating.
  • An additional synergetic effect in increasing the efficiency of the conductive heating is achieved by the current flow between staggered non-insulating regions of opposing electrodes, this current flow is at least partially by already heated sheet metal areas. These already have a higher resistance due to the heating, which improves the efficiency of the conductive heating.
  • the heating also expands convectively in the sheet, so that this increase in resistance also expands further and thus further improves the efficiency of the conductive heating.
  • the non-insulating areas of one electrode are not overlapped with each other in the opposite contact areas of the cylindrical electrodes are arranged to the non-insulating regions of the opposite other electrode.
  • the non-overlapping regions of the electrodes at least if the insulation regions are formed by surface structuring, in a suitable manner matching the thickness and stability of the metal sheet and thereby suitably apply the contact pressure of the electrodes to the metal sheet to avoid unwanted plate deformation due to surface structuring of the electrodes. If the isolation areas are realized by an insulating surface coating of the electrodes, such deformation effects of the sheet are avoided anyway.
  • a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet, the conductive heating device having at least two rotatably mounted roller-shaped electrodes for conductive application of current to the sheet, wherein the sheet can be passed between the at least two offset in rotation cylindrical electrodes and
  • the conductive heating means for electrically powering at least one roller-shaped electrode has a movable power transmission element having a first contact surface for electrically contacting a side of this electrode and a second electrical contact element for electrically contacting the opposite side of the electrode wherein the conductive heating means comprises a controller adapted to to control the actuator so that alternately the first and the second contact surface is brought into electrical contact with the electrode.
  • the aforementioned heating device solves this problem by a movable power transmission element in which contact is made with the electrode alternately at a first and a second contact surface. This makes it possible that the respective contact surface at least temporarily participates in the surface movement of the rotating electrode and follows this electrode.
  • the current transmission element may be formed, for example, as a fixed contact frame, which can be moved automatically by means of the actuator.
  • the contact frame can then have the first and the second contact surface.
  • the current transmission element may also be in the form of individual movable contact elements, wherein a first contact element has the first contact surface and a second contact element has the second contact surface. These contact elements can be moved separately from each other by the actuator.
  • the first and / or second contact surface may have a surface structuring, e.g. a gearing.
  • a corresponding surface structuring may be present, e.g. a comparable gearing.
  • the electrode can have a separate contact region for the electrical contacting of the first and / or second contact surface, which is separately, i. spaced from the contact areas in which the cylindrical electrodes are brought into mechanical contact with the sheet.
  • the distance between the first and the second contact surface is at least temporarily greater than the diameter of the cylindrical electrode in the contact region to the first and the second contact surface. In the case of a fixed contact frame, the distance between the first and the second contact surface is permanently greater than the diameter of the cylindrical electrode in the contact region to the first and the second contact surface.
  • control device is set up to control an actuator in such a way that a first or second contact surface brought into electrical contact with the electrode executes a longitudinal movement following the rotational movement of the surface of the electrode.
  • first or second contact surface which has been brought into electrical contact with the electrode can transmit the electric current to the electrode substantially without friction and accordingly without wear.
  • longitudinal movement of the first and the second contact surface is substantially slip-free for movement of the surface of the electrode, that is, the respective contact surface at the same speed is moved in the same direction as the surface velocity of the electrode.
  • the actuator can be set up to move the current transmission element on the one hand in a first direction of movement in order to realize the alternating contacting of the electrode with the first and the second contact surface, and in addition to realize a movement carried out perpendicular to the first direction of movement, with the the contact surface carries out the longitudinal movement in the direction of the rotational movement of the surface of the electrode.
  • the above-mentioned object is further achieved by a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet is conductively heated to a temperature by means of a conductive heating device, wherein the conductive heating means comprises at least one rotatably mounted, cylindrical electrode for conductive current application of the sheet and the sheet is guided along the at least one roller-shaped electrode which is set in rotation and conductively heated by means of this electrode and at least one counterelectrode, the flow of current generated by the electrode and the counterelectrode through the sheet at least at certain points of the sheet Flow direction which extends predominantly in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the sheet.
  • the conductive heating means comprises at least one rotatably mounted, cylindrical electrode for conductive current application of the sheet and the sheet is guided along the at least one roller-shaped electrode which is set in rotation and conductively heated by means of this electrode and at least one counterelectrode, the flow of current generated by the electrode and the counterelectrode through the sheet at least at certain points of the
  • the arrangement of electrode and counter electrode can be made more flexible, since two opposing cylindrical electrodes are not necessarily required.
  • the counterelectrode may be located elsewhere, spaced from the cylindrical electrode, e.g. in the direction of movement of the sheet in front of the cylindrical electrode or behind the cylindrical electrode.
  • the invention is thus also particularly suitable for the conductive heating of sensitive materials, e.g. foil-thin sheets.
  • Another advantage of the invention is that the method of conductive heating of the sheet can be combined with sheet metal forming Roll the sheet.
  • the rolling or forming of the sheet can be done directly with the participation of the cylindrical electrode or by separate rollers.
  • a conductive rolling process can be realized in which continuously the sheet metal cross-section can be reduced by a rolling process.
  • the required heating of the sheet can be done by the conductive heating.
  • the invention makes it possible, in sections and flexibly, to adapt the required electrical parameters to the required deformation parameters by reducing the sheet thickness.
  • An extension of the sheet occurring during rolling can be compensated in the system, for example, by forming the sheet in front of and behind the roll arrangement by means of respective tension elements, e.g. Pull rollers, kept under tension. In this way, an undesirable sagging of the sheet is avoided.
  • the accessories can be operated, for example, by means of an electric drive.
  • the described conductive heating of the sheet can be advantageously carried out with direct current, in particular for thin sheets. Furthermore, it is advantageous to generate the electrical power signal, i. to supply the voltage or the current, pulsed, e.g. with a sawtooth curve. This allows an improved and in particular more sensitive metering of the electrical power supply signal and thus an improved temperature setting of the sheet for the forming process.
  • the method described above can be advantageously combined with all embodiments of the method which have been explained above.
  • a conductive heating device for carrying out a conductive heating process of a sheet, in particular conductive heating device, wherein the conductive heating device has at least one rotatably mounted, cylindrical electrode and at least one counter electrode for conductive current application of the sheet and the sheet along the at least one in rotation roller-shaped electrode is guided and is conductively heated by means of this electrode and the at least one counter electrode, wherein the at least one counter electrode as a lead electrode which contacts the sheet at a lying in the direction of movement of the sheet along the cylindrical electrode in front of the cylindrical electrode-lying position, and / or as a trailing electrode, which contacts the sheet at a lying in the direction of movement of the sheet along the cylindrical electrode behind the roller-shaped electrode position is formed.
  • the conductive heating device is particularly suitable for carrying out a method according to claim 25 and thus for processing particularly thin sheets.
  • the conductive heating device can also have both types of counterelectrodes, ie both a lead-in electrode and a tracking electrode.
  • the arrangement of the counter electrode at a distance from the roller-shaped electrode has extended degrees of freedom for the realization of the conductive heating device.
  • no second roller-shaped electrode must be present opposite the already mentioned cylindrical electrode.
  • it can be arranged opposite a roller-shaped counter roller.
  • the sheet is in this case passed through a gap between the cylindrical electrode and the roller-shaped counter roller.
  • the arrangement of the cylindrical electrode and the counter roller can already be used for the forming of the sheet by a rolling process.
  • separate rolling rolls can be arranged in the direction of movement of the sheet in front of or behind the arrangement of the cylindrical electrode and the counter roll.
  • the counter role can be formed isolated. It serves as a pressing device for pressing the sheet against the cylindrical electrode.
  • the sheet By heating the sheet in a region between the counter electrode and the cylindrical electrode larger heated areas of the sheet are created.
  • a continuous flow of current in the sheet is realized.
  • the sheet can be kept at a desired temperature over a larger surface area, which is advantageous, for example, for the production of thin sheet-metal foils.
  • An advantage of the separate arrangement of rolling rolls is that they can be mechanically optimized to their actual function of the forming process and, for example, can be made of tool steel. Tool steel, on the other hand, is not so well suited for the electrical contacting of the sheet, ie for the realization of the cylindrical electrode.
  • a first electrical energy source is connected between the feed electrode and the cylindrical electrode and a second electrical energy source is connected between the cylindrical electrode and the follower electrode.
  • the sheet metal can be conductively heated both in the region of the flow electrode and in the region of the wake electrode.
  • the heating of the sheet can also be done differently as required, i. at different temperatures.
  • the conductive heating device has at least two rotatably mounted roller-shaped electrodes for conductive current application of the sheet, wherein the sheet between the at least two offset in rotation cylindrical electrodes can be guided and conductively heated by means of these electrodes, wherein the sheet can be heated conductively via a third electrical energy source connected between two cylindrical electrodes and, in addition, can be conductively heated by a further energy source connected between one of the cylindrical electrodes and the flow electrode and / or the wake electrode.
  • the above-described conductive heating device can also be combined with one of the initially described embodiments of the conductive heating device, in which at least two rotatably mounted roller-shaped electrodes for conductive current application of the sheet are present.
  • the area of the sheet which is heated by conductive heating is arranged in a protective gas environment.
  • the conductive heating device may, for example, have an enclosure for this purpose.
  • the roller-shaped electrodes may, at least on the outer periphery, advantageously comprise a high-strength copper alloy, e.g. CuCoBe. In this way, with relatively high strength of the cylindrical electrode, good current transmission is ensured.
  • a high-strength copper alloy e.g. CuCoBe.
  • Figure 1 shows a manufacturing plant in a schematic representation
  • Figure 2 is a conductive heating device
  • Figure 3 shows another feature of the conductive heating device and Figure 4 further features of the conductive heating device and
  • Figure 5 is a side sectional view of the electrodes with the sheet
  • Figure 6 is an enlarged sectional view of the illustration of Figure 5 and
  • Figure 7 is a sheet in perspective
  • Figure 1 1 is a stepwise representation of the function of a power transmission arrangement
  • Figures 12 to 13 further embodiments of a conductive heating device.
  • the production plant shown in FIG. 1 has a sheet metal cutting device 1, a conductive heating device 2 and a pressing device 3.
  • the sheet metal cutting device 1 is an automatic transport device 61, the sheet from a sheet stock 6, e.g. a coil fed.
  • the sheet 4 to be further processed in the form of a piece of sheet metal, e.g. as a form board, separated from the sheet stock 6.
  • the sheet 4 is then fed via a further automatic transport device 12 of the conductive heating device 2.
  • the sheet 4 is conductively heated by passing the sheet between at least two roller-shaped electrodes set in rotation and conductively heating them by means of these electrodes.
  • the heated by the conductive heating device 2 sheet 4 is then fed via a further automatic transport device 23 of the pressing device 3.
  • the still heated by the conductive heating process sheet 4 is formed by means of a pressing operation or a press hardening process and thereby solidified by targeted cooling at least in some areas in the desired manner.
  • a three-dimensional component 5 is produced, which is shown by way of example in FIG. 1 in the form of a B pillar of a motor vehicle.
  • Each of the transport devices 61, 12, 23 can be designed, for example, as an industrial robot, as a conveyor belt or other conveyor, and also as a combination thereof.
  • the sheet 4 has relatively significant changes over its longitudinal extent (in the vertical direction) in terms of the width and thus of the sheet metal cross section.
  • the sheet width changes from a value a almost abruptly to a value that is essentially only half as large b.
  • This significant change in the sheet cross-section presents a particular challenge in conductive heating, which is achieved in a particularly efficient manner by the present invention.
  • FIG. 2 shows the conductive heating device 2 in side view.
  • Recognizable are two roller-shaped electrodes 20 which are rotatably mounted and rotate in opposite directions of rotation, as indicated by the curved arrows.
  • the electrodes 20 may be e.g. be placed in the rotary motion by motor. It is advantageous to guide the sheet 4 through the electrodes 20 at a uniform speed.
  • the sheet 4 may be continuous or discontinuous, e.g. gradually, moving forward.
  • the sheet 4 is guided in the direction indicated by the arrow pointing to the right through a feed gap formed between the electrodes 20, wherein the electrodes 20 abut against the sheet 4 with a certain contact pressure.
  • the electrodes 20 are connected to an electrical power supply 24, e.g. a controllable voltage source, electrically connected.
  • the power supply device 24 feeds the current required for the conductive heating of the sheet 4 into the electrodes 20.
  • a current density control device 23 is provided.
  • This current density control device 23 has a voltage measuring device which detects the voltage applied directly to the electrodes 20, ie the potential difference between the electrodes 20, via separate lines.
