WO2011072847A1 - Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden; bauteil erhältlich durch dieses verfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden; bauteil erhältlich durch dieses verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2011072847A1
WO2011072847A1 PCT/EP2010/007660 EP2010007660W WO2011072847A1 WO 2011072847 A1 WO2011072847 A1 WO 2011072847A1 EP 2010007660 W EP2010007660 W EP 2010007660W WO 2011072847 A1 WO2011072847 A1 WO 2011072847A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
electrode
electrodes
current
tool
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/007660
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd-Arno Behrens
Sven HÜBNER
Murat Demir
Original Assignee
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover filed Critical Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Priority to EP10803228.5A priority Critical patent/EP2512721B1/de
Publication of WO2011072847A1 publication Critical patent/WO2011072847A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/22—Severing by resistance heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30—Features relating to electrodes
    • B23K11/3054—Cooled electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels

Definitions

  • the invention relates to a method for separating a component along a parting line.
  • the invention further relates to a separating device for a component to be separated along a parting line.
  • CONFIRMATION COPY the parts additionally have to be stacked, stored and separated again between production and laser cutting and fed to the laser. Furthermore, laser cutting systems are required, which are associated with additional investments. In addition, increased machine hours are incurred for the relatively slow laser cutting, making the overall process more expensive.
  • a method and a device for the conductive heating of metal sheets is disclosed, for example, in DE 10 2006 037 637 A1.
  • the at least one first electrode and at least one second electrode are connectable to a power source such that the component is separable by passing an electrical current from the at least one first electrode through the component into the at least one second electrode along the dividing line ,
  • the electrodes have cooling channels for passing coolant.
  • the cooling of the electrodes not only serves only to dissipate the heat generated in the electrodes. Rather, the cooling of the electrodes for targeted partial influencing of the heat balance in the overall system tool component is used.
  • the cooling channels of the electrodes are dimensioned such that, together with the electrode geometry and the arrangement of the electrodes, a partial cooling of the adjacent component takes place, so that a targeted control of the region to be melted occurs.
  • An advantage of the invention is that in addition to separable by shear cutting electrically conductive components and high-strength components can be separated quickly. For example, it is possible to separate a press-hardened B-pillar of a passenger car in less than 2 to 3 seconds at its edge so that the excess portion is removed.
  • the possibility according to the invention of separating a component is, depending on the size of the component, more than ten times faster than cutting by means of a laser beam.
  • the conductive separation method according to the invention makes it possible to separate component sections in the cycle time of parts production, for example directly following a forming process. The separation can z. B. directly after the forming while the tool is still closed with the help of built-in the forming tool electrodes.
  • the electrodes are used as supports for the component.
  • at least one support which is electrically neutral, is still present opposite of an electrode and directly adjacent to the parting line.
  • These supports are preferably grounded and connected to ground potential.
  • they should at least on the bearing surface to the component electrically be isolated (coated).
  • the supports and adjacent tool components can also be flowed through with coolant.
  • the dividing line is the line along which the component is to be separated.
  • the dividing line is a closed curve, but this is not necessary.
  • the dividing line can be curved, but that is not necessary.
  • the at least first electrode rests on a surface which lies opposite the surface of the component against which the at least one second electrode rests.
  • the at least one first electrode also lies with the separating line between them with respect to the parting line with respect to the at least one second electrode. In this case, the current runs diagonally through the component and results in a particularly efficient separation.
  • the current used for conductive separation may be a direct current or an alternating current.
  • the current can remain set to a fixed value during the separation process or else regulated during the separation process.
  • An alternating current can e.g. be adapted by phase control in its performance.
  • the frequency of the alternating electrical current is preferably between 40 Hz and 140 Hz. Particularly suitable are the European power frequency of 50 Hz, the American frequency of 60 Hz or the rectifier each produce double frequencies, namely 100 Hz or 120 Hz. It is, however possible to use higher or lower frequencies, whereby the use of the mains frequency is particularly simple.
  • the electrical current is introduced into the at least one first electrode at at least one current input point and derived from the at least one second electrode at at least one current discharge point, wherein the current introduction point and the current discharge point are selected such that the component heats up so inhomogeneously along the dividing line, that it melts at at least one point of the dividing line.
  • the terms current injection point and current discharge point are interchangeable.
  • the current injection point and the current discharge point are the points at which the electrodes are contacted, for example, with electrical lines, this line being connected to the current source.
  • the power source can be a high-performance low-voltage transformer, such as is available, for example, as a conventional welding transformer.
  • the electrodes are preferably adapted to the contour of the component in the region of the contact surface and can thus be used for the shaping clamping of the component.
  • Figure 7 is a schematic view of a separator according to Figure 6 without
  • Figure 12 are sketches of possible shapes of the gap for the separator of Figure 11;
  • Figure 13 sketch of a separation device with electrodes and supports, whose
  • Figure 14 is an enlarged fragmentary view of the area around a separation point with a raised recess in the upper and / or lower electrical insulation adjacent to the separation point.
  • the first electrode 16 is connected by means of a first line 32 to a current source 34.
  • the current source 34 is electrically connected to the second electrode 20 by means of a second line 36.
  • FIG. 1 also shows a first cooling channel 38 in the first electrode 16 and a second cooling channel 40 in the second electrode 20.
  • the two cooling channels 38, 40 are connected via lines not shown to a cooling water supply, so that cooling water through the two electrodes 16, 20 circulated.
  • FIG. 2 shows a schematic detail view of the separating device 10 according to FIG. 1. It can be seen that the component 42 is clamped on the one hand between the first electrode 16 and the second support 22 and on the other hand between the second electrode 20 and the first support 18.
  • the electrodes 16, 20, have a separation gap 52 with respect to a perpendicular projection onto the component 42, in the middle of which a predetermined separation line 54 extends.
  • FIG. 2 additionally shows schematically a free-form surface E following the contour, which linearly approximates the component 42 in the point P of the parting line 54 shown in FIG.
  • This free-form surface E which can be seen as a line due to the plan view, divides the three-dimensional space into a first half-space R1 and a second half-space R2. It can be seen that the first electrode 16 and the second electrode 20 are arranged so that they lie for the point P of the parting line 54 with respect to the local free-form surface E in the point P by the component 42 on different sides of the free-form surface E, namely either in the first half space R1 or in the second half space R2.
  • FIG. 3 shows a schematic horizontal sectional view of the separating device from FIG. 1, in which the component 42 is in contact with the electrodes 16, 20.
  • the first electrode 16 extends from a first side, in this case from the outside, along the dashed line 54 and makes contact with the component 42.
  • the second electrode 20 extends from a second side, in the present case from the inside along the parting line 54. Between the first electrode 16 and the second electrode 20, the separating gap 52 is formed.
  • the separation gap 52 has, for example, a width of 2 mm. Since the cutting edge always runs in the middle of the separating gap 52, the dimensional accuracy of the width of the separating gap 52 is not affected.
  • the first line 32 contacts the first electrode 16 in a current input point 60.
  • the second line 36 is electrically connected to the second electrode 20 in a current discharge point 62.
  • FIG. 3 shows that the current introduction point 60 is arranged adjacent to the current discharge point 62, ie in the immediate vicinity.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a separating device according to the invention, in which the first electrode 16 is designed as an upper blade and the second electrode 20 as a lower blade.
  • the first electrode 16 is moved towards the second electrode 20, so that the component between the electrodes is conductively heated and loses strength.
  • the movement can be carried out analogously to the shear cutting with inclined electrodes 16, 20 in such a way that the contact systems of the electrodes 16, 20 of the separating line 54 follow. gene and the component 42 is thus successively heated and separated along the parting line 54.
  • the conductive separation can optionally also be combined with the shear cutting, wherein the contact contact edges of the electrodes 16, 20 are at the same time cutting edges.
  • the cutting edges can additionally cut the component 42 after the local conductive heating and the melting of the material at the parting line 54.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view through a flat component 42 with a separating edge 70 rounded off by the conductive separation. This blunt cut edge 70 often has advantages in further processing, e.g. when a sealing rubber is attached to the separating edge 70. It can be seen on the basis of the different shades that the heat-affected zone projects from the separating edge 70 only slightly into the component 42.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the separating device 10 essentially corresponding to the separating device from FIG. 7.
  • the upper separation gap 52 is further reduced. It should be less than the simple thickness of the sheet and in particular smaller than the melting zone.
  • FIG. 9 shows a modified embodiment of the separating device 10 from FIG. 8.
  • the lower electrode 20 is installed as a tool insert in the second edition 22 and electrically insulated with insulating paper 90 of the second edition 22.
