WO2012027855A2 - Verfahren zum herstellen von blechstapelkörpern - Google Patents

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WO2012027855A2
WO2012027855A2 PCT/CH2011/000199 CH2011000199W WO2012027855A2 WO 2012027855 A2 WO2012027855 A2 WO 2012027855A2 CH 2011000199 W CH2011000199 W CH 2011000199W WO 2012027855 A2 WO2012027855 A2 WO 2012027855A2
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WO
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sheet metal
cavity
metal parts
tool
sheet
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PCT/CH2011/000199
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English (en)
French (fr)
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WO2012027855A3 (de
Inventor
Georg Senn
Walter Windisch
Heinz Schenk
Original Assignee
Mta Mechatronic Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Mta Mechatronic Ag filed Critical Mta Mechatronic Ag
Publication of WO2012027855A2 publication Critical patent/WO2012027855A2/de
Publication of WO2012027855A3 publication Critical patent/WO2012027855A3/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a stacked sheet metal body with the following steps: forming a stack of a plurality of sheet metal parts, which have an identical contour in at least one area in a cavity of a tool, wherein between the sheet metal parts thermosetting adhesive layers are provided, and heating the sheet metal parts for curing the adhesive layers and for forming the sheet stacking body. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method. State of the art
  • stators and rotors are to produce in large numbers and with high accuracy, while the production costs should be as low as possible and the production of material as possible.
  • One technology that is used here is the production of stacked sheets of magnetic sheets.
  • DE 31 10 339 A1 describes a method for producing laminated cores.
  • lamellae are punched with a punch made of a coated on both sides with pre-cured thermosetting adhesive sheet metal strips, which fall into a arranged below the cutting plane magazine. In the magazine, the slats are either counted or weighed and stacked aligned to a package.
  • the package will be in Magazine transported by a conveyor first through a curing zone in which it is bonded by heating to about 230 degrees Celsius under pressure. Thereafter, the package is transported to a cooling zone, taken out of the magazine and coated in a device with a corrosion protection.
  • the disadvantage of this method is that an expensive, complicated and prone to failure, consisting of many components production line with a variety of magazines is necessary.
  • the object of the invention is to provide a process associated with the aforementioned technical field, which produces sheet stacking body with a precisely defined at least in one area outer contour easy, quick and inexpensive.
  • the method for producing a stacked sheet metal body consists of the following steps: in a cavity of a tool, a stack is formed from a plurality of sheet metal parts.
  • the sheet metal parts have an identical contour at least in one area.
  • a "contour” is understood to mean a peripheral edge line delimiting the piece of sheet metal (in the sheet metal plane).
  • a "region” is understood to mean a part of the edge line with a certain extent (eg at least several millimeters, in particular 1 cm or more). The area is therefore not punctiform, thermally hardening adhesive layers are provided between the sheet metal parts.
  • the inventive method is characterized by the fact that the precise and immediate lateral material contact between the Kavticiansinnenwand (tool) and plate edge allows a very efficient heat transfer, since the typically made of metal tool has a high thermal conductivity and the heat directly to the adjacent part of the sheet stack can forward. In this way, the sheet stack can be heated quickly, while he assumes by adjacent parts of the cavity a spatially precisely defined contour. As the contact surface between the sheet stack and the tool increases, the efficiency of the heat transfer increases and, at the same time, the proportion of the precisely defined contour increases.
  • important parts of the sheet stack are preferably in the region of the precisely defined contour in which stacking faults and leakage of the adhesive are prevented by the contact with the tool.
  • the inventive method can be implemented with a compact constructible device.
  • the steps of heating and shaping can be integrated in a single machine, whereby both steps can run at least partially simultaneously. In this way, complicated production lines are reduced to a single machine, which saves costs, simplifies maintenance and minimizes space requirements. In addition, the production is accelerated.
  • the inventive method is particularly suitable for Einkontangee eg individual teeth of a ring in an electric motor.
  • a Einkontflower is defined by the fact that it has in cross-section with respect to its longitudinal axis substantially only a single contour (ie shape boundary line), namely the outer contour, which must lead to the sheet stack to a precisely defined in the axial direction surface (without bumps).
  • the sheet stacking body is full inside. Consequently, the individual pieces of sheet metal form full areas.