  • the current density control device 23 generates a control signal that is supplied to the power supply device 24.
  • the voltage applied by the power supply device 24 to the electrodes 20 can be influenced via the control signal in such a way that ultimately the current density remains the same even with a varying cross-sectional area of the metal sheet.
  • the conductive heating device 2 may further comprise a contact pressure regulating device 22, which keeps the contact pressure of the electrodes 20 to the sheet 4 constant.
  • the contact pressure control device 22 can act directly on the electrodes 20, or indirectly via support rollers 21, which serve to support the electrodes 20.
  • the support rollers 20 may be e.g. have an elastic coating on the outer circumference.
  • an optical sensor means 26 may be provided, e.g. in the form of laser distance meters, by which the respective sheet width is detected before reaching the electrode 20 in each case and is supplied as a corresponding input signal to the current density control device 23.
  • the present invention a particularly uniform conductive heating of the sheet 4 is possible.
  • the high resistance of the sheet 4 in comparison with the electrodes 20 results in a circuit arrangement in which the current flows off uniformly over the cross section of the sheet 4 and accordingly uniformly conductively heats it.
  • the electrodes 20 have substantially a line contact with the sheet 4.
  • a conductive heating is carried out by the current flowing through it.
  • the electrodes 20 are rotated about their rotatable mounting and a new strip of the sheet 4 is placed between the electrodes 20. This new strip may have a differently dimensioned cross-section, but this is compensated by the current density control device 23.
  • the electrodes 20 may include a cooling device, e.g. a liquid cooling. In this way, a relatively wear-free and thus continuous heating of the sheets 4 can be ensured.
  • a cooling device e.g. a liquid cooling.
  • FIG. 4 shows, as further features of the conductive heating device, a holding chamber 26 downstream of the electrodes 20.
  • the holding chamber 26 may be preheated, for example.
  • the holding chamber 26 minimizes cooling of the preceding section of the sheet 4 during the passage of the sheet 4 through the electrodes 20.
  • FIG. 5 shows, in a side view, a detail of the cylindrical electrodes 20 and the sheet 4 guided between the electrodes 20.
  • the electrodes 20 have an outer structured surface with elevations 30, which lift off against lower lying areas 31 of the surface of the electrode 20.
  • FIG. 6 shows the arrangement according to FIG. 5 in a further enlarged detail view.
  • the current flow I through the sheet 4 is shown in particular by way of example. It can be seen that the flow direction of the current flow I not only extends vertically, but has an essential component in the horizontal direction, ie in this case in the longitudinal direction of the sheet 4. This makes the path that the electric current flow I must travel through the sheet 4, increased in comparison to the thickness of the sheet 4, so that the effective ohmic resistance of the sheet 4, which is used for conductive heating, is increased.
  • FIG. 7 once again shows, by way of example, the metal sheet 4 with the corresponding dimensions and directions.
  • the sheet 4 has a thickness dimension D. This is comparatively small to the length dimension L (corresponding to the longitudinal direction) and to the transverse dimension Q (corresponding to the transverse direction).
  • the insulation regions 31 and the non-insulation regions 30 do not necessarily have to be arranged offset to one another only in the longitudinal direction L. They may alternatively or additionally also be arranged offset to one another in the transverse direction Q.
  • the electrodes 20 may be formed on their outer surface like a spur gear or helical gear. In the latter case, the isolation regions and non-isolation regions may accordingly extend diagonally across the surface of the electrode 20.
  • the non-insulating regions can also be punctiform or island-shaped, for example in a plan view with a round or angular contour. For example, a hexagonal contour can be realized.
  • FIG. 8 shows a conductive heating device with a movable current transmission element 40 which has a first contact surface 41 and a second contact surface 42 for alternating electrical contacting of the cylindrical electrode 20.
  • frame-shaped power transmission element 40 can be moved in a first direction of movement 43 and a second direction of movement 44 perpendicular thereto.
  • the current transfer element can be carried along with the first or second contact surface 41, 42 resting on the electrode 20 with the surface movement of the electrode 20.
  • the current transmission element performs a kind of rocking movement, which is to be indicated in the figure 8 by the second position of the power transmission element 40 shown in dashed lines. The exact sequence of movements will be described below with reference to FIG. 11.
  • the power transmission element 40 is connected via a flexible electrical lead 46 to a stationary electrical power source 45, e.g. a transformer connected.
  • a stationary electrical power source 45 e.g. a transformer connected.
  • FIG. 8 has shown the illustrated arrangement in a side view
  • FIG. 9 shows the illustrated arrangement in a front view, in which the cylindrical electrodes 20 can be seen in a side view. It can be seen that each of the electrodes 20 is connected to the electrical energy source 45 via its own power transmission element 40.
  • the respective power transmission element 40 is connected via the flexible line 46 to a fixed power transmission block 47.
  • the respective power transmission block 47 is connected via an electrical line 49 to a connection terminal 48. About the two terminals 48, the electrical energy is provided by the electric power source 45.
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment with the movable power transmission elements 40. These are electrically contacted via current transmission blocks 50 coupled to the electrical energy source 45. In this case will the movement of the power transmission elements 40 is also performed by the electric power source 45 and the power transmission blocks 50.
  • FIG. 11 shows the sequence of the rocking motion of a current transmission element 40 in four cycles a, b, c, d.
  • state a first the first contact surface 41 is coupled to the electrode 20.
  • the current transfer element 40 moves in the first direction of movement 43, until the position in Figure b is reached.
  • the current transfer element 40 is moved in the second direction of movement 44, so that, as the figure shows c, now the second contact surface 42, the electrode 20 contacted.
  • the current transfer element 40 is then again moved in the opposite direction in the first direction of movement until the position shown in FIG. Now again, a movement of the current transfer element 40 in the second direction of movement, in such a way that again the state in Figure a is reached.
  • the current transmission element 40 may be formed entirely or at least on its first and second contact surface 41, 42 made of copper.
  • FIG. 12 shows, in a similar view to FIG. 2, a conductive heating device in which only one roller-shaped electrode 20 is provided for conductive heating of the sheet 4.
  • a counterelectrode for the guidance of the current through the sheet 4 may optionally be present a flow electrode 63 or a trailing electrode 64, it may also be both electrodes 63, 64 are present, as Figure 12 shows.
  • the sheet 4 is thereby guided along the electrode 20, which rotates as in the embodiments described above.
  • a counter-roller 60 is provided, which is of comparable cylindrical shape as the electrode 20.
  • the counter roller 60 is electrically neutral, ie it is not with a connected electrical energy source.
  • a first electrical energy source 61 for example a direct current source, connected on the one hand to the electrode 20 and on the other hand to the feed electrode 63.
  • a second electrical energy source 62 eg also a direct current source, is connected to the electrode 20 and the trailing electrode 64.
  • the first electrical energy source 61 the sheet 4 can thus be conductively heated in the region between the flow electrode 63 and the point of contact between the electrode 20 and the sheet 4.
  • the second electrical energy source 62 a conductive heating of the sheet 4 between the point of contact of the sheet 4 with the electrode 20 and the trailing electrode 64 can take place.
  • the electrical energy sources 61, 62 in this case have a common potential. This potential is set to a certain value, as in the case of several simultaneous resistance spot welds on a body, if no common ground or earth ground is provided.
  • this rolling process can already be performed by the electrode 20 and the counter roller 60, if a corresponding contact force between these rollers is produced.
  • separate rollers 65 may be present, which either continue and support a rolling process already carried out by the counter roller 60 and the electrode 20, or carry out a separate rolling operation of the sheet 4.
  • the rollers 65 may optionally be arranged in the direction of movement of the sheet 4 in front of the electrode 20 and / or behind the electrode 20.
  • these electrodes 63, 64 may be designed as fixed, ie immovable, electrodes, such as sliding contacts, or also as rotating cylindrical electrodes.
  • FIG. 12 shows, by way of example only, a contacting by the lead-in electrode 63 and the trailing electrode 64 on one side of the sheet (in this case underside), likewise contacting on the opposite side of the sheet Sheet metal possible.
  • a double contact ie by arranging a lead electrode 63 on both sides of the sheet, and / or a trailing electrode 64 on both sides of the sheet.
  • the respective electrodes may be directly opposite to each other on the sheet or removed from each other. Diagonal contacting in particular is advantageous in this case because it ensures uniform ohmic resistances and thus homogeneous heating.
  • FIG. 13 shows a further variant of a conductive heating device, which is based on the variant of FIG. Here is an additional electrical
  • Power source 24 is provided, which is connected between two acting as electrodes 20 rollers. In this way, an additional heating of the sheet 4 between the electrodes 20 is possible.
  • the described device can advantageously be combined with the previously described embodiments of the device.
  • the current transmission arrangements according to FIGS. 8 to 11 can advantageously be combined therewith.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines Blechs zu einem dreidimensionalen Bauteil durch Blechumformung, wobei das Blech mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung auf eine für die Blechumformung notwendige Temperatur konduktiv erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchgeführt und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmt wird, und das Blech im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden erwärmten Zustand von der konduktiven Erwärmungseinrichtung einer Presseinrichtung zugeführt wird und dort im noch durch die konduktive Erwärmung erwärmten Zustand durch Pressen zu dem dreidimensionalen Bauteil umgeformt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fertigungsanlage zur Herstellung drei-dimensionaler Bauteile aus Blech sowie eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs.

Description

Verfahren zur Umformung eines Blechs, Fertigungsanlage sowie konduktive Erwärmungseinrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung eines Blechs zu einem dreidimensionalen Bauteil durch Blechumformung, wobei das Blech mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung auf eine für die Blechumformung notwendige Temperatur konduktiv erwärmt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fertigungsanlage zur Herstellung dreidimensionaler Bauteile aus Blech sowie eine konduktive Erwär- mungseinrichtung zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Herstellung von Blech-Bauteilen, bei denen aus einem flachen Blech mit planparallelen oder zumindest im Wesentlichen planparallelen Oberflächen durch ein Verfahren der Blechumformung, z.B. Pressen, Presshärten bzw. Formhärten, ein dreidimensionales Bauteil hergestellt wird, d.h. ein Formteil wie z.B. ein Fahrzeugbauteil. Um das Blech auf die für das Pressen oder Presshärten erforderliche Temperatur zu erwärmen, hat man bisher mit großem Energieaufwand und erheblichem Anlagenaufwand die Bauteile durch Durchlauföfen geführt. Um z.B. den gewünschten Presshärtevorgang durchzuführen, muss das
Blech auf eine Temperatur von ca. 950°C erwärmt werden und während der Formgebung, d.h. beim Pressprozess, gezielt abgekühlt werden. Durch diese Abkühlung wird zumindest an einigen Stellen ein Härten des Blechs durch Umwandlung des Blechwerkstoffgefüges in ein martensitisches Gefüge bewirkt, das zu den gewünsch- ten Werkstoffeigenschaften des dreidimensionalen Bauteils führt. Hierbei ist beispielsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 1 .500 MPa bei einer Dehnung im Bereich von größer als 5% gefordert. Aber auch bei Blechmaterialien, z.B. Aluminium, Magnesium, Titan, bei denen während des Pressens kein Härten erfolgen soll, sondern die Blechumformung mit dem erwärmten Blech anhand eines Pressvorgangs durchgeführt wird, besteht ein Bedarf an einem aufwandsarmen Erwärmen des Blechs.