  • the second overlay 22, together with the second electrode 20, forms an integral tool whose tool surface, including the electrode edge region, is provided with an electrically insulating coating or plating. The entire surface can then be ground flat.
  • FIG. 10 shows an embodiment of a separating device 10 similar to the device according to FIG. 9.
  • the electrodes on the respective bearing surface to the component 42 adjacent to the electrically insulated edge 90 with a carbon coating (graphite) 84 are provided. This keeps the support surface electrically conductive. However, the risk of fusion of molten metal or spot welding in case of contamination is reduced.
  • FIG. 13 shows another embodiment of a separating device, in which the end faces and bearing surfaces of the supports 18, 22 are completely insulated, and the edges 90 of the electrodes 16, 20 in the region of the support surface for the component 42 are partially electrically insulated by means of plates 86 on the electrodes 16, 20 and supports 18, 22 are applied.
  • Plates 86 may be, for example, ceramic tiles, flagstones, concrete slabs or sheets of another electrically insulating and heat-resistant material.
  • the lower tool consisting of lower second support 22 and lower second electrode 20 integral with intermediate insulating paper 90 and an electrically insulating coating 82 to produce, while the end face, in particular the upper, first electrode 16 is provided with a ceramic plate.
  • the top first pad 18 may be either plated or coated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Trennen eines Bauteils (42) entlang einer Trennlinie (54) wird beschrieben. Das Verfahren hat die Schritte: (a) Anordnen des Bauteils (42) und mindestens einer ersten Elektrode (16) in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil (42) von einer ersten Seite entlang einer Trennlinie in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens einen ersten Elektrode (16) steht, und Anordnen des Bauteils (42) und mindestens eine zweite Elektrode (20) in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil (42) von einer zweiten Seite entlang der Trennlinie in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens zweiten Elektrode (20) steht, (b) Leiten eines elektrischen Stroms von der mindestens einen ersten Elektrode (16) durch das Bauteil (42) in die mindestens eine zweite Elektrode (20), so dass das Bauteil (42) entlang der Trennlinie schmilzt und getrennt wird, und (c) Durchströmen der Elektroden (16, 20) mit Kühlmittel.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM TRENNEN EINES BAUTEILS UNTER VERWENDUNG VON GEKÜHLTEN ELEKTRODEN ; BAUTEIL ERHÄLTLICH DURCH DIESES VERFAHREN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Bauteils entlang einer Trennlinie. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Trennvorrichtung für ein entlang einer Trennlinie zu trennendes Bauteil.
Bekannt sind Verfahren zum Trennen eines Bauteils wie das Scherschneiden. Dabei wird ein Blechbauteil mittels zweier zueinander beweglicher Werkzeug- komponenten getrennt.
Nachteilig beim Scherschneiden ist, dass es für Blechbauteile aus dickem höchstfesten Blech, wie beispielsweise Vergütungsstahl, aufgrund des großen Schnittschlags ungeeignet ist. Solche höchstfesten Blechbauteile, die meist mittels Presshärten hergestellt werden, werden beispielsweise im Fahrzeugbau zunehmend eingesetzt, um die Crashsicherheit zu steigern und den Werkstoffleichtbau mit höchstfestem Stahl umzusetzen. Beispielbauteile in nahezu allen aktuellen PKW-Karosserien sind B-Säulen, Dachrahmen, Türaufprallträger, Schweller und Tunnel. Beim Presshärten, auch Formhärten genannt, wird der Umformvorgang mit einer Wärmebehandlung der Platinen in einem Prozess kombiniert. Neben einer guten Umformbarkeit sind sehr hohe Bauteilfestigkeiten von größer 1.500 MPa sowie eine geringe Rückfederungsneigung und damit eine hohe Maßhaltigkeit realisierbar. Die pressgehärteten Bauteile müssen an ihren Rändern beschnitten werden, um die gewünschte Bauteilgeometrie zu erzielen. Da das Scherschneiden nicht in Betracht kommt, werden die Bauteile mittels Laser beschnitten. Dies ist sehr aufwändig und kostenträchtig, da dieser Prozess mit bis zu 90 s deutlich langsamer abläuft, als der vorangehende Fer- tigungsprozess der Blechteileherstellung mit ca. 8 - 15 s. Die Folge ist, dass
BESTÄTIGUNGSKOPIE die Teile zwischen Fertigung und Laserbeschnitt zusätzlich gestapelt, eingelagert und wieder vereinzelt und dem Laser zugeführt werden müssen. Weiterhin sind Laserschneidanlagen erforderlich, die mit zusätzlichen Investitionen verbunden sind. Darüber hinaus fallen für das relativ langsame Laserbeschneiden erhöhte Maschinenstunden an, wodurch sich der Gesamtprozess zusätzlich verteuert.
Nachteilig bei den Scherschneidverfahren ist zudem, dass am Bauteil ein scharfkantiger Grat entstehen kann, was insbesondere dann unerwünscht ist, wenn der Grat in Kontakt mit empfindlichen Bauteilen, wie beispielsweise Dichtungen, kommt.
Cord Schaffner: „Konduktive Erwärmung für die Warmblechumformung", Dissertation, Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik, Berichte aus dem IFUM, Garbsen: PZH, Produktionstechn Zentrum, Band 4, 2009 beschreibt die Methode des Presshärtens mit einer konduktiven Erwärmung der Platine vor der Umformung.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur konduktiven Erwärmung von Metall- blechen ist beispielsweise in der DE 10 2006 037 637 A1 offenbart.
DE 976 250 C beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Schneiden von Flachmaterial durch Leiten von Strom entlang von Rändern eines V-förmigen Einschnitts und Aufschmelzen der Spitze des Einschnitts.
DE 38 35 786 A1 offenbart ein Gerät zum Widerstandstrennen von metallenem Strangmaterial, d.h. von Drähten, Stahlseilen und Litzen. Das Strangmaterial wird an Spannbacken mit Spanndruckfedern eingespannt. Der Spannbackenabstand ist einstellbar.
DE 10 2008 031 222 B4 offenbart eine Trennvorrichtung mit mindestens zwei durch einen Trennspalt voneinander beabstandeten Elektroden zum konduktivem Trennen eines mit den Elektroden im elektrisch leitenden Kontakt stehenden Bauteils. Ein Problem ist das Anhaften von Schmelze mit den Elektroden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und insbesondere das Anhaften von aufgeschmolzenem Material des Bauteils mit den Elektroden zu verhindern.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Trennen eines Bau- teils entlang einer Trennlinie mit den Schritten:
(a) Anordnen des Bauteils und mindestens eine erste Elektrode in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil von einer ersten Seite entlang einer Trennlinie in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens einen ersten Elektrode steht, und Anordnen des Bauteils und mindestens eine zweite Elektrode in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil von einer zweiten Seite entlang der Trennlinie in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens zweiten Elektrode steht,
(b) Leiten eines elektrischen Stroms von der mindestens einen ersten Elektrode durch das Bauteil in die mindestens eine zweite Elektrode, so dass das Bauteil entlang der Trennlinie schmilzt und getrennt wird, und
(c) Durchströmen der Elektroden mit Kühlmittel.
Weiterhin wird das Problem durch eine Trennvorrichtung für ein entlang einer Trennlinie zu trennendes Bauteil gelöst mit:
(i) mindestens einer ersten Elektrode, die derart in elektrisch leitendem Kontakt zu einem Bauteil bringbar ist, dass sich die mindestens eine erste Elektrode an einer ersten Seite entlang der Trennlinie erstreckt, und
(ii) mindestens einer zweiten Elektrode, die derart in elektrisch leitendem Kontakt zu einem Bauteil bringbar ist, dass sich die mindestens eine zweite Elekt- rode an einer zweiten, der ersten Seite bezüglich der Trennlinie gegenüberliegenden Seite entlang der Trennlinie erstreckt, wobei (iii) die erste Elektrode gegenüber der mindestens einen zweiten Elektrode elektrisch isoliert ist und
(iv) die die mindestens eine erste Elektrode und mindestes eine zweite Elektrode an eine Stromquelle anschließbar sind, dass das Bauteil durch Leiten ei- nes elektrischen Stroms von der mindestens einen ersten Elektrode durch das Bauteil in die mindestens eine zweite Elektrode entlang der Trennlinie trennbar ist. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung haben die Elektroden Kühlkanäle zum Durchleiten von Kühlmittel. Die Kühlung der Elektroden dient nicht nur einfach nur zur Abführung der in den Elektroden entstehenden Wärme. Vielmehr wird die Kühlung der Elektroden zur gezielten partiellen Beeinflussung des Wärmehaushalts in dem Gesamtsystem Werkzeug-Bauteil eingesetzt. Die Kühlkanäle der Elektroden sind so bemessen, dass zusammen mit der Elektrodengeometrie und Elektrodenan- Ordnung eine partielle Kühlung des angrenzenden Bauteils erfolgt, so dass eine gezielte Steuerung des aufzuschmelzenden Bereichs entsteht. Es erfolgt eine Kühlung der partiellen Elektrodenauflage bzw. Elektrodenbeschichtung durch Wärmeleitung, so dass dieser Bereich gezielt zur partiellen Bauteilkühlung dient. Die Folgen der durch die gekühlten Elektroden erzeugten partiellen Bau- teilkühlung sind: a) das Aufschmelzen des Bauteils entsteht im vorgegebenen, nicht- gekühlten Bauteilbereich;
b) der Strom durchfließt im Bauteil warme und kalte Bereich hinterein- ander. Folglich ist bei der Reihenschaltung (Kaltbereich- Warmbereich-Kaltbereich des Bauteils) die Stromstärke konstant. Allerdings sind die warmen Bauteilbereiche hochohmiger als die kalten Bauteilbereiche. Somit entfällt mehr Spannung und damit mehr Leistung auf die warmen Bereiche, wodurch sich die Aufschmelzzone wei- ter erwärmt und sich lagegenau in dem durch die Elektrodenkühlung vorgegebenen Bereich befindet; c) es kommt nicht zu einem Verbinden von Blech bzw. Schmelze mit den Elektroden, da sich die Elektrodenbereiche größter Stromdichten im vollständig gekühlten Bauteilbereich befinden;
d) es wird eine örtliche Begrenzung der Wärmeeinflusszone im Trennbe- reich des Bauteils und dadurch eine gezielte Gefügesteuerung mit dem Ziel bewirkt, dass der Trennkante spezielle Eigenschaften verliehen werden (Zugfestigkeit, Duktilität, Schwingfestigkeit);
Darüber hinaus lassen sich gekrümmte und besonders lange Elektroden gut herstellen, wenn diese segmentiert ausgeführt werden. Neben der Einsparung von Fertigungskosten sind segmentierte Ausführungen von Kühlbohrungen sinnvoll, da keine gekrümmten Bohrungen ausgeführt werden können und die Bohrungstiefen fertigungstechnisch begrenzt sind. In jedem einzelnen Segment würden die Bohrungen für die Kühlkanäle dann gerade verlaufen.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass neben durch Scherschneiden trennbaren elektrisch leitfähigen Bauteilen auch hochfeste Bauteile schnell getrennt werden können. Beispielsweise ist es möglich, eine mittels Presshärten hergestellte B-Säule eines Personenkraftwagens in weniger als 2 bis 3 Sekunden an ihrem Rand so zu trennen, dass der überschüssige Abschnitt entfernt wird. Die erfindungsgemäße Möglichkeit, ein Bauteil zu trennen, ist je nach Größe des Bauteils um mehr als das Zehnfache schneller als ein Zerschneiden mittels Laserstrahl. Das erfindungsgemäße konduktive Trennverfahren ermöglicht die Trennung von Bauteilabschnitten in der Taktzeit der Teilefertigung, z.B. direkt im An- schluss eines Umformverfahrens. Das Trennen kann z. B. direkt im Anschluss an das Umformen bei noch geschlossenem Werkzeug mit Hilfe von in dem Um- formwerkzeug eingebauten Elektroden erfolgen. Denkbar ist aber auch eine Überführung des Bauteils aus dem Umformwerkzeug in ein benachbartes Trennwerkzeug in derselben Umformpresse oder in einer separaten Trenn- presse. Durch Kühlung der Elektroden wird ein Anhaften von aufgeschmolzenem Material des Bauteils verhindert, da die Schmelzzone von den Elektroden weg weitgehend in das Zentrum der Trennlinie gedrängt wird. Vorteilhaft ist zudem der geringe Energieverbrauch beim Trennen des Bauteils. Anders als beim Trennen mittels Laserstrahl treten nämlich im Wesentlichen keine Umwandlungsverluste durch Energieumwandlung auf.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass der Rand des fertigen Bauteils im We- sentlichen gratfrei ist. Beim Zerteilen des Bauteils schmilzt das Bauteil nämlich jeweils lokal entlang der Trennlinie auf. Es bildet sich eine abgerundete, stumpfe Kante und es werden scharfe Kanten, die z.B. beim Scherschneiden durch Kerbwirkung und Mikrorisse auftreten können, vermieden. Zudem ist der Schnitt breiter als beim Laserschneiden, so dass der abgetrennte Abschnitt nicht mit dem restlichen Bauteil verklemmt und freigeschnitten werden muss.