  • these parts eg, subsequently, precisely fitting to a complex body
  • a closed ring must be put together
  • to the outer contour much higher precision requirements to make than with whole (annularly closed) engine cross sections (with a complex inner shape), as they are processed for example in JP 2007/059819.
  • the Einkontangee must therefore fit at least partially with their outer contours exactly to each other.
  • the sheet metal parts are produced by punching and introduced against frictional resistance between the tool and sheet metal part in the cavity.
  • Punching is a particularly efficient, rapid and sufficiently precise method of producing many sheet metal parts on site.
  • the sheet metal parts are punched in the size that they (only) against a frictional resistance can be introduced into the cavity (not just fall into it), they are fixed by a Freiformklemmung in the cavity and can be arranged in this way and also transported.
  • the sheet metal parts can be introduced or pressed into the cavity in various ways, such. B. individually by a punch, a plunger or with an air pressure shock or about by successive stacking and blockwise pushing the sheet metal parts.
  • Particularly advantageous is an arrangement of the cavity in the immediate vicinity below the punching plane of a punching machine, so that the freshly punched sheet metal part can be introduced or pressed directly into the cavity and thereby transport routes and manipulations of the sheet metal part such. B. its orientation can be saved.
  • the entrance of the cavity is formed in this case by the punching die and the cavity represents an overall extension of the punching die in the punching direction.
  • the punching punch can at the same time bring the sheet metal parts into the cavity and possibly also eject the baked stacked sheet metal body.
  • the punch can continue to push the stack so far that the already baked portion of the stack largely emerges from the cavity and adjacent to the already baked section another section is created, ie more sheet metal parts in the cavity be introduced and baked.
  • the punching die can be thermally and mechanically decoupled from the cavity or the cavity can also (as already indicated) be designed as an extension of the punching die, ie a part of the cavity serves as a punching die.
  • the sheet metal parts may be formed in a manner other than stamping, e.g. be formed by dividing, clamping or ablation of larger sheet metal parts.
  • stamping e.g. be formed by dividing, clamping or ablation of larger sheet metal parts.
  • various cutting methods e.g with water jets, lasers, various shear cutting methods
  • the sheet metal parts can also be produced individually, for example, by pressing, casting, rolling or otherwise shaping the metal pieces into shape.
  • the sheet metal pieces also do not necessarily have to be introduced into the cavity against frictional resistance, but in certain cases (such as with thin sheet metal pieces, large cross sections or in delicate parts where edge stresses and / or injuries are not permitted) can also be largely free of resistance be introduced into the cavity.
  • the tool can be made of a material which has a lower coefficient of thermal expansion than the steel from which the sheets are made in the cavity.
  • the tool could consist of a hard metal if a stacked body of electrical steel (engine plate, dynamo plate or transformer sheet) is to be produced.
  • a first fluid is introduced into the tool to introduce thermal energy into the tool which is introduced into the sheet metal parts.
  • a suitable temperature and in particular a liquid such as mineral oil
  • a part of the tool can be heated very quickly, and in addition, the forwarded to the sheet stack heat energy can be quickly replaced in the tool.
  • fluid channels may be formed in the part of the tool to be heated, through which hot first fluid for heating the tool - and thereby the sheet stack - is introduced.
  • the heating of the part of the tool in contact with the sheet stack may also be carried out in other ways than by the introduction of fluids, such as by electric heating cartridges and / or coils, induction processes, Peltier elements, chemical processes or by compression or Expansion mechanisms and the like, wherein any combination of these methods is conceivable.
  • the part of the tool to be heated or cooled does not have to be made as small as possible, if, for. B. the thermal conductivity high, the heat capacity of the material used, however, is low.
  • two or more separate systems of fluid channels are conceivable to be able to initiate fluids of different temperature separately.
  • Another optional feature is the introduction of a second fluid into the cavity.
  • the second fluid By introducing the second fluid-advantageously gas and especially air-into the cavity, when the sheet stack heats up, the second fluid can wash around the sheet stack in those areas where the sheet stack is not in material contact with the tool. As a result, pockets (regions) of standing and thus the heat transfer obstructing second fluid between the sheet stack and the tool can be eliminated, which accelerates the heating of the sheet stack.
  • This second fluid advantageously has a suitably high temperature before being introduced into the cavity, so that neither the cavity nor the stack of sheets is cooled. This can be done in particular by a channel-like passage in the manner of heat exchangers through the sheet metal part of the heating tool part, wherein the passages are advantageously located in the vicinity of the cavity and optionally in the oven.