Der Markt für pressumgeformte und pressgehärtete Bauteile wächst derzeit ständig. Dabei werden ressourcenschonendere und energiesparendere Fertigungsverfahren angestrebt. Es gibt bereits Vorschläge, konduktive Erwärmungsverfahren zur notwendigen Erwärmung der Bleche zu nutzen. Solche konduktiven Erwärmungsverfahren eignen sich aber nur für im Wesentlichen rechteckige Bleche, da ansonsten die Stromdichten zu sehr variieren und die Erwärmung ungleichmäßig wird. Aus der DE 10 2014 102 033 B4 geht bereits ein Vorschlag für die konduktive Erwärmung nicht rechteckförmiger Bleche hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umformung eines Blechs zu einem dreidimensionalen Bauteil durch Blechumformung hinsichtlich des konduktiven Erwärmens des Blechs weiter zu verbessern. Ferner soll eine hierfür geeignete Fertigungsanlage sowie eine konduktive Erwärmungseinrichtung angegeben werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Umformung ei- nes Blechs zu einem dreidimensionalen Bauteil durch Blechumformung, wobei das Blech mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung auf eine für die Blechumformung notwendige Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchgeführt und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmt wird, und das Blech im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden erwärmten Zustand von der konduktiven Erwärmungseinrichtung einer Presseinrichtung zugeführt wird und dort im noch durch die konduktive Erwärmung erwärmten Zustand durch Pressen zu dem dreidimensionalen Bauteil umgeformt wird. Dementsprechend ist erfindungsgemäß der Erwärmungsprozess mittels der konduktiven Erwärmung getrennt vom Umformprozess, sowohl räumlich als auch hinsichtlich der Verfahrensschritte. Die Erfindung erlaubt eine einfache und effiziente Herstellung von Blechbauteilen für alle Anwendungszwecke, z.B. für Straßenfahrzeuge, Schienenfahrzeuge oder Luftfahrzeuge. Die Erfindung erlaubt die Verarbeitung von Blechen aller Art, z.B. Blechen aus Stahl oder, z.B. für Luftfahrzeuge, aus Aluminium, Magnesium, Titan oder ver- gleichbaren Werkstoffen. Werden Blechmaterialien verwendet, die während des Vorgangs der Blechumformung, d.h. beim Pressen, noch nicht gehärtet werden sollen, so kann anschließend nach dem Blechumformungsvorgang ein gesonderter Vorgang des Härtens durchgeführt werden. Die Erfindung erlaubt insbesondere auch eine einfache und effiziente Herstellung von pressgehärteten Blechbauteilen. In diesem Fall erfolgt die Umformung zu dem dreidimensionalen Bauteil durch einen Presshärtevorgang, d.h. direkt beim Pressen wird durch gezielte Abkühlung das Härten bewirkt, wie eingangs erläutert.
Dies wird z.B. erreicht durch ein Verfahren zur Umformung eines Blechs zu einem dreidimensionalen Bauteil durch einen Presshärtevorgang, wobei das Blech mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung auf eine für den Presshärtevorgang notwendige Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchgeführt und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmt wird, und das Blech im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden erwärmten Zustand durch einen Umformprozess zu dem dreidimensionalen Bauteil umgeformt wird und hierbei ein Presshärtevorgang durch gezielte Abkühlung zumindest von Teilbereichen des Blechs oder des gesamten Blechs erfolgt.
Vorteilhafterweise können erfindungsgemäß beliebig geformte Bleche, d.h. Bleche mit beliebiger Außenkontur, konduktiv erwärmt werden, insbesondere auch nicht rechteckförmige Bleche. Auch Bleche mit anderen Querschnittsveränderungen, z.B. durch Aussparungen im Blech, können auf diese Weise konduktiv erwärmt werden. Es können somit beliebig komplizierte Formplatinen mit jeglicher Geometrie konduktiv erwärmt werden. Durch den sich an die konduktive Erwärmung anschließenden Presshärtevorgang kann durch die gezielte Abkühlung über gekühlte Presswerkzeuge das erwähnte martensitische Gefüge erzeugt werden, das zu den gewünschten Werkstoffeigenschaften führt. Als Blechumformung kann man z.B. einen Umformvorgang ohne Zerspanen bezeichnen, bei dem das gewünschte dreidimensionale Bauteil aus einem zugeschnittenen Blechstück, in der Regel einem ebenen Blechstück, in seine endgültige Form ge- presst wird, z.B. in einer Presseinrichtung mittels eines Stempels und einer Matrize, oder eines Obergesenks und eines Untergesenks. Dabei kann der Blechwerkstoff nur durch plastische Verformung die gewünschte Form erhalten, also ohne spanendes Bearbeiten und zumindest im Wesentlichen ohne Massivumformung. Der Begriff der Blechumformung kann somit ein von dem Gebiet der Massivumformung klar abgegrenztes technisches Gebiet bezeichnen, d.h. Blechumformung muss nicht zwangsläufig gleichgesetzt werden mit jeder Art des Umformens von Blech.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, dass fortlaufend Bleche mit gleicher Außenkontur in der konduktiven Erwärmungseinrichtung erwärmt werden. Es ist vielmehr möglich, dass wechselweise Bleche mit jeweils unterschiedlichen Außenkonturen durch die konduktive Erwärmungseinrichtung hindurch- geführt und dadurch erwärmt werden.
Gegenüber konventionellen Herstellungsprozessen kann die Bearbeitungszeit des einzelnen Blechs sowie der dafür erforderliche Energieaufwand erheblich reduziert werden. So kann bei entsprechender Auslegung der konduktiven Erwärmungsein- richtung das Blech innerhalb von wenigen Sekunden, z.B. im Bereich von 1 bis 5 Sekunden, auf die erforderliche Temperatur erwärmt werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Blech, das als im Wesentlichen plattenförmiges Teil mit planparallelen Oberflächen bereitgestellt wird, z.B. in Form von Tailored rolled blanks, Tailored blanks und Tailored welded Blanks, zu einem dreidimensionalen Bauteil umgeformt. Als dreidimensionales Bauteil wird hierbei insbesondere ein Bauteil verstanden, bei dem ein das Bauteil umhüllender Quader hinsichtlich jeder seiner Kantenlängen wenigstens das dreifache Maß, insbesondere das fünffache Maß, der Dicke des verwendeten Blechs aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Blech beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden weder ein Umformprozess noch ein Fügeprozess durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung mit wenig Aufwand realisiert werden kann, beispielsweise für die Lagerung der drehbar gelagerten Elektroden, und bei Umform prozessen oder Fügeprozessen zusätzlich erforderliche Bauteile nicht notwendig sind.
Dementsprechend kann beim erfindungsgemäßen Verfahren an dem Blech beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden im Wesentlichen keine Umformung erfolgen. Ein eventuell dennoch entstehender Umformgrad des Blechs ist jedenfalls sehr gering, z.B. weniger als 2% Umformung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Blech vor der Durchführung der konduktiven Erwärmung, d.h. außerhalb der konduktiven Erwärmungseinrichtung, in Form eines Blechstücks aus einem Blechvorrat abgetrennt wird. Auf diese Weise kann das Blech bzw. das Blechstück mit im Prinzip beliebiger vorgegebener äußerer Kontur für die konduktive Erwärmung bereitgestellt werden, insbesondere mit einer nichtrechteckigen Kontur. Das Blechstück kann z.B. aus einem Coil herausgeschnitten werden, insbesondere aus einem Coil mit einer Rollenbreite von mehr als 10 cm.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden wenigstens ein Blechabschnitt nicht konduktiv erwärmt wird o- der auf eine geringere Temperatur konduktiv erwärmt wird. Auf diese Weise können an den jeweiligen Einsatzzweck und den Bedarf angepasste Bauteile aus Blech bereitgestellt werden. So ist es bei vielen Bauteilen aus Blech nicht erforderlich, dass diese die eingangs genannten, hohen Zugfestigkeiten über ihre gesamte Erstreckung aufweisen. Häufig sind die gewünschten hohen Zugfestigkeiten nur in Teilbereichen des Bauteils notwendig, während in anderen Bereichen höhere Dehnungen von beispielsweise 15% bis 17% gewünscht sind, wie z.B. bei dem Fuß einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs.
Durch die genannte Weiterbildung ist es möglich, diese bereichsweise unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften zu erzeugen. Hierzu kann das Blech in den jeweiligen Teilbereichen einer unterschiedlichen Wärmebehandlung bei der konduktiven Erwär- mung ausgesetzt werden und dann z.B. dem Presshärtevorgang zugeführt werden. Daher wird das Blech nur in den Bereichen hoher Zugfestigkeit auf eine Temperatur oberhalb des Härtepunkts der Legierung erwärmt ist, sodass nur in diesen Bereichen die Bedingungen einer anschließenden Presshärtung mit einer entsprechenden Gefügeumwandlung gegeben sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden der Anpressdruck dieser Elektroden an das Blech konstant gehalten wird, entweder für das vollständige Blech oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs. Solche Teilabschnitte des Blechs können insbesondere Abschnitte sein, die durch diese Elektroden auf eine für die Presshärtung mit einer entsprechenden Gefügeumwandlung notwendigen Temperatur konduktiv erwärmt werden. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßige konduktive Erwärmung des Blechs während des Hindurchführvorgangs durch die Elektroden erreicht werden. Die Erzeugung des gleichmäßigen Anpressdrucks kann beispielsweise durch eine entsprechende mechanische Konstruktion der konduktiven Erwärmungseinrichtung realisiert werden, z.B. dadurch, dass eine oder beide walzenförmigen Elektroden mit einer bestimmten Nachgiebigkeit aufgehängt sind, z.B. lose und/oder gefedert aufgehängt, sodass sich hierdurch ein gleichbleibender Anpressdruck ergibt. Die walzenförmigen Elektroden können auch durch einen steuerbaren Anspressmechanismus der konduktiven Erwärmungseinrichtung gegen das Blech gepresst werden, z.B. pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch, d.h. auch in Kombination miteinander. Ist ein solcher Anpressmechanismus vorhanden, so kann der Anpressdruck der Elektroden an das Blech auch durch eine Anpressdruckregelungseinrichtung geregelt werden. Da sich die für die Beibehaltung eines gleichmäßigen Anpressdrucks erforderliche Anpresskraft abhängig von dem jeweils zwischen den Elektroden vorhandenen Blechquerschnitt ändert, der über die Länge des Blechs variieren kann, kann als Ein- gangsgröße für die Regelung des Anpressdrucks und dementsprechend der Anpresskraft z.B. eine über eine Sensoreinrichtung erfasste, den Blechquerschnitt charakterisierende Größe und/oder der jeweils in das Blech eingespeiste elektrische Strom herangezogen werden, den die konduktive Erwärmungseinrichtung abgibt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden die durch diese Elektroden in dem Blech erzeugte Stromdichte konstant gehalten wird, entweder für das vollständige Blech oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs. Auch hierdurch wird die Erwärmung des Blechs während des Hindurchführvorgangs egalisiert. Für die Konstanthaltung der Stromdichte kann eine Stromdichteregelungseinrichtung eingesetzt werden. Die Stromdichteregelungsein- richtung kann beispielsweise als Eingangsgröße die direkt an den Elektroden gemessene aktuelle Spannung zwischen den Elektroden nutzen, um eine entsprechende steuerbare Spannungsquelle, die die elektrische Energie für die konduktive Erwär- mung bereitstellt, anzusteuern. Die Stromdichteregelungseinrichtung kann beispielsweise im Sinne einer Konstantspannungsregelung bezüglich der direkt an den Elektroden gemessenen Spannung zwischen den Elektroden ausgebildet sein. Die An- steuerung der Spannungsquelle durch die Stromdichteregelungseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch aufgrund anderer Eingangssignale erfolgen, z.B. auf- grund der erwähnten den Blechquerschnitt charakterisierenden Größe.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Stromdichte konstant gehalten wird, indem die Spannung (Potentialdifferenz) zwischen den Elektroden gemessen und auf einen konstanten Wert geregelt wird und/o- der eine den Blechquerschnitt charakterisierende Größe beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden kontinuierlich gemessen und hiervon abhängig die an diese Elektroden angelegte Spannung geregelt wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zu Beginn des Hindurchführens des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden durch das konduktive Erwärmen eine höhere Temperatur des Blechs erzeugt wird, als zum Ende des Hindurchführens. Auf diese Weise kann dem durch den Abkühlungseffekt, der an dem erwärmten Bereich des Blechs während des Weiterführens des Blechs durch die Elektroden auftritt, bewirkten unerwünschten Temperaturgradienten entgegengewirkt werden. So kann nach Abschluss des Hindurchführens des Blechs durch die wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden letztendlich ein über seine gesamte Fläche gleichmäßig erwärmtes Blech für den anschließenden Pressvorgang oder Presshärtevorgang bereitgestellt werden.
Die durch die konduktive Erwärmung erzielte Temperatur des Blechs kann beispielsweise von einem Anfangstemperaturwert Τ-ι, der höher ist als ein Endtemperaturwert T2, während des Hindurchführens des Blechs durch die wenigstens zwei walzenför- migen Elektroden kontinuierlich abgesenkt werden, z.B. linear oder nach einer anderen Übergangskurve. Alternativ oder zusätzlich kann dem Abkühlungsvorgang des bereits durch die Elektroden hindurchgeführten Teils des Blechs durch eine wärmeisolierte Kammer entgegengewirkt werden, in die der erwärmte Bereich des Blechs hineingefahren wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Fertigungsanlage zur Herstellung dreidimensionaler Bauteile aus Blech, insbesondere Fertigungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens folgende Anlagenteile:
a) eine konduktive Erwärmungseinrichtung zum Durchführen eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs, die wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzte walzenförmige Elektroden hindurchführbar und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmbar ist,
b) eine der konduktive Erwärmungseinrichtung nachgeordnete Presseinrichtung, die zum Umformen des Blechs zu dem dreidimensionalen Bauteil durch
Blechumformung mittels Pressen des erwärmten Blechs eingerichtet ist, c) eine automatische Transporteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Blech im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden erwärmten Zustand zur Presseinrichtung zu transportieren und dort für den Pressvorgang zu platzieren.