Vorteilhaft ist zudem die hohe Prozesssicherheit beim Trennen des Bauteils. So müssen lediglich wenige Komponenten bewegt werden, um das Trennen des Bauteils zu bewirken.
Vorteilhaft ist zudem die hohe Genauigkeit, mit der das Bauteil getrennt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Bauteil insbesondere ein flächiges, aber auch ein rohrförmiges Bauteil verstanden. Das Bauteil kann ein durch Urformen (z.B. Gießen oder Schmieden) hergestelltes Halbzeug (z.B. eine Blech-Platine), ein durch Umformen (z.B. Presshärten) in eine ge- wünschte Kontur gebrachtes Bauteil, oder ein durch Fügen aus mehreren Teilen zusammengesetztes Bauteil (z.B. eine Sandwichstruktur mit zwei oder mehr flächig aufeinander liegenden Materiallagen) sein. Das Bauteil kann beispielsweise ein ein- oder mehrlagiges Blechbauteil sein.
Das Problem des Anhaftens von geschmolzenem Material an den Elektroden kann weiter reduziert werden, wenn der elektrische Strom nicht über die an die Trennlinie angrenzenden Kanten der Elektroden geführt wird. Hierzu sind dieses Kanten elektrisch isoliert, so dass der elektrische Strom aus mindestens einer der Elektroden über eine an eine solche elektrisch isolierte Kante der Elektrode angrenzende, elektrisch leitfähige Anlagefläche der Elektrode in das Bauteil herum und durch die Trennlinie hindurch an mindestens einer weiteren elektrisch isolierten Kante mindestens einer weiteren Elektrode vorbei in die mindestens eine jeweils an eine solche elektrisch isolierte Kante angrenzende, elektrisch leitende Anlagefläche der weiteren Elektroden hineingeführt wird. Trotzdem treten an den Stromeinleitstellen erhöhte Stromdichten auf, die jetzt allerdings im vollständig gekühlten Bereich liegen. Somit ist eine lokale Erwärmung ausgeschlossen und es kommt nicht zum Verbinden von Blech bzw. Schmelzen mit den Elektroden. Durch die elektrische Isolation der Kanten wird eine erhöhte Stromdichte an den Kanten, die an die Trennlinie und damit die Schmelzzonen unmittelbar angrenzen, verhindert. Dies hat zur Folge, dass der Schmelzpunkt von den Kanten weg gedrängt wird und damit die Gefahr des Anhaftens von Schmelze an den Elektroden erheblich reduziert wird.
In der Praxis werden nicht nur die Elektroden als Auflager für das Bauteil genutzt. In der Regel ist noch gegenüberliegend von einer Elektrode und direkt angrenzend an die Trennlinie mindestens ein Auflager vorhanden, das elektrisch neutral ist. Diese Auflager sind vorzugsweise geerdet und mit Massenpo- tential verbunden. Um ein Anhaften von Schmelze auch an den Auflagern zu verhindern, sollten diese mindestens auf der Lagefläche zum Bauteil elektrisch isoliert (beschichtet) sein. Vorteilhaft ist eine vollständige elektrische Isolierung der Auflager, um unvermeidbar induzierte Wirbelströme zu minimieren, die zu einer Erwärmung der Auflager führen können. Selbstverständlich können die Auflager sowie angrenzende Werkzeugkomponenten auch mit Kühlmittel durchströmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn die Elektroden und ggf. die angrenzenden Auflager, die als Gegenlager zu einer zugeordneten Elektrode dienen, an der Stirnfläche, die an den Trennspalt angrenzt, ebenfalls elektrisch isoliert ist. Beim Aufschmelzen von Material im Trennspalt wandert dieses Material nämlich in den darüber oder darunter gelegenen Spalt zwischen zwei benachbarten Elektroden auf derselben Oberseite bzw. zwischen einer Elektrode und einem Auflager hinein. Damit die Schmelze nicht an den Stirnflächen, die den Spalt bilden, anhaftet, ist es vorteilhaft, wenn diese Stirnflächen nicht nur ge- kühlt, sondern auch aus Werkstoffen mit geringer Affinität zur Metallschmelze (d. h. einem Anhaften entgegenwirkend) bestehen.
Die elektrische Isolierung der Auflageflächen und der Stirnflächen kann beispielsweise mit einer Beschichtung mit einem elektrisch leitenden und wärme- festen Material oder eine Plattierung mit einem solchen Material erfolgen. Denkbar ist z.B. eine Beschichtung mit Keramikmaterial oder das Belegen der Auflageflächen der Elektroden im Bereich der Kanten und der Stirnseite direkt oberhalb der Trennlinie mindestens teilweise und bevorzugt vollständig mit einer Platte z.B. aus Stein, Beton oder ähnlichem elektrisch nicht leitendem und wärmefesten Material, in dem Schmelze nicht anklebt oder sonst wie haften bleibt.
Das Bauteil kann unbeschichtet sein oder eine elektrisch leitfähige (Funktions-) Beschichtung haben. Die Funktionsbeschichtung ist insbesondere zum Zunder- schütz und als Umformschmierstoff vorteilhaft. Denkbar ist z.B. eine AISi (Alu- minium-Silicium) - Beschichtung oder eine organische Beschichtung. Für Bauteile, die durch Presshärten umgeformt werden, eignen sich vorzugsweise vergütbare höchstfeste Mangan-Bor-Stähle oder C-Stähle. Das Trennverfahren ist aber auch mit kaltumgeformten höchstfesten Stählen einsetzbar, wie z.B. mit Blechplatinen und Bauteilen aus TWIP (Twinning Indu- ced Plasticity) - Stählen. Selbstverständlich können genauso gut mikrolegierte Stähle, Dual-Phasen-Stähle, TRIP (Transformation Induced Plasticity) - Stähle, Complex-Phasen-Stähle, Partiell-Martensitische Stähle, Martensitische Stähle sowie Edelstähle bearbeitet werden.
Denkbar ist aber auch das Trennen von Blechen aus Titanstählen oder aus Titanlegierungen, wie sie z.B. im Flugzeugbau eingesetzt werden. Das Trennverfahren ist aber auch für Sandwichbauteile einsetzbar, bei denen zwei oder mehr mindestens teilweise elektrisch leitfähige Materiallagen flächig übereinander geschichtet sind. Die kann beispielsweise ein Blechbauteil mit zwei Blechplatten sein, zwischen denen eine oder mehrer Lagen einer Zwischenschicht z.B. in Form eines Metallschaums oder einer Bitumenschicht an- geordnet ist.
Die Trennlinie ist diejenige Linie, entlang der das Bauteil getrennt werden soll. Beispielsweise ist die Trennlinie eine geschlossene Kurve, das ist aber nicht notwendig. Die Trennlinie kann gekrümmt verlaufen, auch das ist aber nicht notwendig.
Unter dem Merkmal, dass das Bauteil entlang der Trennlinie schmilzt und getrennt wird, wird insbesondere verstanden, dass das Bauteil aufgrund seines ohmschen bzw. komplexen Widerstands erwärmt wird, bis der Schmelzpunkt des Materials des Bauteils überschritten ist. Es handelt sich also um eine konduktive Erwärmung. Unter dem Merkmal, dass das Bauteil und die mindestens eine erste Elektrode sowie das Bauteil und die mindestens eine zweite Elektrode in Kontakt zueinander so angeordnet wird, dass das Bauteil von einer ersten Seite entlang der Trennlinie elektrischen Kontakt zur ersten bzw. zweiten Elektroden hat, wird insbesondere verstanden, dass sich mindestens eine Kontaktkante oder eine Kontaktfläche der mindestens einen ersten bzw. zweiten Elektrode parallel zur Trennlinie erstreckt. Das heißt insbesondere, dass ein Abstand zwischen der Kontaktkante bzw. der Kontaktfläche der Elektroden und der Trennlinie im We- sentlichen, d.h. mit einer Toleranz von Maßabweichungen von bis zu 2/10 mm, konstant ist.
Die Kontaktkante bzw. Kontaktfläche der Elektroden beschreiben diejenige Linie, in der die jeweilige Elektrode in Kontakt mit dem Bauteil steht und in der der Abstand zur Trennlinie minimal ist. Zwischen der Kontaktkante bzw. Kontaktfläche und der Trennlinie kann ein Abstand bestehen. Die Aussagen gelten sowohl für das Anordnen an der mindestens einen ersten Elektrode, als auch an der mindestens einen zweiten Elektrode entsprechend. Vorzugsweise werden die Elektroden an das Bauteil mit einer solchen Elektro- denanpresskraft gepresst, dass der Übergangswiderstand möglichst klein gehalten wird. Insbesondere bei einem Sandwichbauteil sollte die Elektroden- anpresskraft allerdings auch nicht übermäßig groß sein, dass die Sandwichstruktur und dabei insbesondere druckempfindlichere Zwischenlagen, nicht durch die Anpresskraft in Mitleidenschaft gezogen werden.
In der Regel liegen die Elektroden mit einer möglichst großen Kontaktfläche am Bauteil an, damit der Übergangswiderstand zwischen den Elektroden und dem Bauteil möglichst gering ist.
Unter dem Merkmal, dass das Bauteil entlang der Trennlinie elektrischen Kon- takt zur ersten bzw. zweiten Elektrode hat, wird insbesondere verstanden, dass die Kontaktkanten bzw. Kontaktflächen der mindestens einen ersten bzw. zweiten Elektrode eine durchgehende Linie bilden können, die aber nicht notwendiger Weise durchgehend sein muss. So können die mindestens eine erste Elektrode und/oder die mindestens eine zweite Elektrode aus einzelnen Segmenten in modularer Bauweise bestehen, die sich entlang der Trennlinie erstrecken. Auf diese Weise ist ein Elektrodensegmentaustausch bei Verschleiß einfach möglich. Günstig ist es, wenn zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode ein Trennspalt vorhanden ist, dessen Breite im Wesentlichen konstant ist. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Breite nicht im mathematischen Sinne konstant sein muss. So sind Abweichungen von beispielsweise bis zu 2/10 mm tolerierbar. Die Trennlinie, an der das Bauteil aufschmilzt und getrennt wird, befindet sich immer in der Mitte des Trennspaltes, so dass sie auch bei variierender oder größerer Spaltbreite eindeutig festgelegt ist.
Beim Durchführen des Verfahrens werden die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode bevorzugt so angeordnet, dass sie für jeden Punkt der Trennlinie einander gegenüberliegend auf derselben Oberfläche des Bauteils angeordnet sind. Denkbar ist aber auch, dass zwei Elektroden bezüglich der Trennlinie einander gegenüberliegend auf einander gegenüberliegenden Oberseiten einer der Bauteilkontur folgenden Freiformfläche an- geordnet sind. In einer anderen Ausführungsform sind zwei Elektroden auf derselben Oberseite des Bauteils und eine Elektrode auf der gegenüberliegenden Oberseite angeordnet.
Besonders günstig ist es, wenn die mindestens erste Elektrode auf einer Ober- fläche anliegt, die der Oberfläche des Bauteils gegenüberliegt, an der die mindestens eine zweite Elektrode anliegt. Die mindestens eine erste Elektrode liegt zudem mit der dazwischen liegenden Trennlinie bezogen auf die Trennlinie gegenüber der mindestens einen zweiten Elektrode. In diesem Fall verläuft der Strom diagonal durch das Bauteil und es ergibt sich eine besonders effiziente Trennung.