  • the second fluid may be introduced one or more times, over a short or long time and at a constant or varying rate, and more preferably throughout the duration of constant speed heating.
  • the second fluid may be a liquid which fills the existing gap between the sheet stack and the mold cavity. It is possible that thereby already the heat conduction improved in such a way that can be dispensed with a movement or circulation of the second fluid and a simple filling already sufficient.
  • the second fluid can also be introduced by way of thrust in order to minimize the amount of heat secreted with the excess second fluid, or to be introduced permanently.
  • the tool is subjected to forced cooling of the sheet metal parts after the heating has taken place.
  • the sheet stack By forced cooling of the tool, the sheet stack can be cooled rapidly to a temperature at which further processing or storage is possible. After cooling, the manufacturing process is completed.
  • a cooled and thereby shrunk sheet stacking body can also facilitate the ejection of the sheet stacking body from the tool. If the tool is not subjected to forced cooling, the sheet stacking body must either cool down in the tool for a long time or, after cooling down to a temperature giving the sheet stacking body sufficient strength, to be expelled while still warm or hot.
  • the forced cooling thus has the advantage that the sheet stacking body after ejection from the tool not at all or only slightly cooled and can be further processed directly.
  • the sheet stacking body but at the same time can also be quickly removed from the tool, whereby the tool is quickly ready for the baking of a next sheet stack again. This allows a total of faster, cheaper and more efficient production of the sheet stacking body.
  • the forced cooling can advantageously be carried out by the first fluid. If the first fluid is circulated as in a preferred embodiment, then the forced cooling of the tool can be realized by cooling the first fluid or, most preferably, by exchanging the hot first fluid with cold first fluid (eg by changing from a separate hot to a separate cold circuit). In this way, the same fluid channels of the tool can be used, in which on the one hand hot fluid for heating and on the other hand cold fluid for cooling the tool is initiated.
  • the second fluid for cooling by introducing cold fluid directly into the cavity.
  • an electrical heating conductor (for example heating wire) is installed in the tool, which forms the cavity for the sheet stack, in particular in the form of a heating coil surrounding the cavity.
  • This heating element directly heats the tool, which in turn transfers the heat over the contour of the sheets to the stack of sheets.
  • the cooling is carried out by a cooling liquid, which is passed through cooling channels in the tool.
  • the cooling channels are preferably arranged in a region between the heating coil and the cavity defining the inner wall of the tool.
  • the cooling of the sheet stack in contact with the part of the tool can be made in other ways than by the introduction of fluids, such as by Peltier elements, chemical processes or by Kompressions Gonz. Expansion mechanisms and the like. Also, two or more separate systems of fluid channels are conceivable to be able to initiate fluids of different temperature separately. It can also be completely dispensed with a forced cooling.
  • the height of the stacked sheet metal body is measured before heating and in particular during and / or after heating. The measurement thus takes place on the stacked sheet metal body when it is in the cavity. Accordingly, the probes are arranged at the top and bottom of the cavity. A measurement of the height of the sheet stack before heating resp.
  • Baking is of great advantage because it allows the final height of the baked sheet stacking body to be estimated and, if appropriate, also improved or changed before heating up, for example by adjusting the number of stacking sheets. Also advantageous is the measurement of the height of the sheet stack during heating or after heating to register the changes in height and to estimate the resulting height of the sheet stacking body can. If necessary, ie deviations from the desired height can either intervene in the current process or influence on the production of the next sheet stack body influenced.
  • the height can be determined for example by mechanical, optical or electrical (in particular magnetic, inductive or capacitive) functioning distance measuring devices, switches, barriers or contacts at certain positions or other methods for measuring the length of sheet metal stacks with defined geometry.
  • the measurement of the height of the sheet stack may take place before or after cooling, or it may be dispensed with altogether.
  • the sheet stack is controlled during the heating in the axial direction with a controlled pressing device pressed.
  • a sheet stack is set during baking in the axial direction under pressure, since, for example, punched sheets have a punched edge. If sheets in a stack lie on such punched edges on top of each other, the punched edges act like springs and the stack must be pressed together in the axial direction so that the sheets touch each other flatly.
  • the caking of stacks of sheet metal under pressure generally allows the production of stable laminated cores with precise geometry and is a widely used and known method. The pressure can be applied during the entire heating process or only during parts thereof.