Soll in der Presseinrichtung statt eines einfachen Pressvorgangs ein Presshärtevorgang durchgeführt werden, so ist die Presseinrichtung entsprechend zu erweitern, insbesondere mit einer Kühleinrichtung zum gezielten Abkühlen des Blechs während der Formgebung, d.h. beim Pressprozess. Die automatische Transporteinrichtung ist dann dazu eingerichtet, das Blech im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden erwärmten Zustand zur Presseinrichtung zu transportieren und dort für den Presshärtevorgang zu platzieren. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die automatische Transporteinrichtung kann beispielsweise ein Industrieroboter, ein Förderband oder eine Kombination aus solchen Elementen sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine konduktive Erwär- mungseinrichtung zum Durchführen eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs, insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung einer Fertigungsanlage der zuvor erläuterten Art, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei walzenförmige Elektroden aufweist, die einen zur Durchführung des Blechs zwischen diesen Elektroden eingerichteten Durchführungsspalt zwischen den Elektroden auf- weisen, der ohne in dem Durchführungsspalt befindliches Blech eine geringere Weite hat als die Dicke des Blechs, wobei die Anordnung der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden eine Nachgiebigkeit aufweist, durch die der Durchführungsspalt zwischen den Elektroden mittels des durchzuführenden Blechs auf das Maß der Dicke des Blechs aufweitbar ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile reali- siert werden. Die konduktive Erwärmungseinrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor erläuterten Art. Durch die nachgiebige Aufhängung der Elektroden können sich die Elektroden dem hindurchzuführenden Blech anpassen, ohne dass das Blech dabei wesentlich verändert wird, wie dies beispielsweise bei einem Walzprozess der Fall wäre. Eine Veränderung der Form des Blechs während des Hindurchführens durch die walzenförmigen Elektroden ist bei der vorliegenden Erfindung nicht angestrebt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kon- duktive Erwärmungseinrichtung eine Anpressdruckregelungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Anpressdruck der Elektroden an das Blech während der Durchführung des Blechs durch die Elektroden konstant zu halten, entweder für das vollständige Blech oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs. Die Anpressdruck- regelungseinrichtung kann als mechanische und/oder elektronische Einrichtung aus- gebildet sein, wobei für die Erzeugung der Anpresskraft pneumatische, hydraulische und/oder elektrische Aktuatoren eingesetzt werden können. Durch die Konstanthaltung des Anpressdrucks wird eine gleichmäßige Flächenpressung und damit ein gleichmäßiger Übergangswiderstand zwischen den Elektroden und dem Blech sichergestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine Stromdichteregelungseinnchtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die durch die Elektroden bei der konduktiven Erwärmung in dem Blech erzeugte Stromdichte während der Durchführung des Blechs durch die Elektroden konstant zu halten, entweder für das vollständige Blech oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs. Die Stromdichteregelungseinnchtung ist als elektronische Einrichtung ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kon- duktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine optische Sensoreinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine den Blechquerschnitt charakterisierende Größe beim Hindurchführen des Blechs durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden kontinuierlich zu messen und als Eingangssignal der Stromdichteregelungseinnchtung zuzuführen. Somit kann die Stromdichteregelungs- einrichtung die Stromdichte in Abhängigkeit von dem zugeführten Signal, dass den Blechquerschnitt charakterisiert, regeln. Die optische Sensoreinrichtung kann beispielsweise eine Laserabstandsmesseinrichtung, eine elektronische Kamera und/oder weitere Elemente aufweisen. Mittels der Laserabstandsmesseinrichtung kann beispielsweise die jeweils vorhandene Blechbreite gemessen werden. Mittels der Kamera kann das jeweilige Blechprofil sowohl hinsichtlich der Außen konturen als auch hinsichtlich von Aussparungen im Blech erfasst werden. Hierbei ist es vorteilhaft, die den Blechquerschnitt charakterisierende Größe an einer Position vor den Elektroden in Bewegungsrichtung des Blechs gesehen zu erfassen. Auf diese Weise wird die den Blechquerschnitt charakterisierende Größe zeitlich voreilend zum konduktiven Erwärmungsvorgang erfasst, sodass eine entsprechende Regelung der Stromdichte mit wenig Aufwand ohne Regelungs-Stabilitätsprobleme möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden, die den zur Durchführung des Blechs zwischen diesen Elektroden eingerichteten Durchführungsspalt zwischen den Elektroden aufweisen, wenigstens einen Abstandhalter aufweist, durch den auch dann ein Mindestabstand zwischen den Elektroden aufrecht erhalten wird, wenn sich dazwischen kein Blech befindet. Wie erwähnt, weist die Anordnung der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden eine Nachgiebigkeit auf, durch die der Durchführungsspalt zwischen den Elektroden mittels des durchzuführenden Blechs auf das Maß der Dicke des Blechs aufweitbar und somit veränderbar ist. Wenn kein Blech zwischen den Elektroden vorhanden ist, kann sich der Durchführungsspalt somit verkleinern. Durch den Abstandhalter kann in solchen Fällen ein Aufeinandertreffen der Elektroden vermieden werden. Hierdurch kann ein Kurzschluss zwischen den Elektroden vermieden werden, wenn das Blech vollständig durch die Elektroden hindurch- geführt ist und daraus ausgetreten ist. Dementsprechend muss zwischen dem Hindurchführen unterschiedlicher Bleche durch die Elektroden die darin angelegte Spannung nicht abgeschaltet werden, was den Regelungsaufwand für die konduktive Erwärmungseinrichtung vereinfacht. Ein weiterer Vorteil des durch den Abstandhalter sichergestellten Mindestabstands ist, dass ein neues Blech automatisch durch die Drehung der walzenförmigen Elektroden hineingezogen werden kann. Der Abstandshalter kann beispielsweise als Anschlag für die Bewegung der Elektroden ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nachgiebigkeit durch eine elastische, lose Lagerung einer oder beider der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden und/oder durch Abstützung einer oder beider dieser Elektroden über eine jeweilige Stützrolle mit einer Elastizität realisiert ist. Hier- durch kann die Nachgiebigkeit auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden. Sind eine oder beide der walzenförmigen Elektroden über eine oder mehrere jeweilige Stützrollen abgestützt, so kann hierdurch die Ausgestaltung der walzenförmigen Elektroden vereinfacht werden, z.B. deren Durchmesser verringert werden, da diese über die Stützrollen abgestützt werden und daher selbst weniger steif sein kön- nen.
Die konduktive Erwärmungseinrichtung kann ferner eine Temperaturregelungseinrichtung aufweisen, die den Vorschub des Blechs durch die Elektroden und/oder die durch das Blech hindurchtretende Stromdichte derart regelt, dass das aus den Elekt- roden austretende Blech eine gewünschte Solltemperatur erreicht. Die Temperaturregelungseinrichtung kann beispielweise ein Eingangssignal von einem Temperatursensor erhalten, der die Temperatur des Blechs nach dem Austritt aus den Elektroden erfasst. Der Temperatursensor kann z.B. als Pyrometer ausgebildet sein. Mittels der Temperaturregelungseinrichtung kann z.B. die von der elektrischen Energie- quelle an die Elektroden angelegte Spannung beeinflusst werden.
Die walzenförmigen Elektroden können beispielsweise aus einer ausreichend harten Kupferlegierung hergestellt sein, z.B. CuCoBe oder CuBe2. Der elektrische Kontakt von der elektrischen Energiequelle, die den Strom für die konduktive Erwärmung be- reitstellt, zu den Elektroden kann z.B. über einen jeweiligen Schleifkontakt oder mehrere Schleifkontakte erfolgen, oder über die Drehachse der jeweiligen Elektrode.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Bleche, bei denen auch sprunghafte Änderungen des Querschnitts über die Längserstreckung auftreten, z.B. sprunghafte Änderungen größer als 5% oder größer als 50%.
Die konduktive Erwärmung wird beispielsweise durch Gleichstrom oder Wechselstrom durchgeführt, wobei Gleichstrom bevorzugt ist, da keine nachteiligen induktiven Effekte auftreten. Zudem ist eine schnellere Nachregelung der Stromdichte bei sich veränderndem Blechquerschnitt möglich. Der für die konduktive Erwärmung verwendete Strom kann z.B. aus einem Zweiphasennetz oder einem Dreiphasennetz, z.B. einem Drehstromnetz, entnommen werden. Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines Blechs, wobei das Blech mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung auf eine Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist und das Blech zwi- sehen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchgeführt wird und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmt wird, wobei der durch die Elektroden erzeugte Stromfluss durch das Blech zumindest an bestimmten Stellen des Blechs eine Flussrichtung aufweist, die überwiegend in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs verläuft. Auf diese Weise können insbesondere relativ dünne Bleche mit hoher Effizienz konduktiv erwärmt werden. Bei der konduktiven Erwärmung ist der von dem zu erwärmenden Blech lokal bereitgestellte ohm- sche Widerstand zwischen den verwendeten Elektroden von wesentlicher Bedeutung. Bei geringer Blechdicke, z.B. im Bereich von 2 mm bis 1 ,5 mm, ist der bereitgestellte Widerstand in Richtung der Dicke des Blechmaterials relativ gering. Dies kann dazu führen, dass der Wirkungsgrad des Erwärmungsstromkreises für den industriellen Bedarf relativ gering ausfällt, d.h. er ist für die industrielle Produktion nicht optimal. Die Erfindung löst dieses Problem durch eine veränderte Führung des Stromflusses durch das Blech, indem der Stromfluss nicht wie im Stand der Technik senkrecht durch das Blech geführt wird, d.h. im Wesentlichen ausschließlich eine Fluss- richtung in Richtung der Blechdicke aufweist. Stattdessen weist erfindungsgemäß der Stromfluss nun eine überwiegende Flusskomponente (oder Flussrichtung) in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs auf. Als Längsrichtung des Blechs wird dabei die Durchführrichtung des Blechs durch die walzenförmigen Elektroden verstanden. Die Querrichtung des Blechs erstreckt sich dabei senkrecht zur Längsrichtung des Blechs bzw. parallel zur Drehachse der Elektroden. Diese vorteilhafte Flussrichtung des Stromflusses kann z.B., wie nachfolgend noch erläutert, durch versetzt zueinander angeordnete Isolationsbereiche und Nichtisolationsberei- che der Elektroden realisiert werden. Das zuvor erläuterte Verfahren kann auch vorteilhaft in Kombination mit einem der eingangs genannten Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines Blechs angewendet werden, z.B. als Erwärmungsverfahren für ein solches eingangs erläutertes Verfahren.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchführbar und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmbar ist, wobei die walzenförmigen Elektroden am Außenumfang jeweilige Kontaktbereiche aufweisen, an denen sie beim Hindurchführen des Blechs zwischen den Elektroden mechanisch in Kontakt mit dem Blech kommen, wobei die Kontaktberei- che jeweils Isolationsbereiche und Nichtisolationsbereiche aufweisen, wobei in den Isolationsbereichen kein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode und dem Blech vorhanden ist und in den Nichtisolationsbereichen ein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode und dem Blech vorhanden ist. Auf diese Weise kann das zuvor erläuterte Verfahren, bei dem der durch die Elektroden erzeugte Stromfluss durch das Blech zumindest an bestimmten Stellen des Blechs eine Flussrichtung aufweist, die überwiegend in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs verläuft, realisiert werden. Als elektrischer Kontakt wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein galvanischer Kontakt verstanden. Die Isolationsbereiche können bspw. durch eine isolierende Oberflächenbeschich- tung der Elektrode realisiert sein. In diesem Fall können die Isolationsbereiche auf gleichem Höhenniveau wie die Nichtisolationsbereiche angeordnet sein, sodass sowohl die Isolationsbereiche als auch die Nichtisolationsbereiche bei der Rotation der Elektrode in mechanischen Kontakt mit dem Blech kommen. Die Isolationsbereiche können auch durch Vertiefungen in der Elektrode realisiert sein, z.B. durch spanende oder durch spanlose Fertigung eingebrachte Nuten, Noppen oder andere Oberflä- chenstrukturierungen. In diesem Fall kommen die Isolationsbereiche nicht mechanisch in Kontakt mit dem Blech. Die gegenüber den Isolationsbereichen erhabenen Nichtisolationsbereiche können dabei schräg verlaufende Seitenwände aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest im Bereich eines Durchführungsspalts zwischen den walzenförmigen Elektroden, der zur Durchführung des Blechs zwischen den walzenförmigen Elektroden dient, in den einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen der walzenförmigen Elektroden die Nichtisolationsbereiche der einen Elektrode versetzt zu den Nichtiso- lationsbereichen der gegenüberliegenden anderen Elektrode angeordnet sind. Hierdurch kann die gewünschte Flussrichtung des Stromflusses durch das Blech in Längs- und/oder Querrichtung weiter optimiert werden.