Der zur konduktiven Trennung verwendete Strom kann ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein. Der Strom kann während des Trennvorgangs auf einen festen Wert eingestellt bleiben oder auch während des Trennvorganges geregelt sein. Ein Wechselstrom kann z.B. durch Phasenanschnittssteuerung in seiner Leistung angepasst werden. Die Frequenz des elektrischen Wechselstroms liegt vorzugsweise zwischen 40 Hz und 140 Hz. Besonders geeignet sind die europäische Netzfrequenz von 50 Hz, die amerikanische Frequenz von 60 Hz oder die durch Gleichrichten herstellbaren jeweils doppelten Frequenzen, nämlich 100 Hz oder 120 Hz. Es ist allerdings auch möglich, höhere oder niedrigere Frequenzen zu verwenden, wobei die Verwendung der Netzfrequenz besonders einfach ist.
Günstig ist es, wenn die elektrische Spannung so groß gewählt wird, dass innerhalb von weniger als 3 Sekunden das Bauteil an zumindest einer Stelle lo- kal geschmolzen ist. In der Regel wird die Stromstärke im Bereich von 10 bis 20 kA (Kilo-Ampere) liegen, um dieses Ziel zu erreichen.
Vorzugsweise wird der elektrische Strom an zumindest einer Stromeinleitstelle in die mindestens eine erste Elektrode eingeleitet und an zumindest einer Stromableitstelle aus der mindestens einen zweiten Elektrode abgeleitet, wobei die Stromeinleitstelle und die Stromableitstelle so gewählt werden, dass sich das Bauteil entlang der Trennlinie so inhomogen erwärmt, dass es an zumindest einer Stelle der Trennlinie schmilzt. Wenn es sich bei dem eingeleiteten Strom um reinen Wechselstrom handelt, sind die Begriffe Stromeinleitstelle und Stromableitstelle austauschbar. Bei der Stromeinleitstelle und der Stromableitstelle handelt es sich um die Punkte, an denen die Elektroden beispielsweise mit elektrischen Leitungen kontaktiert sind, wobei diese Leitung mit der Stromquelle verbunden ist. Bei der Stromquelle kann es sich um einen Hochleistungs-Niedervolttransformator handeln, wie er beispielsweise als konventioneller Schweißtrafo erhältlich ist.
Im Folgenden wird auf den physikalischen Hintergrund eingegangen, der dazu führt, dass das Bauteil inhomogen erwärmt werden kann. Für jeden Punkt auf der Trennlinie existiert ein Strompfad, das heißt eine gedachte Verbindung von der Stromquelle durch eine erste Elektrode, durch das Bauteil im Punkt der Trennlinie, durch eine zweite Elektrode und zurück zur Stromquelle, der den geringsten komplexen Widerstand hat, so dass in dieser gedachten Verbindung, die auch als Strompfad bezeichnet werden kann, der elektrischen Strom konzentriert ist. Es kann also bei einer gegebenen Wahl von Stromeinleitstelle und Stromableitstelle jedem Punkt auf der Trennlinie derjenige elektrische Widerstand zugeordnet werden, den der elektrische Strom durch diesen Punkt erfährt. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Stromeinleitstelle und der Stromableitstelle fließt durch denjenigen Punkt auf der Trennlinie der größte elektrische Strom, der den geringsten ohmschen und/oder kom- plexen Widerstand aufweist.
Der für das Trennen mit Wechselstrom relevante komplexe elektrische Widerstand ist umso größer, je länger der Weg ist, den der elektrische Strom nehmen muss. Das liegt daran, dass ein längerer Weg eine größere Induktivität und damit einen größeren komplexen Widerstand hat. Gleichzeitig ist der für das Trennen mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom relevante ohmsche Widerstand bei langen Wegen größer als bei kurzen.
Für jede Wahl für die Stromeinleitstelle bzw. Stromeinleitstellen einerseits und die Stromableitstelle bzw. die Stromableitstellen andererseits existiert zumindest ein Punkt, wo der komplexe Widerstand minimal wird. Dass heißt, dass der Wirk-Strom, der zur konduktiven Erwärmung führt, durch diesen Minimal- Punkt maximal ist.
Es existiert zudem zumindest ein Maximal-Punkt, in dem der komplexe elektri- sehe Widerstand maximal ist und wo korrespondierend der elektrische Wirk- Strom beim Anlegen des Wechselstroms minimal wird. Es kann nun die Stromeinleitstelle im Wesentlichen beliebig gewählt werden.
Durch Variieren der Stromableitstelle kann für jedes vorgegebene Bauteil eine Position gefunden werden, so dass der Unterschied zwischen dem elektrischen Widerstand durch den Minimal-Punkt auf der Trennlinie und durch den Maximal-Punkt auf der Trennlinie so groß wird, dass das Bauteil im Minimal-Punkt am schnellsten erwärmt wird und dort als erstes schmilzt. Sobald das Material an diesem Punkt geschmolzen ist, wird das Bauteil an diesem Punkt getrennt, weil sich das flüssige Material, in der Regel Metall, zu den beiden Seiten von der Trennlinie weggezogen wird. Dadurch wird der elektrische Strom durch diesen Punkt unterbunden und der Stromfluss konzentriert sich auf die Stellen des Bauteils, die noch nicht getrennt sind. Sobald also ein erster Punkt des Bauteils getrennt worden ist, schreitet das weitere Trennen fort. Je größer der Un- terschied zwischen dem Wirk-Strom durch den Minimal-Punkt und dem Wirk- Strom durch den Maximal-Punkt, desto schneller setzt das Trennen ein.
Besonders günstig ist es, wenn die Stromeinleitstelle benachbart zur Stromableitstelle angeordnet ist. In diesem Fall ist der Unterschied zwischen dem kleinsten komplexen Widerstand und dem größten komplexen Widerstand besonders groß.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stromeinleitstelle und die Stromableitstelle so gewählt, dass der längste Strompfad von der Strom- einleitstelle zur Stromableitstelle einen größeren ohmschen und/oder komplexen Widerstand aufweist, als der kürzeste Strompfad zu der Stromeinleitstelle zur Stromableitstelle.
Bei einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung bestehen die Elektroden vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit. Bei- spielsweise liegt die Leitfähigkeit oberhalb von 35 Siemens pro Meter. Gut geeignet sind Kupfer, Kupferlegierungen oder Silber. Als sehr festes und hartes Material, das zu einem geringen Verschleiß der Anlagekanten, die an dem Bauteil angepresst werden, führt, eignet sich z.B. eine Kupfer-Cobalt-Beryllium- Legierung (CuCoBe) oder Kupfer-Beryllium-Legierungen (CuBe2).
Um Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die beiden Elektroden dann, wenn sie jeweils in Kontakt mit dem Bauteil stehen, vorzugsweise durch einen länglichen Trennspalt voneinander getrennt. In der Mitte dieses Trennspalts verläuft die Trennlinie. Abstrakter ausgedrückt ist zumindest lokal die senkrechte Projekti- on der ersten Elektrode auf das Bauteil durch die Trennlinie von der senkrechten Projektion der zweiten Elektrode auf das Bauteil getrennt.
Vorzugsweise umfasst die Trennvorrichtung eine Stromquelle, die mit der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode verbunden ist. Bei der Stromquelle handelt es sich beispielsweise um einen Niedervolt-Transformator, der eine Spannung von unter 20 V, insbesondere von höchstens 10 V abgibt. Dabei ist der Transformator vorzugsweise ausgebildet zum Abgeben eines elektrischen Stroms von zumindest 1 kA, in der Regel jedoch von einem Strom im Bereich von 10 bis 20 kA.
Günstig ist es, wenn die Trennvorrichtung eine Kühlvorrichtung für die mindestens eine erste Elektrode und/oder die mindestens eine zweite Elektrode umfasst. Beispielsweise können die mindestens eine erste Elektrode und/oder die mindestens eine zweite Elektrode Kühlkanäle aufweisen. Diese Kühlkanäle können beispielsweise mit einer Kühlwasserversorgung verbunden sein, um ein Überhitzen der Elektroden zu verhindern. Auch das Bauteil wird hierdurch ge- kühlt und vor Verzug geschützt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine erste Werkzeugkomponente eine erste Auflage, die seitlich benachbart zu mindestens einer zuge- ordneten ersten Elektrode dieser Werkzeugkomponente angeordnet ist. Eine zweite Werkzeugkomponente weist eine zweite Auflage auf, die seitlich benachbart zu der mindestens einen zugeordneten zweiten Elektrode angeordnet ist. Die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente sind vorzugsweise so zueinander bewegbar gelagert, dass das Bauteil zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Auflage und zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Auflage einspannbar ist. Die erste Auflage ist vorzugsweise gegenüber der zweiten Elektrode angeordnet und hat dabei zumindest auf der der Trennlinie zugewandten Seite die gleiche Kontur wie die zweite Elektrode. Vorzugsweise umfasst die Trennvorrichtung einen Antrieb, der zum Bewegen der ersten Werkzeugkomponente relativ zur zweiten Werkzeugkomponente ausgebildet ist, so dass das Bauteil zwischen der ersten Werkzeugkomponente und der zweiten Werkzeugkomponente spannbar ist. Wird in die Trennvorrichtung das Bauteil eingelegt, so kann danach der Antrieb betätigt werden, um das Bauteil zwischen den Werkzeugkomponenten und damit zwischen den
Elektroden einzuspannen. Anschließend wird ein elektrischer Strom durch das Bauteil geleitet, so dass das Bauteil entlang der Trennlinie getrennt wird. Danach wird der Antrieb erneut betätigt, um die Werkzeugkomponenten auseinander zu fahren, so dass nachfolgend das fertige Bauteil ausgestoßen werden kann. Dazu ist eine Ausstoßvorrichtung vorzusehen. Die genannten Verfahrensschritte werden beispielsweise durch eine elektrische Steuerung gesteuert.
Vorzugsweise sind die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode ausgebildet, um an dem Bauteil entlang der Trennlinie mit einer Kontaktkante oder einer Kontaktfläche anzuliegen. Es reicht aus, wenn nur ein Teil des Umfangs der Elektrode im Querschnitt gesehen an dem Bauteil elektrisch leitend anliegt. Der Querschnitt der Elektroden muss unter Berücksichtigung des Elektrodenwiderstands, der Stromtragfähigkeit für den zum Trennen notwendigen Strom und der über der Trennstelle abfallenden Spannung ausreichend dimensioniert sein. Beispielsweise haben die Elektro- den einen Querschnitt von mindestens 40 x 40 mm.
Die Elektroden sind vorzugsweise an die Kontur des Bauteils im Bereich der Anlagefläche angepasst und können damit zum formgebenden Einspannen des Bauteils mitgenutzt werden.
Die Trennvorrichtung ist vorzugsweise für Bauteile konzipiert, deren Dicke und Festigkeit das an sich preiswertere Scherschneiden nicht mehr zulassen. Sie kann z. B. zum Trennen von pressgehärteten Blechbauteilen eingesetzt werden, deren Blechdicke größer als 1 ,25 mm ist und die Zugfestigkeit des Materi- als üblicherweise eine Streckgrenze von über 1.500 MPa aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung;
Figur 2 eine schematische Detailansicht der Trennvorrichtung gemäß Figur 1 ; Figur 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung;
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht durch ein flaches Bauteil mit durch das konduktive Trennen abgerundeter Kante;
Figur 6 schematische Ansicht einer Trennvorrichtung mit zwei diagonal gegenüberliegenden Elektroden und beschichteten Stirnseiten und
Innenkanten mit größerem Trennspalt zwischen Elektroden und beschichteten Auflagern;
Figur 7 schematische Ansicht einer Trennvorrichtung gemäß Figur 6 ohne
Spalt zwischen unterer Elektrode und Auflager;
Figur 8 schematische Ansicht einer Trennvorrichtung gemäß Figur 7 mit reduziertem Spalt zwischen oberem Auflager und oberer Elektrode;
Figur 9 schematische Ansicht einer Trennvorrichtung gemäß Figur 8, wo- bei die untere Elektrode in einen das Auflager bildenden Werkzeugblock als Werzeugeinsatz eingebaut ist;
Figur 10 schematische Darstellung der Trennvorrichtung nach Figur 9 mit graphitbeschichteten Auflageflächen für das Bauteil angrenzend an die Innenkanten;
Figur 1 1 schematische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß Figur 9 mit nach oben zulaufendem, geschlossenem Spalt zwischen oberer Elektrode und oberem Auflager;
Figur 12 Skizzen möglicher Formen des Spaltes für die Trennvorrichtung aus Figur 11 ; Figur 13 Skizze einer Trennvorrichtung mit Elektroden und Auflagern, deren
Stirnflächen mit elektrisch isolierenden Platten z. B. aus Steinzeug oder Keramik belegt sind; und
Figur 14 vergrößerte Ausschnittsansicht des Bereichs um eine Trennstelle mit überhöht dargestellter Vertiefung in der oberen und/oder unteren elektrischen Isolierung angrenzend an die Trennstelle.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung 10 mit einer ersten Werkzeugkomponente 12 (z.B. Oberwerkzeug) und einer zweiten Werkzeug- komponente 14 (z.B. gegenüberliegendes Unterwerkzeug). Die erste Werkzeugkomponente 12 umfasst mindestens eine erste Elektrode 16 und mindestens eine erste Auflage 18. Die zweite Werkzeugkomponente 14 weist mindestens eine zweite Elektrode 20 und mindestens eine zweite Auflage 22 auf. Die erste Elektrode 16 ist gegenüber einem Werkzeugträger 24 der ersten Werkzeugkomponente 12 durch eine Isolierung 26 elektrisch isoliert. Dadurch ist auch die erste Elektrode 16 gegenüber der zweiten Elektrode 20 elektrisch isoliert. Zusätzlich weist die zweite Werkzeugkomponente 14 eine zweite Isolierung 28 auf, mittels der die zweite Elektrode 20 elektrisch gegenüber einem zweiten Werkzeugträger 30 der zweiten Werkzeugkomponente 12 isoliert ist.
Die erste Elektrode 16 ist mittels einer ersten Leitung 32 an eine Stromquelle 34 angeschlossen. Die Stromquelle 34 ist mittels einer zweiten Leitung 36 mit der zweiten Elektrode 20 elektrisch verbunden. Figur 1 zeigt zudem einen ersten Kühlkanal 38 in der ersten Elektrode 16 und einen zweiten Kühlkanal 40 in der zweiten Elektrode 20. Die beiden Kühlkanäle 38, 40 sind über nicht eingezeichnete Leitungen mit einer Kühlwasserversorgung verbunden, so dass Kühlwasser durch die beiden Elektroden 16, 20 zirkuliert.
Zwischen dem ersten Werkzeug 12 und dem zweiten Werkzeug 14 wird ein flächiges Bauteil 42, im vorliegenden Fall ein Blechbauteil, angeordnet. Über einen nicht dargestellten, an sich bekannten Antrieb (beispielsweise eine hydraulische Umformpresse oder ein Pneumatik-Antrieb) wird das Werkzeug 12 relativ zum zweiten Werkzeug 14 bewegt und es wird eine Elektrodenanpress- kraft F auf das erste Werkzeug 12 aufgebracht, so dass dieses gegen das zweite Werkzeug 14 gedrückt wird. Wenn, wie in Figur 1 gezeigt, das erste Werkzeug 12 und das zweite Werkzeug 14 aufeinander gepresst sind, liegt die erste Elektrode 16 mit einer ersten Stirnseite 48 am Bauteil 42 an. Gleichzeitig liegt die zweite Elektrode 16 mit einer zweiten Stirnseite 50 ebenfalls am Bauteil 42 an.
Figur 2 zeigt eine schematische Detailansicht der Trennvorrichtung 10 gemäß Figur 1. Es ist zu erkennen, dass das Bauteil 42 einerseits zwischen der ersten Elektrode 16 und der zweiten Auflage 22 und andererseits zwischen der zweiten Elektrode 20 und der ersten Auflage 18 eingespannt ist. Die Elektroden 16, 20, weisen bezüglich einer senkrechten Projektion auf das Bauteil 42 einen Trennspalt 52 auf, in dessen Mitte eine vorgegebene Trennlinie 54 verläuft.
Die erste Elektrode 16 besitzt einen ersten Rand 56, der bezüglich der Stirnsei- te 48 der Trennlinie 54 benachbart verläuft. Die zweite Elektrode 20 hat ihrerseits einen zweiten Rand 58, der ebenfalls zur Trennlinie 54 parallel verläuft. Die beiden Ränder 56, 58 stellen diejenigen Punkte der jeweiligen Elektrode 16, 20 dar, die der Trennlinie 54 am nächsten liegen, wenn das Bauteil 42 zwischen den beiden Elektroden 16, 20 eingespannt ist. Dabei ist für das Einspannen keine besonders große Kraft erforderlich. Es ist ausreichend, dass die Elektrodenanpresskraft F (vgl. Figur 1 ) so groß ist, dass ein sicherer elektrischer Kontakt und ein geringer Übergangswiderstand zwischen den Elektroden 16, 20 einerseits und dem Bauteil 42 andererseits gewährleistet ist. Wird mittels der Stromquelle 34 und der ersten Leitung 32 und der zweiten Leitung 36 eine Spannung U an die beiden Elektroden 16, 20 angelegt, so fließt ein Strom I im Bereich des Trennspalts 52 durch das Bauteil 42. Durch den ohmschen bzw. bei Wechselstrom komplexen Widerstand des Bauteils 42 im Trennspalt 52 erwärmt sich das Bauteil 42, bis es an einer Stelle schmilzt. Da- durch wird das Bauteil 42 an der Trennlinie 54 getrennt.
Figur 2 zeigt zudem schematisch eine der Kontur folgende Freiformfläche E, die im in Figur 2 gezeigten Punkt P der Trennlinie 54 das Bauteil 42 linear approximiert. Diese Freiformfläche E, die aufgrund der Draufsicht als Strich zu sehen ist, teilt den dreidimensionalen Raum in einen ersten Halbraum R1 und einen zweiten Halbraum R2. Es ist zu erkennen, dass das die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 20 so angeordnet sind, dass sie für den Punkt P der Trennlinie 54 bezüglich der lokalen Freiformfläche E in dem Punkt P durch das Bauteil 42 auf verschiedenen Seiten der Freiformfläche E liegen, nämlich entweder im ersten Halbraum R1 oder im zweiten Halbraum R2. Es ist zudem zu erkennen, dass die erste Elektrode 16 bezüglich der lokalen Freiformfläche E auf verschiedenen Seiten der Trennlinie 54 liegt. Die Trennlinie 54 teilt nämlich die Ebene E in eine erste Teilebene E1 und eine zweite Teilebene E2, die sich in der Trennlinie 54 treffen. Die erste Elektrode 16 liegt in der ersten Teilebene E1 , die zweite Elektrode 20 in der zweiten Teilebene E2.
Die Elektroden 16 und 20 liegen somit mit der zwischenliegenden Trennlinie 54 einander gegenüber auf derselben oder - diagonal einander gegenüber - auf unterschiedlichen, gegenüberliegenden Oberfächen des Bauteils 42.
Figur 3 zeigt eine schematische horizontale Schnittansicht der Trennvorrichtung aus Figur 1 , in der das Bauteil 42 in Kontakt mit den Elektroden 16, 20 steht. Es ist zu erkennen, dass sich die erste Elektrode 16 von einer ersten Seite, in diesem Fall nämlich von außen, entlang der gestrichelt gezeichneten Trennlinie 54 erstreckt und Kontakt mit dem Bauteil 42 hat. Die zweite Elektrode 20 verläuft von einer zweiten Seite, im vorliegenden Fall nämlich von innen entlang der Trennlinie 54. Zwischen der ersten Elektrode 16 und der zweiten Elektrode 20 ist der Trennspalt 52 ausgebildet. Der Trennspalt 52 hat beispielsweise eine Breite von 2 mm. Da die Schneidkante immer in der Mitte des Trennspaltes 52 verläuft, wird die Maßhaltigkeit von der Breite des Trennspaltes 52 nicht beeinflusst. Die erste Leitung 32 kontaktiert die erste Elektrode 16 in einer Stromeinleitstelle 60. Die zweite Leitung 36 ist in einer Stromableitstelle 62 mit der zweiten Elektrode 20 elektrisch verbunden.
Figur 3 zeigt einen ersten Strompfad S1 durch einen ersten Punkt P1 auf der Trennlinie 54. Es ist zu erkennen, dass es sich hierbei um die kürzeste Verbindung zwischen der Stromeinleitstelle 60 und der Stromableitstelle 62 handelt. Entsprechend hat der Strompfad S1 einen relativ kleinen komplexen elektrischen Widerstand.
Figur 3 zeigt zudem einen zweiten Strompfad S2 durch einen zweiten Punkt P2 auf der Trennlinie 54. Es ist zu erkennen, dass der zweite Strompfad S2 deutlich länger ist. Dementsprechend ist der komplexe elektrische Widerstand entlang des zweiten Strompfads S2 deutlich größer als entlang des ersten Strompfads S1. Insbesondere ist der induktive Widerstand entlang des zweiten Strompfads S2 deutlich größer als entlang des ersten Strompfads S1.
Da der Betrag des komplexen elektrischen Widerstands entlang des ersten Strompfads S1 bezüglich aller Punkte P auf der Trennlinie 54 minimal ist, ist der elektrische Wirk-Strom durch den Punkt P1 maximal. Infolge dessen erwärmt sich das Bauteil 42 im Punkt P1 am stärksten und schmilzt dort als ers- tes auf. Es bildet sich dabei eine Verdickung am entstehenden Rand des fertigen Bauteils. Da das Material des Bauteils 42 im Punkt P1 bereits aufgetrennt ist, konzentriert sich der elektrische Strom auf die noch nicht aufgetrennten Bereiche und das Bauteil wird entlang der Trennlinie 54 getrennt. Zurück bleiben das fertige Bauteil und ein Abschnitt 64, der dem Schrott zugeführt wird.
Figur 3 zeigt, dass die Stromeinleitstelle 60 benachbart zur Stromableitstelle 62 angeordnet ist, also in unmittelbarer Umgebung.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trenn- Vorrichtung, bei der die erste Elektrode 16 als ein Obermesser und die zweite Elektrode 20 als ein Untermesser ausgebildet sind. Zwischen den Elektroden 16, 20 besteht der Trennspalt 52. Durch einen Antrieb wird die erste Elektrode 16 auf die zweite Elektrode 20 zu bewegt, so dass sich das Bauteil zwischen den Elektroden konduktiv erwärmt und and Festigkeit verliert. Die Bewegung kann analog zum Scherschneiden mit schräg gestellten Elektroden 16, 20 so erfolgen, dass die Kontaktanlagen der Elektroden 16, 20 der Trennlinie 54 fol- gen und das Bauteil 42 so sukzessive entlang der Trennlinie 54 konduktiv erwärmt und getrennt wird.
Das konduktive Trennen kann optional aber auch mit dem Scherschneiden kombiniert werden, wobei die Kontaktanlagekanten der Elektroden 16, 20 zugleich Schneidkanten sind. So können die Schneidkanten das Bauteil 42 nach der lokalen konduktiven Erwärmung und dem Aufschmelzen des Materials an der Trennlinie 54 zusätzlich schneiden. Figur 5 lässt eine schematische Querschnittsansicht durch ein flaches Bauteil 42 mit durch das konduktive Trennen abgerundeter Trennkante 70 erkennen. Diese stumpfe Trennkante 70 hat oftmals Vorteile bei der Weiterverarbeitung, z.B. wenn ein Dichtungsgummi auf die Trennkante 70 aufgesteckt wird. Es ist anhand der unterschiedlichen Schattierungen erkennbar, dass die Wärmeeinflusszone von der Trennkante 70 nur gering in das Bauteil 42 hineinragt.
Figur 6 lässt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Trennvorrichtung 10 erkennen, die im Prinzip entsprechend der Trennvorrich- tung aus Figur 2 aufgebaut ist und ebenfalls nicht dargestellte Kühlkanäle hat.
Die Elektroden 16, 20 sowie die Auflage 18, 22 haben jeweils an den Stirnseitenflächen, die den Trennspalt 52 bilden, eine Keramikbeschichtung 80 aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial. Die Keramikbeschichtung 80 erstreckt sich jeweils bis zur Auflagefläche für das Bauteil 42 und ragt über die an die Trennlinie 54 angrenzende Kante 90 der Elektroden an der Auflagefläche von der Trennlinie 54 weg.
Die Kanten 90 der Elektroden sind daher auch an der Auflagefläche über eine reduziertere Länge elektrisch isoliert, so dass der elektrische Strom nicht direkt über die Kante 90 unmittelbar zur Trennlinie 54 gelangt, sondern um die Kante 90 herum ausschließlich durch das Bauteil 42 fließen kann. Dies führt dazu, dass die Stromdichte an der elektrisch isolierten Kante 90 im Unterschied zur nicht isolierten Kante 90 dort reduziert und erst an der Trennlinie 54 konzentriert wird. Eine übermäßige Erwärmung findet daher an der elektrisch isolierten Kante 90 nicht mehr statt, so dass der Schmelzpunkt von der Kante ferngehalten wird. Das Anheften von aufsteigender oder herabfallender Schmelze an den Elektroden 16, 20 sowie den Auflagern 18, 22 wird zudem noch durch die Keramikbeschichtung 80, 82 verhindert, die auch an den Auflageflächen und den Stirnflächen der Auflage 18, 22 vorgesehen ist.
Als Keramikbeschichtung 80, 82 bietet sich insbesondere eine nicht leitende AL203-Beschichtung an. Dadurch, dass eine solche Keramikbeschichtung 80, 82 nicht leitend ist, wird auch ein Verschweißen des Blechbauteils 42 und den Elektroden 16, 20 verhindert. Im Ergebnis verbleibt die erstarrte Schmelze an beiden getrennten Teilen des Bauteils 42.