Das Blech weist einen positiven Temperaturkoeffizienten hinsichtlich des spezifischen Widerstands auf, sodass der spezifische Widerstand des Blechs durch die Erwärmung ansteigt. Ein zusätzlicher synergetischer Effekt bei der Steigerung der Effizienz der konduktiven Erwärmung wird dadurch erreicht, dass durch den Stromfluss zwischen versetzt angeordneten Nichtisolationsbereichen gegenüberliegender Elektroden dieser Stromfluss zumindest zum Teil auch durch bereits erwärmte Blechbereiche erfolgt. Diese haben aufgrund der Erwärmung bereits einen höheren Widerstand, was den Wirkungsgrad der konduktiven Erwärmung verbessert. Die Erwärmung dehnt sich zudem konvektiv im Blech aus, sodass diese Widerstandserhöhung sich ebenfalls weiter ausdehnt und damit die Effizienz der konduktiven Erwärmung weiter verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest im Bereich eines Durchführungsspalts zwischen den walzenförmigen Elektro- den, der zur Durchführung des Blechs zwischen den walzenförmigen Elektroden dient, in den einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen der walzenförmigen Elektroden die Nichtisolationsbereiche der einen Elektrode nicht miteinander überlappend versetzt zu den Nichtisolationsbereichen der gegenüberliegenden anderen Elektrode angeordnet sind. Hierdurch kann die gewünschte Flussrichtung des Strom- flusses durch das Blech in Längs- und/oder Querrichtung weiter optimiert werden. Es ist dabei vorteilhaft, die nicht miteinander überlappenden Bereiche der Elektroden, zumindest wenn die Isolationsbereiche durch Oberflächenstrukturierung gebildet sind, in geeigneter weise passend zur Dicke und Stabilität des Blechs auszuwählen und dabei den Anpressdruck der Elektroden an das Blech in passender Weise zu wählen, um unerwünschte Blechverformungen aufgrund der Oberflächenstrukturie- rung der Elektroden zu vermeiden. Werden die Isolationsbereiche durch eine isolierende Oberflächenbeschichtung der Elektroden realisiert, werden solche Verformungseffekte des Blechs ohnehin vermieden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchführbar und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmbar ist, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung zur elektrischen Energieversorgung wenigstens einer walzenförmigen Elektrode ein bewegliches Stromübertragungselement aufweist, das eine erste Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktie- rung einer Seite dieser Elektrode und ein zweites elektrisches Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung der gegenüberliegenden Seite der Elektrode aufweist, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb derart zu steuern, dass wechselweise die erste und die zweite Kontaktfläche in elektrischen Kontakt mit der Elektrode gebracht wird. Auf diese Weise kann ein gerade bei großen Strömen auftretendes Problem der elektrischen Energieversorgung der rotierenden walzenförmigen Elektroden gelöst werden. Generell ist es möglich, für die elektrische Energieversorgung der rotierenden walzenförmigen Elektroden Schleifkontakte einzusetzen. Diese unterliegen jedoch einem gewissen Verschleiß und sind daher insbesondere bei großen Strömen, die für ein industriell effizientes Durchführen von konduktiven Erwärmungsvorgängen erforderlich sind, nachteilig. Die zuvor genannte Erwärmungseinrichtung löst dieses Problem durch ein bewegliches Stromübertragungselement, bei dem wechselweise bei einer ersten und einer zweiten Kontaktfläche ein Kontakt mit der Elektrode hergestellt wird. Dies ermöglicht es, dass die jeweilige Kontaktfläche zumindest zeitweise die Oberflächen-Bewegung der rotierenden Elektrode mitmacht und dieser Elektrode folgt. Das Stromübertragungselement kann z.B. als fester Kontaktrahmen ausgebildet sein, der mittels des Stellantriebs automatisch bewegt werden kann. Dieser Kontaktrahmen kann dann die erste und die zweite Kontaktfläche aufweisen. Das Stromübertragungselement kann auch in Form einzelner beweglicher Kontaktelemente ausgebildet sind, wobei ein erstes Kontaktelement die erste Kontaktfläche und ein zweites Kontaktelement die zweite Kontaktfläche aufweist. Diese Kontaktelemente können separat voneinander durch den Stellantrieb bewegbar sein.
Die erste und/oder zweite Kontaktfläche kann dabei eine Oberflächenstrukturierung aufweisen, z.B. eine Verzahnung. An der zu kontaktierenden Stelle der Elektrode, die mit der ersten oder zweiten Kontaktfläche in Kontakt kommt, kann eine dazu korrespondierende Oberflächenstrukturierung vorhanden sein, z.B. eine vergleichbare Verzahnung. Die Elektrode kann für die elektrische Kontaktierung der ersten und/oder zweiten Kontaktfläche einen gesonderten Kontaktbereich aufweisen, der separat, d.h. beabstandet, von den Kontaktbereichen ist, in denen die walzenförmigen Elektroden in mechanischen Kontakt mit dem Blech gebracht werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche voneinander zumindest zeitweise größer als der Durchmesser der walzenförmigen Elektrode im Kontaktbereich zu der ersten und der zweiten Kontaktfläche ist. Im Fall eines festen Kontaktrahmens ist der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche permanent größer als der Durchmesser der walzenförmigen Elektrode im Kontaktbereich zu der ersten und der zweiten Kontaktfläche.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb derart zu steuern, dass eine mit der Elektrode in elektrischen Kontakt gebrachte erste oder zweite Kontaktfläche eine der Rotationsbewegung der Oberfläche der Elektrode folgende Längsbewegung ausführt. Auf diese Weise kann die jeweilige mit der Elektrode in elektrischen Kontakt gebrachte erste oder zweite Kontaktfläche im Wesentlichen reibungsfrei und dementsprechend ohne Verschleiß den elektrischen Strom zur Elektrode übertragen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Längsbewegung der ersten und der zweiten Kontaktfläche im Wesentlichen schlupffrei zur Bewegung der Oberfläche der Elektrode ist, d.h. die jeweilige Kontaktfläche mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegt wird wie die Oberflächengeschwindigkeit der Elektrode.
Der Stellantrieb kann dementsprechend dazu eingerichtet sein, einerseits das Stromübertragungselement in einer ersten Bewegungsrichtung zu bewegen, um die alternierende Kontaktierung der Elektrode mit der ersten und der zweiten Kontaktfläche zu realisieren, und zusätzlich eine senkrecht zur ersten Bewegungsrichtung durchge- führte Bewegung zu realisieren, mit der die Kontaktfläche die Längsbewegung in Richtung der Rotationsbewegung der Oberfläche der Elektrode ausführt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines Blechs, wobei das Blech, mittels einer konduktiven Erwär- mungseinrichtung auf eine Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine drehbar gelagerte, walzenförmige Elektrode zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist und das Blech entlang der wenigstens einen in Rotation versetzten walzenförmigen Elektrode geführt wird und mittels dieser Elektrode sowie wenigstens einer Gegenelektrode konduktiv er- wärmt wird, wobei der durch die Elektrode und der Gegenelektrode erzeugte Strom- fluss durch das Blech zumindest an bestimmten Stellen des Blechs eine Flussrichtung aufweist, die überwiegend in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs verläuft. Hiermit wird eine weitere vorteilhafte Möglichkeit angegeben, insbesondere relativ dünne Bleche mit hoher Effizienz konduktiv zu erwärmen. Zudem kann die Anordnung von Elektrode und Gegenelektrode flexibler gestaltet werden, da nicht unbedingt zwei sich gegenüberliegende walzenförmige Elektroden erforderlich sind. Die Gegenelektrode kann an anderer Stelle, beabstandet von der walzenförmigen Elektrode, angeordnet werden, z.B. in Bewegungsrichtung des Blechs vor der walzenförmigen Elektrode oder hinter der walzenförmigen Elektrode. Die Erfindung eignet sich auf diese Weise insbesondere auch für die konduktive Erwärmung empfindlicher Materialien, wie z.B. foliendünne Bleche.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren der konduktiven Erwärmung des Blechs kombiniert werden kann mit einer Blechumformung durch Walzen des Blechs. Das Walzen bzw. das Umformen des Blechs kann direkt unter Beteiligung der walzenförmigen Elektrode oder durch gesonderte Walzen erfolgen .
Auf diese Weise kann ein Konduktivwalzprozess realisiert werden, bei dem kontinu- ierlich der Blechquerschnitt durch einen Walzvorgang verringert werden kann. Die erforderliche Erwärmung des Blechs kann durch die konduktive Erwärmung erfolgen. Die Erfindung erlaubt es, die durch die Blechdickenverringerung sich ändernden elektrischen Leistungsverhältnisse abschnittsweise und flexibel den erforderlichen Umformparametern anzupassen.
Eine beim Walzen auftretende Verlängerung des Blechs kann in der Anlage bspw. dadurch kompensiert werden, dass das Blech vor und hinter der Walzenanordnung durch jeweilige Zugelemente, z.B. Zugrollen, unter Spannung gehalten wird. Auf diese Weise wird ein unerwünschtes Durchhängen des Blechs vermieden. Die Zuge- lemente können bspw. mittels eines Elektroantriebs betrieben werden.
Die beschriebene konduktive Erwärmung des Blechs kann insbesondere bei dünnen Blechen vorteilhaft mit Gleichstrom durchgeführt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, das elektrische Energieversorgungssignal, d.h. die Spannung oder den Strom, ge- pulst einzuspeisen, z.B. mit einem Sägezahn-Verlauf. Dies erlaubt eine verbesserte und insbesondere feinfühligere Zumessung des elektrischen Energieversorgungssignals und damit eine verbesserte Temperatureinstellung des Blechs für den Umformvorgang. Das zuvor beschriebene Verfahren kann mit sämtlichen Ausgestaltungen des Verfahrens, die zuvor erläutert wurden, vorteilhaft kombiniert werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs, insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine drehbar gelagerte, walzenförmige Elektrode und wenigstens eine Gegenelektrode zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist und das Blech entlang der wenigstens einen in Rotation versetzten walzenförmigen Elektrode geführt ist und mittels dieser Elektrode sowie der wenigstens einen Gegenelektrode konduktiv erwärmt wird, wobei die wenigstens eine Gegenelektrode als Vorlaufelektrode, die das Blech an einer in Bewegungsrichtung des Blechs entlang der walzenförmigen Elektrode vor der walzenförmigen Elektrode lie- genden Position kontaktiert, und/oder als Nachlaufelektrode, die das Blech an einer in Bewegungsrichtung des Blechs entlang der walzenförmigen Elektrode hinter der walzenförmigen Elektrode liegenden Position kontaktiert, ausgebildet ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die konduktive Erwärmungseinrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens ge- mäß Anspruch 25 und somit zur Bearbeitung besonders dünner Bleche. Die konduktive Erwärmungseinrichtung kann auch beide Arten von Gegenelektroden aufweisen, d.h. sowohl eine Vorlaufelektrode als auch eine Nachlaufelektrode.
Durch die Anordnung der Gegenelektrode in einem Abstand von der walzenförmigen Elektrode bestehen erweiterte Freiheitsgrade für die Realisierung der konduktiven Erwärmungseinrichtung. Insbesondere muss keine zweite walzenförmige Elektrode gegenüberliegend der bereits genannten walzenförmigen Elektrode vorhanden sein. Stattdessen kann, um eine ausreichende Anpresskraft an der walzenförmigen Elektrode sicherzustellen, dieser gegenüberliegend eine walzenförmige Konterrolle ange- ordnet sein. Das Blech wird in diesem Fall durch einen Spalt zwischen der walzenförmigen Elektrode und der walzenförmigen Konterrolle hindurchgeführt. Je nach Ausgestaltung der Anlage kann die Anordnung aus der walzenförmigen Elektrode und der Konterrolle bereits für die Umformung des Blechs durch einen Walzvorgang genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können separate Walzrollen in Bewegungs- richtung des Blechs vor oder hinter der Anordnung aus der walzenförmigen Elektrode und der Konterrolle angeordnet sein. Die Konterrolle kann dabei isoliert ausgebildet sein. Sie dient als Anpressvorrichtung zur Anpressung des Blechs gegen die walzenförmige Elektrode.