Figur 7 lässt eine Ausführungsform der Trennvorrichtung 10 erkennen, bei der im Vergleich zu der Ausführungsform in Figur 6 kein Trennspalt mehr zwischen unterer Elektrode 20 und unterer Auflage 22 mehr vorgesehen ist. Durch die elektrisch isolierende, nicht leitende Keramikbeschichtung 80, 82 an den Stirnseiten der Elektrode 20 und des Auflagers 22 wird an der Unterseite des Bauteils 42 eine Gutseite 72 erzeugt, an der keine Schmelze anhaften kann. Die Schmelze wird im Wesentlichen von der oberen Elektrode 16 angezogen und lagert sich auf der Oberseite des Bauteils an der Trennlinie 54 an. Bei der Aus- führungsform gemäß Figur 6 wird die Schmelze hingegen von beiden Elektroden 16, 20 angezogen und lagert sich somit an der Oberseite und der Unterseite des Bauteils 42 an.
Die an die obere Elektrode 16 und die obere Auflage 18 angrenzende Obersei- te des Bauteils 42 bildet damit die Schrottseite 74. Dennoch ist eine leichte Anlagerung von Schmelze an der Gutseite 72 nicht zu verhindern, die zu einer Blechaufdeckung führt. Eine solche Blechaufdeckung kann sich beim Fügen von Bauteilen 42 als problematisch erweisen. Figur 8 lässt eine Ausführungsform der Trennvorrichtung 10 im Wesentlichen entsprechend der Trennvorrichtung aus Figur 7 erkennen. Im Unterschied hierzu ist der obere Trennspalt 52 weiter verringert. Er sollte weniger als das einfache der Blechdicke betragen und insbesondere kleiner als die aufschmelzende Zone sein. Dies hat zur Folge, dass sich der neu entstehende Rand der Gutsei- te 72 im Einspannbereich zwischen oberem Auflager 18 und unterer Elektrode 20 und im Bereich der elektrisch isolierenden Beschichtung z. B. mit Keramikmaterial oder Plattierung mit einem anderen elektrisch isolierendem und wärmefesten Material befindet. Damit wird ein Verschweißen des Bauteils 42 an den Elektroden 16, 20 und den Auflagern 18, 22 verhindert. Der eingespannte Rand der Gutseite 72 des Bauteils 42, d. h. der Rand der linken Hälfte des dargestellten Bauteils 42, kann aufgrund der Einspannung nicht durch erstarrte Schmelze aufdicken. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere pressgehärtete Teile mit hoher Konturmaß- haltigkeit gefügt werden können, z. B. durch Überlapp-Punktschweißen, ohne dass eine Blechaufdickung die Maßhaltigkeit beeinträchtigt.
Figur 9 lässt eine modifizierte Ausführungsform der Trennvorrichtung 10 aus Figur 8 erkennen. Dabei ist die untere Elektrode 20 als Werkzeugeinsatz in die zweite Auflage 22 eingebaut und mit Isolierpapier 90 von der zweiten Auflage 22 elektrisch isoliert. Die zweite Auflage 22 bildet zusammen mit der zweiten Elektrode 20 ein integrales Werkzeug, deren Werkzeugoberfläche einschließlich des Elektrodenrandbereichs mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder eine Plattierung versehen ist. Die gesamte Oberfläche kann dann plan geschliffen werden. Figur 10 lässt eine Ausführungsform einer Trennvorrichtung 10 ähnlich zur Vorrichtung gemäß Figur 9 erkennen. Im Unterschied hierzu sind die Elektroden an der jeweiligen Auflagefläche zum Bauteil 42 angrenzend an die elektrisch isolierte Kante 90 mit einer Kohlebeschichtung (Graphit) 84 versehen. Damit blei- ben die Auflagefläche elektrisch leitend. Die Gefahr einer Verschweißung von Metallschmelze oder einer punktuellen Verschweißung bei Verunreinigung wird jedoch reduziert.
In dieser dargestellten Ausführungsform ist wie auch in der Figur 9 die Auflage- fläche der unteren, zweiten Auflage 22 nicht elektrisch isoliert, so dass nur die Stirnfläche bis zur Kante 90 gegenüber der unteren, zweiten Auflage 22 mit einer elektrischen Isolierung z. B. durch Isolierpapier 90 versehen ist.
Figur 1 lässt eine andere Ausführungsform einer Trennvorrichtung ähnlich zu Figur 10 erkennen. Dabei ist der obere Trennspalt 52 jedoch erheblich reduziert und im oberen Bereich vollständig geschlossen. Die obere, erste Elektrode 16 und die angrenzende obere, erste Auflage 18 stoßen im oberen Bereich mit ihren Keramikbeschichtung 80, 82 aneinander und sind damit nicht elektrisch leitend miteinander verbunden.
Im Unterbereich direkt angrenzend an die Auflagefläche zum Bauteil 42 und angrenzend an die Trennlinie 54 ist ein relativ kleiner, sich nach oben verjüngender Trennspalt 52 vorgesehen. Damit wird ein Kanal als Reservoir zur Aufnahme von Schmelze bereitgestellt. Ein unkontrolliertes Herausspritzen von Schmelze beim Trennen des Bauteils 42 wird damit verhindert. Zudem kann der Schmelzfluss und der Verbleib der Schmelze deshalb besser kontrolliert werden.
Figur 12 zeigt beispielhafte Geometrievarianten für den als Schmelzkanal bzw. als Reservoir ausgebildeten Trennspalt 52 der Trennvorrichtung aus Figur 1 1. Erkennbar ist, dass je nach gewünschtem Endergebnis ein schmaler, hoher, breiter, aber weniger hoher oder symmetrischer Schmelzkanal vorteilhaft sein kann.
Figur 13 lässt eine andere Ausführungsform einer Trennvorrichtung erkennen, bei der die Stirnflächen und Auflageflächen der Auflager 18, 22 vollständig, sowie die Kanten 90 der Elektroden 16, 20 im Bereich der Auflagefläche für das Bauteil 42 teilweise mittels von Platten 86 elektrisch isoliert sind, die auf die Elektroden 16, 20 sowie Auflager 18, 22 aufgebracht sind. Dies hat den Vorteil reduzierter Werkzeugkosten durch einen Verzicht auf Beschichtung. Die Nacharbeit wird reduziert. Platten 86 können beispielsweise Keramikplatten, Steinplatten, Betonplatten oder Platten aus einem anderen elektrisch isolierendem und wärmefestem Material sein.
Eine solche Plattierung anstelle von einer Beschichtung kann im Prinzip auch bei den anderen Ausführungsformen gemäß Figuren 7 bis 11 eingesetzt werden. Denkbar ist auch eine Kombination der elektrischen Isolierung teilweise mit Plattierung, Beschichtung und/oder Isolierpapier sowie ggf. optional einer zusätzlichen Kohlebeschichtung der elektrisch leitenden Kontakt- Auflageflächen der Elektroden 16, 20.
So ist z. B. denkbar, das untere Werkzeug bestehend aus unterer zweiter Auflage 22 und unterer zweiter Elektrode 20 integral mit zwischenliegendem Isolierpapier 90 und einer elektrisch isolierenden Beschichtung 82 herzustellen, während die Stirnseite insbesondere der oberen, ersten Elektrode 16 mit einer Keramikplatte versehen ist. Das obere, erste Auflage 18 kann entweder plattiert oder beschichtet sein.
Figur 14 lässt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erkennen, die im Prinzip in Verbindung mit sämtlichen vorgenannten Ausführungsformen realisiert wer- den kann. Dabei ist der untere, an die Trennlinie 54 angrenzende Bereich der Keramikbeschichtung 80, 82 oder Plattierung mit einer Vertiefung 92 versehen. Die Vertiefung 92 kann durch überhöht dargestelltes Anschleifen der Oberfläche der elektrischen Isolierung hergestellt sein. Die Abschirmung sollte etwas schräg angeschliffen werden, z. B. in einem Größenbereich von 1/100 mm bis 5/100 mm. Der Beginn der Vertiefung 92 stellt das Ende der Gutseite 72 dar. Durch die Vertiefung 92 wird erreicht, dass der Wärmeübergang im Bereich der Vertiefung 92 schlechter als in den anderen Bereichen ist. Durch die Werkzeugkühlung wird dem Bauteil 42 nämlich Wärme entzogen. Da im Bereich der Vertiefung weniger Wärme entzogen wird, kann die Lage der Schmelze exakt vorgegeben werden. Ein Wandern der Trennlinie 54 wird damit verhindert. Dies hat zur Folge, dass die Kontur an der Gutseite 72wesentlich gradliniger ist, da der Schmelzbereich nicht mehr so stark zwischen den Elektroden 16, 20 wandert.
Für die dargestellten Anordnungen von Elektroden und Auflagern sind folgende Varianten mit zwei Elektroden und zwei Auflager oder drei Elektroden und einem Innenstück denkbar. a) Oberseite: Elektrode - Auflager
Unterseite: Auflager - Elektrode b) Oberseite: Auflager - Elektrode
Unterseite: Elektrode - Auflager c) Oberseite: Elektrode - Elektrode
Unterseite: Auflager - Auflager
Oberseite: Auflager - Auflager
Unterseite Elektrode - Elektrode e) Oberseite: Elektrode - Auflager
Unterseite: Elektrode - Elektrode f) Oberseite: Elektrode - Elektrode
Unterseite: Elektrode - Auflager g) Oberseite: Auflager - Elektrode
Unterseite: Elektrode - Elektrode h) Oberseite: Elektrode - Elektrode
Unterseite: Auflager - Elektrode
Die oben beschriebene Beschichtung mit Keramikmaterial kann beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumoxid, Siliciumnitrit oder Titandioxid erfolgen.
Wesentlich ist, dass das Beschichtungsmaterial elektrisch isolierend ist, um ein Verschweißen mit dem Bauteil 42 zu verhindern. Zudem sollte es thermisch gut leitend sein, um die Elektrodenkühlung weiterzuleiten. Weiterhin soll keine Affinität zur Metallschmelze vorhanden sein, um ein Anhaften zu vermeiden. Das Beschichtungsmaterial muss einen höheren Schmelzpunkt als die Metallschmelze haben. Die Keramikbeschichtung 80, 82 kann beispielsweise durch thermisches Plasmaspritzen mit einer Schichtdicke vorzugsweise bis zu 150 μιη erfolgen, wobei im Bereich der nur teilweise beschichteten Elektroden- auflagefläche der beschichtete Bereich, in der Höhe der Beschichtung abzutragen ist, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Das thermische Plasmaspritzen hat den Vorteil einer geringen Beschichtungstemperatur, was zu einem verrin- gerten Verzug der Elektroden führt. Zudem sind größere Schichtdicken realisierbar, so dass die Elektroden unempfindlicher gegen Beschädigung sind.
Möglich ist auch eine PVD-Beschichtung (Phyikalische Gasphasen- Abscheidung) mit einer Schichtdicke bis etwa 5 μηι. Diese derart dünne Be- Schichtung erfordert keinen vorherigen Abtrag für das Schichtvolumen. Eine PVD-Beschichtung weist eine gute Schichthaftung auf, hat aber den Nachteil einer höheren Beschichtungstemperatur, so dass die Elektroden empfindlicher gegen Verzug sind.
Als Elektrodenmaterial, deren Zugfestigkeit die von hochlegierten Kaltarbeits- stellen teilweise überschreiten, so eignen sich insbesondere CuBe2 mit einer Zugfestigkeit von 1.450 Newton pro mm2 oder CuCoBe.
In Verbindung mit den oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine weitere Steuerung der Schmelze denkbar, um die Schmelze zur Schrottseite 74 hin anzuziehen. Dies kann durch prozesseigene Magnetfelder der Elektroden oder durch externe Magnetfelder ggf. unter Einsatz von Feldformern erfolgen. Der Anziehungseffekt von Schmelze zur Elektrode ist vom Strom abhängig. Je größer der Strom eingestellt wird, desto größer ist der Anziehungseffekt. Dennoch wird durch großmagnetischen Druck unter Umständen ein Teil der Schmelze aus dem Werkzeug heraus katapultiert. Vorteilhaft ist es daher, den Trennspalt 52 nach unten zeigend einzubauen. Der Funkenflug kann dann abgeschirmt und aufgefangen werden. Dies kann ggf. durch Druckluft unterstützt werden. Besonders vorteilhaft ist die Variante mit geschossenem Trennspalt (Fig. 11 ). Hierbei verlässt kein Funkenflug das Werkzeug. Neben der Kühlung der Elekt- roden 16, 20 ist auch eine Kühlung der Auflager 18, 22 denkbar und unter Umständen sinnvoll. Als Kühlmaterial eignet sich beispielsweise eine Wasserkühlung.
Bezugszeichenliste
10 Trennvorrichtung 56 erster Rand
12 erste Werkzeugkomponente 58 zweiter Rand
14 zweite Werkzeugkomponente
16 erste Elektrode 60 Stromeinleitstelle
18 erste Auflage 62 Stromableitstelle
64 Abschnitt
20 zweite Elektrode
22 zweite Auflage 70 Trennkante
24 erster Werkzeugträger
72 Gutseite
26 erste Isolierung 74 Schrottseite
28 zweite Isolierung 80, 82 Beschichtung, z. B.
84 Kohlebeschichtung
30 zweiter Werkzeugträger
86 Platte
32 erste Leitung
90 Isolierpapier
34 Stromquelle
92 Vertiefung
36 zweite Leitung
B Breite
38 erster Kühlkanal
E lokale Ebene
40 zweiter Kühlkanal F Spannkraft
42 Bauteil I elektrischer Strom
48 erste Stirnseite P Punkt
R1 , R2 Halbraum
50 zweite Stirnseite S Strom pf ad
52 Trennspalt U Spannung
54 Trennlinie

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Trennen eines Bauteils (42) entlang einer Trennlinie (54), mit den Schritten:
(a) Anordnen des Bauteils (42) und mindestens einer ersten Elektrode (16) in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil (42) von einer ersten Seite entlang einer Trennlinie (54) in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens einen ersten Elektrode (16) steht, und Anordnen des Bauteils (42) und mindestens eine zweite Elektrode (20) in Kontakt zueinander, so dass das Bauteil (42) von einer zweiten Seite entlang der Trennlinie (54) in elektrisch leitendem Kontakt zu der mindestens zweiten Elektrode (20) steht, und
(b) Leiten eines elektrischen Stroms von der mindestens einen ersten Elektrode (16) durch das Bauteil (42) in die mindestens eine zweite Elektrode (20), so dass das Bauteil (42) entlang der Trennlinie (54) schmilzt und getrennt wird,
gekennzeichnet durch
(c) Durchströmen der Elektroden (16, 20) mit Kühlmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Führen des elektrischen Stroms aus mindestens einer der Elektroden (16, 20) über eine an eine elektrisch isolierte Kante (90) der Elektrode (16, 20) angrenzende, elektrisch leitende Anlagefläche der Elektrode (16, 20) in das Bauteil (42) hinein und durch die Trennlinie (54) hindurch an mindestens einer weiteren elektrisch isolierten Kante (90) mindestens einer weiteren Elektrode (16, 20) vorbei in die mindestens eine jeweils an eine solche elektrisch isolierte Kante angrenzende, elektrisch leitende Anlagefläche der weiteren Elektroden (16, 20) hinein. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das konduktive Trennen im Anschluss an ein Umformen des Bau- teils (42) in demselben Werkzeug und/oder derselben einer Umformpresse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das pressgehärtete, zu trennende Bauteil eine AISi (Aluminium-Silicium)- Beschichtung oder eine organische Beschichtung aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom (I)
an zumindest einer Stromeinleitstelle (60) in die mindestens eine erste Elektrode (16) eingeleitet und
an zumindest einer Stromableitstelle (62) aus der mindestens einen zweiten Elektrode (20) abgeleitet wird,
wobei die Stromeinleitstelle (60) und die Stromableitstelle (62) so gewählt werden, dass das Bauteil (42) sich entlang der Trennlinie (54) so inhomogen erwärmt, dass es an zumindest einer Stelle an der Trennlinie (54) zuerst schmilzt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromeinleitstelle (60) und die Stromableitstelle (62) so gewählt werden, dass der ohmsche und/oder komplexe Widerstand (Z) des längsten Strompfades (S) von der Stromeinleitstelle (60) zur Stromableitstelle (62) größer ist, als der ohmsche und/oder komplexe Widerstand (Z) des kürzesten Strompfades (S) von der Stromleitstelle (60) zur Stromableitstelle (62).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Elektroden (16, 20) während des Trennvorganges der Trennlinie (54) folgend aufeinander zu bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteile (42) kaltumgeformte Bauteile (42) aus höchstfestem Stahl, titanhaltige Werkstoffe oder Sandwich-Verbundteile mit zwei oder mehr flächig übereinander liegenden Lagen aus wenigstens einem elektrisch leitfähigen Material ausgewählt werden.
Bauteil (42) erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das nach dem Trennvorgang aus zwei Teilen bestellt und eine Gutseite (72) und eine Schrottseite (74) aufweist.
Trennvorrichtung
(10) für ein entlang einer Trennlinie (54) zu trennendes Bauteil (42) mit:
(i) mindestens einer ersten Elektrode (16), die derart in elektrisch leitendem Kontakt zu einem Bauteil (42) bringbar ist, dass sich die mindestens eine erste Elektrode (16) an einer ersten Seite entlang der Trennlinie (54) erstreckt, und
(ii) mindestens einer zweiten Elektrode (20), die derart in elektrisch leitendem Kontakt zu einem Bauteil (20) bringbar ist, dass sich die mindestens eine zweite Elektrode (20) an einer zweiten, der ersten Seite bezüglich der Trennlinie (54) gegenüberliegenden Seite entlang der Trennlinie (54) erstreckt; wobei
(iii) die erste Elektrode (16) gegenüber der mindestens einer zweiten Elektrode (20) elektrisch isoliert ist und
(iv) die mindestens eine erste Elektrode (16) und die mindestens eine zweite Elektrode (20) an eine Stromquelle (34) anschließbar sind, so dass das Bauteil (42) durch Leiten eines elektrischen Stroms von der mindestens einen ersten Elektrode (16) durch das Bauteil (42) in die mindestens eine zweite Elektrode (20) entlang der Trennlinie (54) trennbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (16, 20) Kühlkanäle zum Durchleiten von Kühlmittel haben.
11. Trennvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Trennlinie (54) angrenzenden Kanten der Elektroden (16, 20) aus elektrisch isolierendem Material gebildet sind, so dass der durch die Trennlinie (54) fließende elektrische Strom durch das Bauteil (42) an den Kanten vorbei in über die jeweils daran angrenzenden elektrisch leitenden Anlagefläche der Elektroden (16, 20) an dem Bauteil in die oder an der Elektrode (16, 20) hinein oder aus der Elektrode (16, 20) hinaus geführt wird.
12. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu den Elektroden (16, 20) mindestens eine Auflage (18, 22) zur Auflage auf dem Bauteil (42) als Gegenlager zu einer zugeordneten Elektrode (16, 20) angeordnet ist, wobei die zur Auflage auf dem Bauteil (42) vorgesehene Auflagefläche und die an eine E- lektrode (16, 20) direkt oder durch einen Trennspalt (52) beabstandete Stirnfläche der mindestens einen Auflage (18, 22) mindestens teilweise und an der Anlagekante zum Bauteil (42) vollständig elektrisch isoliert ist.
13. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (16,20) partiell und die Auflager (18, 22) partiell oder vollständig mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung oder Auflage mit geringer Affinität zur Metallschmelze aufweist.
14. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (16, 20) elektrisch isolierend in eine Vertiefung einer Auflage (18, 22) eingebaut ist und zusammen mit der Auflage (18, 22) ein Werkzeug bildet.
15. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (10) in eine Umformpresse so eingebaut ist, dass direkt im Anschluss an ein Umformen eines Bauteils (42) ein konduktives Trennen des Bauteils (42) in demselben Werkzeug und/oder derselben Umformpresse erfolgen kann.
16. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Werkzeugkomponente (12) mit der mindestens einen ersten Elektrode (16) und mit mindestens einer ersten Auflage (18), die seitlich benachbart zur ersten Elektrode (16) angeordnet ist, und
eine zweite Werkzeugkomponente (14) damit der mindestens einen zweiten Elektrode (20) und mindestens einer zweiten Auflage (22), die seitlich benachbart zur zweiten Elektrode (20) angeordnet ist, vorgesehen ist,
wobei die erste Werkzeugkomponente (12) und die zweite Werkzeugkomponente (14) so zueinander bewegbar gelagert ist, dass das Bauteil (42) zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (16) und der mindestens einen zweiten Auflage (22) und zwischen der mindestens einen zweiten Elektrode (20) und der mindestens einen ersten Auflage (18) einspannbar ist.
17. Trennvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch einen Antrieb, der ausgebildet ist zum Bewegen der mindestens einen ersten Elektrode (16) und/oder der ersten Werkzeugkomponente (12) relativ zu der mindestens einen zweiten Elektrode (20) und/oder der zweiten Werkzeugkomponente (14), so dass das Bauteil (42) zwischen die erste Werkzeugkomponente (12) und die zweite Werkzeugkomponente (14) spannbar ist.
PCT/EP2010/007660 2009-12-18 2010-12-16 Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden; bauteil erhältlich durch dieses verfahren WO2011072847A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10803228.5A EP2512721B1 (de) 2009-12-18 2010-12-16 Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009060311.5 2009-12-18
DE102009060311 2009-12-18
DE102009060878A DE102009060878A1 (de) 2009-12-18 2009-12-30 Verfahren zum Trennen eines Bauteils und Trennvorrichtung
DE102009060878.8 2009-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011072847A1 true WO2011072847A1 (de) 2011-06-23