Durch die Erwärmung des Blechs in einem Bereich zwischen der Gegenelektrode und der walzenförmigen Elektrode werden größere erwärmte Bereiche des Blechs geschaffen. Zudem wird ein kontinuierlicher Stromfluss im Blech realisiert. Hierdurch kann das Blech über einen größeren Flächenbereich auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, was bspw. für die Herstellung von dünnen Blechfolien vorteilhaft ist. Ein Vorteil der separaten Anordnung von Walzrollen besteht darin, dass diese auf ihre eigentliche Funktion des Umformvorgangs hin mechanisch optimiert werden können und bspw. aus Werkzeugstahl gefertigt werden können. Werkzeugstahl eignet sich dagegen nicht so gut für die elektrische Kontaktierung des Blechs, d.h. für die Realisierung der walzenförmigen Elektrode.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste elektrische Energiequelle zwischen der Vorlaufelektrode und der walzenförmigen Elektrode geschaltet ist und eine zweite elektrische Energiequelle zwischen der walzenförmigen Elektrode und der Nachlaufelektrode geschaltet ist. Auf diese Weise kann das Blech sowohl im Bereich der Vorlaufelektrode als auch im Bereich der Nachlaufelektrode konduktiv erwärmt werden. Durch die Nutzung separater Energiequellen, d.h. der ersten und der zweiten elektrischen Energiequelle, kann die Erwärmung des Blechs je nach Bedarf auch unterschiedlich erfolgen, d.h. auf unterschied- liehe Temperaturen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs aufweist, wobei das Blech zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchführbar und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmbar ist, wobei das Blech über eine zwischen zwei walzenförmigen Elektroden geschaltete dritte elektrische Energiequelle konduktiv erwärmbar ist und zusätzlich durch eine zwischen einer der walzenförmigen Elektroden und der Vorlaufelektrode und/oder der Nachlaufelektrode geschalteten weiteren Energiequelle konduktiv erwärmbar ist. Die zuvor erläuterte konduktive Erwärmungseinrichtung kann auch kombiniert werden mit einer der eingangs beschriebenen Ausführungsformen der konduktiven Erwärmungseinrichtung, bei der wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs vorhanden sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die zwei walzenförmigen Elektroden über eine separate dritte elektrische Energiequelle mit elektrischer Energie zu versorgen. Auf diese Weise kann eine an- gepasste Strombeaufschlagung des Blechs im Bereich zwischen den walzenförmigen Elektroden erfolgen. Diese Ausführungsform kann für vergleichsweise höhere Temperaturbereiche einen zusätzlichen und gegebenenfalls sprunghaften Wärmeeintrag in das umzuformende Blech realisieren, der durch die Stromeinleitung durch die beiden walzenförmigen Elektroden realisiert wird. Je nachdem, ob nur eine Vorlaufelektrode oder nur eine Nachlaufelektrode, oder beides, d.h. Vorlaufelektrode und Nachlaufelektrode vorhanden sind, sind als separate elektrische Energiequellen noch die zuvor genannte erste elektrische Energiequelle und/oder zweite elektrische Energiequelle vorhanden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ver- minderung von Oberflächenoxidation des Blechs der durch konduktive Erwärmung erwärmte Bereich des Blechs in einer Schutzgas-Umgebung angeordnet ist. Auf diese Weise kann derjenige Teil der Anlage gegenüber der Außenumgebung gekapselt werden, sodass unerwünschte Beeinflussungen des Blechs durch Oberflächenoxidation vermieden werden können. Die konduktive Erwärmungseinrichtung kann hierfür bspw. eine Umhüllung aufweisen.
Die walzenförmigen Elektroden können, zumindest am Außenumfang, vorteilhaft eine hochfeste Kupferlegierung aufweisen, z.B. CuCoBe. Auf diese Weise ist bei relativ hoher Festigkeit der walzenförmigen Elektrode eine gute Stromübertragung ge- währleistet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Fertigungsanlage in schematischer Darstellung und
Figur 2 eine konduktive Erwärmungseinrichtung und
Figur 3 ein weiteres Merkmal der konduktiven Erwärmungseinrichtung und Figur 4 weitere Merkmale der konduktiven Erwärmungseinrichtung und
Figur 5 eine seitliche Ausschnittsansicht der Elektroden mit dem Blech und
Figur 6 eine vergrößerte Ausschnittsansicht der Darstellung der Figur 5 und
Figur 7 ein Blech in perspektivischer Darstellung und
Figuren 8 bis 10 Stromübertragungsanordnungen und
Figur 1 1 eine schrittweise Darstellung der Funktion einer Stromübertragungsanordnung und
Figuren 12 bis 13 weitere Ausführungsformen einer konduktiven Erwärmungseinrichtung.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die in Figur 1 dargestellte Fertigungsanlage weist eine Blechzuschneideeinrichtung 1 , eine konduktive Erwärmungseinrichtung 2 sowie eine Presseinrichtung 3 auf. Der Blechzuschneideeinrichtung 1 wird über eine automatische Transporteinrichtung 61 das Blech aus einem Blechvorrat 6, z.B. einem Coil, zugeführt. In der Blechzuschnei- deeinrichtung 1 wird hieraus das weiter zu verarbeitende Blech 4 in Form eines Blechstücks, z.B. als Formplatine, aus dem Blechvorrat 6 abgetrennt.
Das Blech 4 wird dann über eine weitere automatische Transporteinrichtung 12 der konduktiven Erwärmungseinrichtung 2 zugeführt. In der konduktiven Erwärmungsein- richtung 2 wird das Blech 4 konduktiv erwärmt, indem das Blech zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden hindurchgeführt und mittels dieser Elektroden konduktiv erwärmt wird. Das durch die konduktive Erwärmungseinrichtung 2 erwärmte Blech 4 wird dann über eine weitere automatische Transporteinrichtung 23 der Presseinrichtung 3 zugeführt. In der Presseinrichtung 3 wird das vom konduktiven Erwärmungsprozess noch erwärmte Blech 4 mittels eines Pressvorgangs oder eines Presshärtevorgangs umgeformt und dabei durch gezielte Abkühlung zumindest in Teilbereichen in gewünschter Weise verfestigt. Hierdurch wird ein dreidimensionales Bauteil 5 hergestellt, das in der Figur 1 beispielhaft in Form einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs dargestellt ist. Jede der Transporteinrichtungen 61 , 12, 23 kann beispielsweise als Industrieroboter, als Förderband oder sonstiges Fördermittel, auch als Kombination daraus, ausgebildet sein.
Wie in der Figur 1 ferner erkennbar ist, weist das Blech 4 über seine Längserstreckung (in vertikaler Richtung) relativ deutliche Änderungen der Breite und damit des Blechquerschnitts auf. So ändert sich die Blechbreite von einem Wert a fast sprunghaft auf einen im Wesentlichen nur halb so großen Wert b. Diese deutliche Verände- rung des Blechquerschnitts stellt eine besondere Herausforderung bei der konduktiven Erwärmung dar, die durch die vorliegende Erfindung in besonders effizienter Weise gelöst wird.
Die Figur 2 zeigt die konduktive Erwärmungseinrichtung 2 in Seitenansicht. Erkenn- bar sind zwei walzenförmige Elektroden 20, die drehbar gelagert sind und sich in entgegengesetztem Drehsinn drehen, wie durch die gekrümmten Pfeile angedeutet ist. Die Elektroden 20 können z.B. motorisch in die Drehbewegung versetzt werden. Es ist dabei vorteilhaft, das Blech 4 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch die Elektroden 20 zu führen. Das Blech 4 kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich, z.B. schrittweise, vorwärts bewegt werden. Das Blech 4 wird in der durch den nach rechts weisenden Pfeil angegebenen Richtung durch einen zwischen den Elektroden 20 gebildeten Durchführungsspalt geführt, wobei die Elektroden 20 mit einem gewissen Anpressdruck an dem Blech 4 anliegen. Die Elektroden 20 sind mit einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung 24, z.B. einer steuerbaren Spannungsquelle, elektrisch verbunden. Die Energieversorgungseinrichtung 24 speist den für die konduktive Erwärmung des Blechs 4 erforderlichen Strom in die Elektroden 20 ein.
Damit die Stromdichte auch bei der erwähnten, relativ starken Querschnittsvariation des Blechs 4 über seine gesamte Länge zumindest im Wesentlichen gleichbleibt, ist eine Stromdichteregelungseinrichtung 23 vorhanden. Diese Stromdichteregelungs- einrichtung 23 weist eine Spannungsmesseinrichtung auf, die die direkt an den Elektroden 20 anliegende Spannung, d.h. die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden 20, über separate Leitungen erfasst. Die Stromdichteregelungseinrichtung 23 erzeugt ein Regelungssignal, das der Energieversorgungseinrichtung 24 zugeführt wird. Beispielsweise kann über das Regelungssignal die von der Energieversorgungseinrichtung 24 an den Elektroden 20 angelegte Spannung derart beeinflusst werden, dass letztendlich auch bei variierender Querschnittsfläche des Blechs die Stromdichte gleichbleibt.
Die konduktive Erwärmungseinrichtung 2 kann ferner eine Anpressdruckregelungs- einrichtung 22 aufweisen, die den Anpressdruck der Elektroden 20 an das Blech 4 konstant hält. Die Anpressdruckregelungseinrichtung 22 kann direkt auf die Elektro- den 20 einwirken, oder indirekt über Stützrollen 21 , die zur Abstützung der Elektroden 20 dienen. Die Stützrollen 20 können z.B. am Außenumfang eine elastische Be- schichtung aufweisen.
Um die Stromdichteregelungseinrichtung 23 weiter zu verbessern, kann zusätzlich, wie in Figur 3 in einer Draufsicht auf das Blech 4 dargestellt, eine optische Sensoreinrichtung 26 vorhanden sein, z.B. in Form von Laserabstandsmessern, durch die die jeweilige Blechbreite vor Erreichen der Elektrode 20 jeweils erfasst wird und als ein entsprechendes Eingangssignal der Stromdichteregelungseinrichtung 23 zugeführt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist eine besonders gleichmäßige konduktive Erwärmung des Blechs 4 möglich. Durch den im Vergleich zu den Elektroden 20 hohen Widerstand des Blechs 4 entsteht eine Schaltungsanordnung, bei der der Strom gleichmäßig über den Querschnitt des Blechs 4 abfließt und diesen entsprechend gleich- mäßig konduktiv erwärmt. Wie erkennbar ist, weisen die Elektroden 20 im Wesentlichen eine Linienberührung mit dem Blech 4 auf. Für einen zwischen den Elektroden 20 gerade befindlichen Streifen des Blechs 20 wird eine konduktive Erwärmung durch den hindurchfließenden Strom durchgeführt. Nachdem dies erfolgt ist, werden die Elektroden 20 um ihre drehbare Lagerung gedreht und ein neuer Streifen des Blechs 4 ist zwischen den Elektroden 20 angeordnet. Dieser neue Streifen kann einen anders dimensionierten Querschnitt aufweisen, was aber durch die Stromdich- teregelungseinrichtung 23 kompensiert wird. Statt eines solchen schrittweisen Bewegens des Blechs kann der gesamte Prozess des Hindurchführens des Blechs 4 durch die Elektroden 20 auch kontinuierlich erfolgen, was am zuvor erläuterten Wirkprinzip nichts ändert. Für den neuen Streifen des Blechs wird somit eine Änderung des Stroms vorgenommen, sodass die Stromdichte im jeweiligen Streifen des Blechs konstant bleibt. Dies wird durch das Signal der Spannungsmesseinrichtung, die die Spannung direkt an den Elektroden 20 misst, sowie durch das Signal der optischen Sensoreinrichtung 26 gestützt.
Die Elektroden 20 können eine Kühlungseinrichtung aufweisen, z.B. eine Flüssigkeitskühlung. Auf diese Weise kann eine relativ verschleißfreie und damit kontinuierli- che Erwärmung der Bleche 4 gewährleistet werden.
Die Figur 4 zeigt als weitere Merkmale der konduktiven Erwärmungseinrichtung eine den Elektroden 20 nachgeordnete Warmhaltekammer 26. Die Warmhaltekammer 26 kann beispielsweise vorgewärmt sein. Durch die Warmhaltekammer 26 wird eine im Verlaufe des Durchführens des Blechs 4 durch die Elektroden 20 auftretende Abkühlung des vorangehenden Abschnitts des Blechs 4 minimiert.
Zusätzlich kann ein unerwünschter Abkühlungseffekt der vorangehenden Blechabschnitte dadurch minimiert werden, dass die zuerst durch die Elektroden 20 hin- durchgeführten Bereiche des Blechs 4 auf eine höhere Temperatur T2 erwärmt werden als die eigentliche Zieltemperatur T-i , die am Ende des Blechs 4 erzeugt wird. Dies ist in dem unter den Elektroden 20 dargestellten Temperatur-Weg-Diagramm beispielhaft wiedergegeben. Die Figur 5 lässt in Seitenansicht ausschnittsweise die walzenförmigen Elektroden 20 sowie das zwischen den Elektroden 20 hindurchgeführte Blech 4 erkennen. Die Elektroden 20 weisen in diesem Fall eine äußere strukturierte Oberfläche mit Erhebungen 30 auf, die sich gegenüber tieferliegenden Bereichen 31 der Oberfläche der Elektrode 20 abheben. Dies führt dazu, dass nur die erhabenen Bereiche 30 in me- chanischen und elektrischen Kontakt mit dem Blech kommen, sodass nur hierüber der Stromfluss zur konduktiven Erwärmung des Blechs 4 übertragen werden kann. Die Erhebungen 30 bilden auf diese Weise Nichtisolationsbereiche, die tieferliegenden Bereiche 31 bilden Isolationsbereiche der Elektroden 20. Die Figur 6 zeigt die Anordnung gemäß Figur 5 in noch weiter vergrößerter Ausschnittsdarstellung. Hierbei ist insbesondere beispielhaft der Stromfluss I durch das Blech 4 dargestellt. Erkennbar ist, dass die Flussrichtung des Stromflusses I nicht nur vertikal verläuft, sondern eine wesentliche Komponente in waagerechter Richtung hat, d.h. in diesem Fall in Längsrichtung des Blechs 4. Hierdurch wird der Weg, den der elektrische Stromfluss I durch das Blech 4 zurücklegen muss, im Vergleich zur Dicke des Blechs 4 vergrößert, sodass auch der wirksame ohmsche Widerstand des Blechs 4, der zur konduktiven Erwärmung herangezogen wird, vergrößert wird. Bei einer Durchführung des Blechs 4 von links nach rechts, wie auch zuvor angenommen, fließt somit der nach rechts fließende Anteil des Stroms I sowie der nach links fließende Anteil zumindest zu Beginn durch bereits erwärmte Blechbereiche des Blechs 4, sodass dort als zusätzlicher positiver Effekt ein bereits aufgrund der Erwärmung erhöhter spezifischer Widerstand des Blechs ausgenutzt werden kann, um den Wirkungsgrad der konduktiven Erwärmung weiter zu steigern.
Die Figur 7 zeigt noch einmal beispielhaft das Blech 4 mit den entsprechenden Dimensionen und Richtungen. Das Blech 4 weist eine Dickendimension D auf. Diese ist vergleichsweise gering zur Längendimension L (entsprechend der Längsrichtung) und zur Querdimension Q (entsprechend der Querrichtung). Die Isolationsbereiche 31 und die Nichtisolationsbereiche 30 müssen dabei nicht unbedingt nur in Längsrichtung L versetzt zueinander angeordnet sein, sie können alternativ oder zusätzlich auch in Querrichtung Q versetzt zueinander angeordnet sein. Beispielsweise können die Elektroden 20 an ihrer Außenoberfläche wie ein Zahnrad mit Geradverzahnung oder mit Schrägverzahnung ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall können die Isolationsbereiche und Nichtisolationsbereiche dementsprechend diagonal über die Oberfläche der Elektrode 20 verlaufen. Die Nichtisolationsbereiche können auch punkt- oder inselförmig ausgebildet sein, z.B. in Draufsicht mit runder oder eckiger Kontur. Beispielsweise kann eine sechseckige Kontur realisiert werden. Die gilt auch für Ausführungsformen, bei denen die Isolationsbereiche auf gleichem Höhenniveau wie die Nichtisolationsbereiche angeordnet sind, sodass sowohl die Isolationsbereiche als auch die Nichtisolationsbereiche bei der Rotation der Elektrode in mechanischen Kontakt mit dem Blech kommen. Die Figur 8 zeigt eine konduktive Erwärmungseinrichtung mit einem beweglichen Stromübertragungselement 40, das eine erste Kontaktfläche 41 und eine zweite Kontaktfläche 42 zur alternierenden elektrischen Kontaktierung der walzenförmigen Elektrode 20 aufweist. Durch einen nicht dargestellten Stellantrieb kann das in die- sem Fall rahmenförmige Stromübertragungselement 40 in einer ersten Bewegungsrichtung 43 sowie einer dazu senkrechten zweiten Bewegungsrichtung 44 bewegt werden. Durch die Bewegung in der zweiten Bewegungsrichtung 44 kann die alternierende elektrische Kontaktierung der ersten und der zweiten Kontaktfläche 41 , 42 an der Elektrode 20 erfolgen. Durch die Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung 43 kann das Stromübertragungselement mit der jeweils an der Elektrode 20 anliegenden ersten oder zweiten Kontaktfläche 41 , 42 mit der Oberflächenbewegung der Elektrode 20 mitgeführt werden. Das Stromübertragungselement führt dabei eine Art Schaukelbewegung aus, die in der Figur 8 durch die gestrichelt dargestellte zweite Position des Stromübertragungselementes 40 angedeutet werden soll. Der genaue Bewegungsablauf wird nachfolgend noch anhand der Figur 1 1 beschrieben.
Das Stromübertragungselement 40 ist über eine flexible elektrische Leitung 46 mit einem stationär angeordneten elektrischen Energiequelle 45, z.B. einem Transformator, verbunden. Hierüber wird die elektrische Energie zur Durchführung der kondukti- ven Erwärmung über das Stromübertragungselement 40 bereitgestellt.
Während die Figur 8 die erläuterte Anordnung in Seitenansicht dargestellt hat, zeigt die Figur 9 die erläuterte Anordnung in einer Frontansicht, in der die walzenförmigen Elektroden 20 in Seitenansicht erkennbar sind. Erkennbar ist, dass jede der Elektro- den 20 über ein eigenes Stromübertragungselement 40 mit der elektrischen Energiequelle 45 verbunden wird. Das jeweilige Stromübertragungselement 40 ist über die flexible Leitung 46 mit einem fest angeordneten Stromübertragungsblock 47 verbunden. Der jeweilige Stromübertragungsblock 47 ist über eine elektrische Leitung 49 mit einer Anschlussklemme 48 verbunden. Über die beiden Anschlussklemmen 48 wird die elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle 45 bereitgestellt.
Die Figur 10 zeigt eine alternative Ausführungsform mit den beweglichen Stromübertragungselementen 40. Diese sind über fest mit der elektrischen Energiequelle 45 gekoppelte Stromübertragungsblöcke 50 elektrisch kontaktiert. In diesem Fall wird die Bewegung der Stromübertragungselemente 40 auch von der elektrischen Energiequelle 45 sowie den Stromübertragungsblöcken 50 durchgeführt.
Die Figur 1 1 zeigt den Ablauf der Schaukelbewegung eines Stromübertragungsele- mentes 40 in vier Zyklen a, b, c, d. Im Zustand a ist zunächst die erste Kontaktfläche 41 mit der Elektrode 20 gekoppelt. Das Stromübertragungselement 40 bewegt sich dabei in der ersten Bewegungsrichtung 43, bis die Position in Abbildung b erreicht ist. Nun wird das Stromübertragungselement 40 in der zweiten Bewegungsrichtung 44 bewegt, sodass, wie die Abbildung c zeigt, nun die zweite Kontaktfläche 42 die Elektrode 20 kontaktiert. Das Stromübertragungselement 40 wird nun wieder in der ersten Bewegungsrichtung in entgegengesetzter Richtung bewegt, bis die in Abbildung d dargestellte Position erreicht ist. Nun erfolgt wiederum eine Bewegung des Stromübertragungselementes 40 in der zweiten Bewegungsrichtung, und zwar derart, dass wieder der Zustand in Abbildung a erreicht wird. Dieser Zyklus wiederholt sich fortlaufend, sodass eine nahezu permanente elektrische Kontaktierung der Elektrode 20 durch das Stromübertragungselement 40 gewährleistet werden kann, ohne dass es zu Schlupf zwischen dem Stromübertragungselement 40 und der Elektrode 20 kommt. Das Stromübertragungselement 40 kann vollständig oder zumindest an seiner ersten und zweiten Kontaktfläche 41 , 42 aus Kupfer ausgebildet sein.
Die Figur 12 zeigt in einer vergleichbaren Ansicht wie die Figur 2 eine konduktive Erwärmungseinrichtung, bei der lediglich eine walzenförmige Elektrode 20 zur konduk- tiven Erwärmung des Blechs 4 vorhanden ist. Als Gegenelektrode für die Führung des Stroms durch das Blech 4 kann wahlweise eine Vorlaufelektrode 63 oder eine Nachlaufelektrode 64 vorhanden sein, es können auch beide Elektroden 63, 64 vorhanden sein, wie die Figur 12 zeigt. Das Blech 4 wird hierbei an der Elektrode 20 entlanggeführt, die wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen rotiert. Um zur Sicherstellung einer ausreichenden elektrischen Kontaktierung einen ausreichenden Anpressdruck des Blechs 4 an der Elektrode 20 zu gewährleisten, ist eine Konterrolle 60 vorhanden, die vergleichbar walzenförmig ausgebildet ist wie die Elektrode 20. Die Konterrolle 60 ist dabei elektrisch neutral, d.h. sie ist nicht mit einer elektrischen Energiequelle verbunden. Für die elektrische Beaufschlagung zur Durchführung der konduktiven Erwärmung des Blechs ist eine erste elektrische Energiequelle 61 , z.B. eine Gleichstromquelle, einerseits mit der Elektrode 20 und andererseits mit der Vorlaufelektrode 63 verbunden. Des Weiteren ist eine zweite elektrische Energiequelle 62, z.B. ebenfalls eine Gleichstromquelle, mit der Elektrode 20 und der Nachlaufelektrode 64 verbunden. Durch die erste elektrische Energiequelle 61 kann das Blech 4 somit im Bereich zwischen der Vorlaufelektrode 63 und dem Kontaktpunkt zwischen der Elektrode 20 und dem Blech 4 konduktiv erwärmt werden. Durch die zweite elektrische Energiequelle 62 kann eine konduktive Erwärmung des Blechs 4 zwischen dem Kontaktpunkt des Blechs 4 mit der Elektrode 20 und der Nachlaufelektrode 64 erfolgen.
Die elektrischen Energiequellen 61 , 62 haben hierbei ein gemeinsames Potential. Dieses Potential stellt sich wie bei mehreren zeitgleichen Widerstandspunktschwei- ßungen an einer Karosserie auf einen bestimmten Wert ein, wenn keine gemein- same Masse oder Erdung vorgesehen ist.
Wenn die Anlage direkt zur Durchführung eines Umformprozesses des Blechs 4 dienen soll, z.B. durch einen Walzvorgang, so kann dieser Walzvorgang bereits durch die Elektrode 20 und die Konterrolle 60 durchgeführt werden, wenn eine entspre- chende Anpresskraft zwischen diesen Walzen hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich können gesonderte Walzen 65 vorhanden sein, die entweder einen durch die Konterrolle 60 und die Elektrode 20 bereits erfolgten Walzvorgang weiterführen und unterstützen, oder einen eigenen Walzvorgang des Blechs 4 durchführen. Die Walzen 65 können wahlweise in Bewegungsrichtung des Blechs 4 vor der Elektrode 20 und/oder hinter der Elektrode 20 angeordnet sein.
Bezüglich der Ausführungsmöglichkeiten der Vorlaufelektrode 63 und der Nachlaufelektrode 64 sind unterschiedlichste Ausführungsformen vorteilhaft realisierbar. So können diese Elektroden 63, 64 bspw. als feststehende, d.h. unbewegliche Elektro- den, wie z.B. Schleifkontakte ausgebildet sein, oder ebenfalls als drehende walzenförmige Elektroden. Die Figur 12 zeigt beispielhaft lediglich eine Kontaktierung durch die Vorlaufelektrode 63 und die Nachlaufelektrode 64 an einer Seite des Blechs (hier Unterseite), genauso ist eine Kontaktierung an der gegenüberliegenden Seite des Blechs möglich. Besonders vorteilhaft ist eine doppelte Kontaktierung, d.h. durch Anordnung einer Vorlaufelektrode 63 an beiden Seiten des Blechs, und/oder einer Nachlaufelektrode 64 an beiden Seiten des Blechs. Die jeweiligen Elektroden können sich dabei an dem Blech direkt gegenüberliegen oder voneinander entfernt sein. Hierbei ist insbesondere eine Diagonalkontaktierung vorteilhaft, weil hiermit gleichmäßige Ohm'sche Widerstände und damit eine homogene Erwärmung sichergestellt werden.