Family

ID=44246814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/007660 WO2011072847A1 (de) 2009-12-18 2010-12-16 Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden; bauteil erhältlich durch dieses verfahren

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2512721B1 (de)
DE (1) DE102009060878A1 (de)
WO (1) WO2011072847A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202011051908U1 (de) 2011-11-09 2013-02-18 Miyachi Europe GmbH Elektrische Bearbeitungseinrichtung
WO2015014689A1 (de) * 2013-07-31 2015-02-05 Allgaier Werke Gmbh Vorrichtung zum umformen von metallen

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE976250C (de) 1947-12-08 1963-05-22 Alfred Woegerbauer Verfahren zum kontinuierlichen Schneiden, insbesondere von flaechenhaften Werkstuecken, unter Anwendung elektrischer Energie
EP0001557A1 (de) * 1977-10-18 1979-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Trennen eines eine Vielzahl von Drähten aufweisenden Seiles
DE3835786A1 (de) 1988-10-20 1990-04-26 August Strecker Gmbh & Co Kg E Geraet zum widerstandsschweissen bzw. widerstandstrennen von metallenem strangmaterial sowie schaltschuetz hierfuer
RU1825697C (ru) * 1991-07-08 1993-07-07 Одесское производственное объединение тяжелого краностроения им.Январского восстания Устройство дл резки каната
JP2007118014A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Nissan Motor Co Ltd プレス成形方法およびプレス成形装置
DE102006037637A1 (de) 2006-08-10 2008-02-14 Müller Weingarten AG Verfahren und Vorrichtung zum konduktiven Erwärmen von Metallblechen
DE102008031222B4 (de) 2008-07-03 2010-06-17 Benteler Automobiltechnik Gmbh Trennvorrichtung und Trennverfahren

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE976250C (de) 1947-12-08 1963-05-22 Alfred Woegerbauer Verfahren zum kontinuierlichen Schneiden, insbesondere von flaechenhaften Werkstuecken, unter Anwendung elektrischer Energie
EP0001557A1 (de) * 1977-10-18 1979-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Trennen eines eine Vielzahl von Drähten aufweisenden Seiles
DE3835786A1 (de) 1988-10-20 1990-04-26 August Strecker Gmbh & Co Kg E Geraet zum widerstandsschweissen bzw. widerstandstrennen von metallenem strangmaterial sowie schaltschuetz hierfuer
RU1825697C (ru) * 1991-07-08 1993-07-07 Одесское производственное объединение тяжелого краностроения им.Январского восстания Устройство дл резки каната
JP2007118014A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Nissan Motor Co Ltd プレス成形方法およびプレス成形装置
DE102006037637A1 (de) 2006-08-10 2008-02-14 Müller Weingarten AG Verfahren und Vorrichtung zum konduktiven Erwärmen von Metallblechen
DE102008031222B4 (de) 2008-07-03 2010-06-17 Benteler Automobiltechnik Gmbh Trennvorrichtung und Trennverfahren

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CORD SCHÄFFNER: "Konduktive Erwärmung für die Warmblechumformung", Dissertation, Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik, Berichte aus dem IFUM, Garbsen: PZH, Produktionstechn Zentrum", BAND, vol. 4, 2009
DATABASE WPI Week 199501, Derwent World Patents Index; AN 1995-004343, XP002631609 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202011051908U1 (de) 2011-11-09 2013-02-18 Miyachi Europe GmbH Elektrische Bearbeitungseinrichtung
WO2015014689A1 (de) * 2013-07-31 2015-02-05 Allgaier Werke Gmbh Vorrichtung zum umformen von metallen
US9687899B2 (en) 2013-07-31 2017-06-27 Allgaier Werke Gmbh Device for forming metals

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009060878A1 (de) 2011-06-22
EP2512721B1 (de) 2016-07-27
EP2512721A1 (de) 2012-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016111047B3 (de) Verfahren und Anlage zur kombiniert additiven und umformenden Fertigung
DE69432326T2 (de) Verfahren zum Verbinden von Metallstücken
EP2076615B1 (de) Verfahren zum rissfreien schweissen, reparaturschweissen oder auftragsschweissen heissrissanfälliger werkstoffe
EP2851138B1 (de) Partiell gekühltes Warmformwerkzeug
DE102015101869A1 (de) Elektrode für das Widerstandspunktschweissen unähnlicher Metalle
DE102016105572A1 (de) Konisch geformter stromfluss zum erleichtern des punktschweissens von ungleichen metallen
EP2308625A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum versprödungsfreien Schneiden eines metallischen Werkstoffs
DE102015213485B4 (de) Pressenwerkzeug mit einer Formschale für die Umformung von Tailored Blanks und Verfahren zur Herstellung einer Formschale
WO2019030392A1 (de) VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM REIBSCHWEIßEN WARMER METALLISCHER PRODUKTE
EP2512721B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum trennen eines bauteils unter verwendung von gekühlten elektroden
EP3108019B1 (de) Verfahren zum paarweisen konduktiven erwärmen von blechen und erwärmungseinrichtung dafür
DE102013101080B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Strombandes
DE102016205943A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Fertigen von metallischen Bauteilen
EP3010678B1 (de) Schweisseinrichtung und schweissverfahren zum schweissen von werkstücken mit einem umlaufend bewegten lichtbogen unter erwärmen der werkstücke nach dem schweissen
DE102012023089B4 (de) Kaltumformverfahren und Umformvorrichtung zum Kaltumformen
DE102012018098A1 (de) Verfahren zum Widerstandsschweißen von Bauteilen mit veränderlichem Zeitverlauf des Schweißstroms, sowie hiermit hergestellter Bauteilverbund
DE69419501T2 (de) Widerstandsschweissverfahren für stahl- und aluminium-metallplatten und widerstandsschweissmaterial
DE102017203784A1 (de) Verfahren zur Herstellung, Wärmebehandlung und Warmumformung von Metallblechelementen
DE102016200520A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils
EP3259377B1 (de) Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür
DE102004002504B4 (de) Verfahren zum gratfreien Trennen von Halbzeug aus duktilem Material und dessen Verwendung
DE102014113538B4 (de) Verfahren zum widerstandspunktschweissen eines stahlwerkstückes und eines aluminium- oder aluminiumlegierungs-werkstückes aneinander
DE102017106357A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufschmelzen einer Mittellage eines Verbundes
WO2019243390A1 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MEHRLAGIGEN VERBUNDBRAMME, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WERKSTOFFVERBUNDS SOWIE SCHWEIßANORDNUNG
DE102022004248A1 (de) Einrichtung zum Beschneiden und Verschweißen von Bandenden sowie ein Verfahren für das Erwärmen von schweißtechnisch zu verbindenden Bandenden

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10803228

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10803228

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010803228

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010803228

Country of ref document: EP