Die Figur 13 zeigt eine weitere Variante einer konduktiven Erwärmungseinrichtung, die auf der Variante der Figur 12 aufbaut. Hierbei ist eine zusätzliche elektrische
Energiequelle 24 vorgesehen, die zwischen zwei als Elektroden 20 fungierende Walzen geschaltet ist. Auf diese Weise ist eine zusätzliche Erwärmung des Blechs 4 zwischen den Elektroden 20 möglich. Die beschriebene Einrichtung kann vorteilhaft mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung kombiniert werden. Insbesondere lassen sich die Stromübertragungsanordnungen gemäß den Figuren 8 bis 1 1 vorteilhaft damit kombinieren.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Umformung eines Blechs (4) zu einem dreidimensionalen Bauteil (5) durch Blechumformung, wobei das Blech (4) mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung (2) auf eine für die Blechumformung notwendige Temperatur konduktiv erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist, wobei das Blech (4) zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) hindurchgeführt und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmt wird, und das Blech (4) im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) erwärmten Zustand von der konduktiven Erwärmungseinrichtung (2) einer Presseinrichtung (3) zugeführt wird und dort im noch durch die konduktive Erwärmung erwärmten Zustand durch Pressen zu dem dreidimensionalen Bauteil (5) umgeformt wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Blech (4) beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) weder ein Umform- prozess noch ein Fügeprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (4) vor der Durchführung der konduktiven Erwärmung in Form eines Blechstücks aus einem Blechvorrat (6) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) wenigstens ein Blechabschnitt nicht konduktiv erwärmt wird oder auf eine geringere Temperatur konduktiv erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) der Anpressdruck dieser Elektroden (20) an das Blech (4) konstant gehalten wird, entweder für das vollständige Blech (4) oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs (4). 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) die durch diese Elektroden (20) in dem Blech (4) erzeugte Stromdichte konstant gehalten wird, entweder für das vollständige Blech (4) oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs (4). Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte konstant gehalten wird, indem die Spannung zwischen den Elektroden (20) gemessen und auf einen konstanten Wert geregelt wird und/oder eine den Blechquerschnitt charakterisierende Größe beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) kontinuierlich gemessen und hiervon abhängig die an diese Elektroden (20) angelegte Spannung geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Hindurchführens des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) durch das konduktive Erwärmen eine höhere Temperatur des Blechs (4) erzeugt wird als zum Ende des Hindurchführens.
9. Fertigungsanlage zur Herstellung dreidimensionaler Bauteile (5) aus Blech, insbesondere Fertigungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens folgende Anlagenteile: a) eine konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zum Durchführen eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs (4), die wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist, wobei das Blech (4) zwischen wenigstens zwei in Rotation versetzte walzenförmige Elektroden (20) hindurchführbar und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmbar ist, b) eine der konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nachgeordnete Presseinrichtung (3), die zum Umformen des Blechs (4) zu dem dreidimensionalen Bauteil (5) durch Blechumformung mittels Pressen des erwärmten Blechs eingerichtet ist,
c) eine automatische Transporteinrichtung (23), die dazu eingerichtet ist, das Blech (4) im noch durch die konduktive Erwärmung mittels der wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) erwärmten Zustand zur Presseinrichtung (3) zu transportieren und dort für den Pressvorgang zu platzieren. 10. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zum Durchführen eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs (4), insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung (2) einer Fertigungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei walzenförmige Elektroden (20) aufweist, die einen zur Durchführung des Blechs (4) zwischen diesen Elektroden (20) eingerichteten Durchführungsspalt zwischen den Elektroden aufweisen, der ohne in dem Durchführungsspalt befindliches Blech (4) eine geringere Weite hat als die Dicke des Blechs (4), wobei die Anordnung der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden (20) eine Nachgiebigkeit aufweist, durch die der Durchführungsspalt zwischen den Elektroden (20) mittels des durchzuführenden Blechs (4) auf das Maß der Dicke des Blechs (4) aufweitbar ist.
1 1 . Konduktive Erwärmungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) eine Anpressdruckregelungseinrichtung (22) aufweist, die dazu eingerichtet ist, den
Anpressdruck der Elektroden (20) an das Blech (4) während der Durchführung des Blechs (4) durch die Elektroden (20) konstant zu halten, entweder für das vollständige Blech oder zumindest für Teilabschnitte des Blechs (4).
12. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens eine Stromdichteregelungseinrichtung (23) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die durch die Elektroden (20) bei der konduktiven Erwärmung in dem Blech (4) erzeugte Stromdichte während der Durchführung des Blechs (4) durch die Elektroden (20) konstant zu halten, entweder für das vollständige Blech o- der zumindest für Teilabschnitte des Blechs (4).
13. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens eine optische Sensoreinrichtung (26) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine den Blechquerschnitt charakterisierende Größe beim Hindurchführen des Blechs (4) durch die wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) kontinuierlich zu messen und als Eingangssignal der Stromdichteregelungseinrichtung (23) zuzuführen.
14. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden (20), die den zur Durchführung des Blechs (4) zwischen die- sen Elektroden (20) eingerichteten Durchführungsspalt zwischen den Elektroden (20) aufweisen, wenigstens einen Abstandhalter aufweist, durch den auch dann ein Mindestabstand zwischen den Elektroden (20) aufrecht erhalten wird, wenn sich dazwischen kein Blech (4) befindet. 15. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit durch eine elastische lose Lagerung einer oder beider der wenigstens zwei walzenförmigen Elektroden (20) und/oder durch Abstützung einer oder beider dieser Elektroden (20) über eine jeweilige Stützrolle (21 ) mit einer Elastizität realisiert ist.
16. Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines Blechs (4), wobei das Blech (4) mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung (2) auf eine Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei drehbar gelagerte, walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist und das Blech (4) zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) hindurchgeführt wird und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Elektroden (20) erzeugte Strom- fluss (I) durch das Blech (4) zumindest an bestimmten Stellen des Blechs (4) eine Flussrichtung aufweist, die überwiegend in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs (4) verläuft.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch zur konduktiven Erwärmung des Blechs (4) bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angewendet wird.
18. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs (4), insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist, wobei das Blech (4) zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) hindurchführbar und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die walzenförmigen Elektroden (20) am Außenumfang jeweilige Kontaktbereiche aufweisen, an denen sie beim Hindurchführen des Blechs (4) zwischen den Elektroden (20) mechanisch in Kontakt mit dem Blech (4) kommen, wobei die Kontaktbereiche jeweils Isolationsbereiche (31 ) und Nichtisolationsbereiche (30) aufweisen, wobei in den Isolationsbereichen (31 ) kein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode (20) und dem Blech (4) vorhanden ist und in den Nichtisolationsbereichen (30) ein elektrischer Kontakt zwischen der Elektrode (20) und dem Blech (4) vorhanden ist.
Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich eines Durchführungsspalts zwischen den walzenförmigen Elektroden (20), der zur Durchführung des Blechs (4) zwischen den walzenförmigen Elektroden (20) dient, in den einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen der walzenförmigen Elektroden (20) die Nichtisolationsbereiche (30) der einen Elektrode (20) versetzt zu den Nichtisola- tionsbereichen (31 ) der gegenüberliegenden anderen Elektrode (20) angeordnet sind.
20. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich eines Durchführungsspalts zwischen den walzenförmigen Elektroden (20), der zur Durchführung des Blechs (4) zwischen den walzenförmigen Elektroden (20) dient, in den einander gegenüberliegenden Kontaktbereichen der walzenförmigen Elektroden (20) die
Nichtisolationsbereiche (30) der einen Elektrode (20) nicht miteinander überlappend versetzt zu den Nichtisolationsbereichen (30) der gegenüberliegenden anderen Elektrode (20) angeordnet sind.
Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs (4), insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 oder 18 bis 20, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist, wobei das Blech (4) zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) hindurchführbar und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zur elektrischen Energieversorgung wenigstens einer walzenförmigen Elektrode (20) ein bewegliches Stromübertragungselement (40) aufweist, das eine erste Kontaktfläche (41 ) zur elektrischen Kontaktierung einer Seite dieser Elektrode (20) und ein zweites elektrisches Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung der gegenüberliegenden Seite der Elektrode (20) aufweist, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) eine Steuerungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb derart zu steuern, dass wechselweise die erste und die zweite Kontaktfläche (41 , 42) in elektrischen Kontakt mit der Elektrode (20) gebracht wird.
22. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche (41 , 42) voneinander zumindest zeitweise größer als der Durchmesser der walzenförmigen Elektrode (20) im Kontaktbereich zu der ers- ten und der zweiten Kontaktfläche (41 , 42) ist.
23. Konduktive Erwärmungseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 20 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb derart zu steuern, dass eine mit der Elektrode (20) in elektri- sehen Kontakt gebrachte erste oder zweite Kontaktfläche (41 , 42) eine der Rotationsbewegung der Oberfläche der Elektrode (20) folgende Längsbewegung ausführt.
24. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegung der ersten oder zweiten
Kontaktfläche (41 , 42) im Wesentlichen schlupffrei zur Oberfläche der Elektrode (20) ist.
25. Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines Blechs (4), wobei das Blech (4) mittels einer konduktiven Erwärmungseinrichtung (2) auf eine Temperatur konduktiv erwärmt wird, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens eine drehbar gelagerte, walzenförmige Elektrode (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist und das Blech (4) entlang der wenigstens einen in Rotation versetzten walzenförmigen Elektrode (20) geführt wird und mittels dieser Elektrode (20) sowie wenigstens einer Gegenelektrode
(63, 64) konduktiv erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Elektrode (20) und der Gegenelektrode erzeugte Stromfluss (I) durch das Blech (4) zumindest an bestimmten Stellen des Blechs (4) eine Flussrichtung aufweist, die überwiegend in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Blechs (4) verläuft.
26. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch zur konduktiven Erwärmung des Blechs (4) bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 o- der 16 bis 17 angewendet wird.
27. Konduktive Erwärmungseinrichtung (2) zur Durchführung eines konduktiven Erwärmungsvorgangs eines Blechs (4), insbesondere konduktive Erwärmungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 oder 18 bis 24, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens eine drehbar gelagerte, walzenförmige Elektrode (20) und wenigstens eine Gegenelektrode (63, 64) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist und das Blech (4) entlang der wenigstens einen in Rotation versetzten walzenförmigen Elektrode (20) geführt ist und mittels dieser Elektrode (20) sowie der wenigstens einen Gegenelektrode konduktiv erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Gegenelektrode (63, 64) als Vorlaufelektrode (63), die das Blech (4) an einer in Bewegungsrichtung des Blechs entlang der walzenförmigen Elektrode (20) vor der walzenförmigen Elektrode (20) liegenden Position kontaktiert, und/oder als Nachlaufelektrode (64), die das Blech (4) an einer in Bewegungsrichtung des Blechs entlang der walzenförmigen Elektrode (20) hinter der walzenförmigen Elektrode (20) liegenden Position kontaktiert, ausgebildet ist.
Konduktive Erwärmungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrische Energiequelle (61 ) zwischen der Vorlaufelektrode (63) und der walzenförmigen Elektrode (20) geschaltet ist und eine zweite elektrische Energiequelle (62) zwischen der walzenförmigen Elektrode (20) und der Nachlaufelektrode (64) geschaltet ist.
Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (2) wenigstens zwei drehbar gelagerte walzenförmige Elektroden (20) zur konduktiven Strombeaufschlagung des Blechs (4) aufweist, wobei das Blech (4) zwischen den wenigstens zwei in Rotation versetzten walzenförmigen Elektroden (20) hindurchführbar und mittels dieser Elektroden (20) konduktiv erwärmbar ist, wo- bei das Blech über eine zwischen zwei walzenförmigen Elektroden (20) geschaltete dritte elektrische Energiequelle (24) konduktiv erwärmbar ist und zusätzlich durch eine zwischen einer der walzenförmigen Elektroden (20) und der Vorlaufelektrode (63) und/oder der Nachlaufelektrode (64) geschalteten weiteren Energiequelle (61 , 62) konduktiv erwärmbar ist.
Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung von Oberflächenoxidation des Blechs (4) der durch konduktive Erwärmung erwärmte Bereich des Blechs (4) in einer Schutzgas-Umgebung angeordnet ist.
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