  • a pressing device is controlled and can be controlled so that z. B. can be reacted to changes in dimensions during the change in temperature.
  • a constant pressure can also be applied to an expanding stack of sheets during heating by adjusting the pressing device.
  • the stack of sheets is pressed together, for example during heating up different degrees strong. It may, for example, during various changes in the sheet stack height (increases, for example, when heating the stack decreases, for example, during the crosslinking of the enamel, solvent loss and / or cooling off) specifically different resp. same pressure be created.
  • the position of the press dies of the press apparatus relative to each other is measurable during the pressing, so that the height of the sheet stacking body can be determined continuously with the press dies during pressing.
  • the pressing pressure (or the force exerted by the press ram) can be regulated within the scope of the invention so that the sheet stack has a precisely defined height at the end of the process.
  • the sheet stack for example, 200 or more sheets, it can be varied by melting the baking enamel by increasing the pressure of the sheet stack quite a half thickness of a single sheet or more. Therefore, it is possible with the invention to specify the height of the sheet stack more precisely than only an integer multiple of the average sheet thickness.
  • the number of sheets in the stack is of course given a suitable size or is known.
  • the pressing device may only pressurize the sheet stack during cooling (or during heating and cooling).
  • the pressing device can also be operated uncontrolled only controlled (eg, in the manner of specifying a specific pressure without its situation specific adaptation).
  • a pressing device can also be omitted.
  • the oven consists of a plurality of mutually movable components, which limit the cavity in a suitable position for baking the sheet stacking body and fix the sheet stack in the cavity.
  • the cavity can be changed in size, which simplifies the introduction of the sheet metal parts and the ejection of the sheet stacking body.
  • the sheet stack By moving the components to contact the sheet stack, the sheet stack can be fixed and baked in the cavity, while the introduction and ejection can be done after the components have been moved away from the suitable position for baking.
  • the components can, for. B. be by two transversely to the staple longitudinal axis movable bracket parts, which can fix or release the sheet stack peripherally.
  • the sheet metal parts can be fixed both at their outer contours, as well as at other locations such as holes or other openings and in particular clamped.
  • the use of components that move relative to each other simplifies caking of stacks of sheets which are larger than the cavity, in that the sheet stack is partially caked and pushed through the cavity (production of bar stock).
  • an oven with a fixed cavity size and shape can be used. It is a further optional feature that the introduction of the sheet metal parts into the cavity and the caking, cooling and ejection of the sheet stack body is repeated cyclically, and such a cycle 1 to 1 5 minutes, especially 1 to 10 minutes and more preferably 1 to 5 Lasts for minutes.
  • the temperature of the sheet stack is brought from the start temperature to the curing temperature of the adhesive layers and back to the starting temperature (or in the vicinity thereof).
  • the starting temperature is z. B. room temperature (20 - 40 degrees Celsius) and the curing temperature z. B. 400 degrees Celsius.
  • the method can also be applied less quickly to z. B. to achieve a more uniform curing of the adhesives or to wait for slow chemical and / or physical processes.
  • the inventive apparatus for producing a stacked sheet metal body comprises a tool having at least one cavity for receiving a stack of a plurality of sheet metal parts and at least one heating device for heating the sheet metal parts for curing the adhesive layers and for forming the sheet stacking body.
  • the sheet metal parts have at least in one area an identical contour and between the sheet metal parts thermally curing adhesive layers are provided.
  • the contour of the at least one cavity of the tool with the contour of the sheet metal parts at least in a portion of the area of the identical contour of the sheet metal parts fit, so that due to a material contact in this area when heating the sheet metal parts a predominant part of the energy required for heating by the Tool is introduced into each sheet metal part. This ultimately causes the curing of the adhesive layers.
  • the cavity forms a cylinder wall surface, which is defined according to the general geometric definition by connecting parallel, flat surfaces (ground and top surface) by parallel straight lines.
  • the base and lid surface does not need to be circular, but may be of any shape.
  • the cylinder wall surface of the cavity is formed by moving the sheet metal part along a straight line perpendicular to the surface of the sheet metal part.
  • a tool can comprise one or more cavities, and the cavities can be configured in one or more tracks become.
  • Several cavities are particularly advantageous when the introduction of the sheet metal parts in the cavity is faster than the caking and several cavities can be loaded by the same mechanism for introducing the sheet metal parts.
  • Multi-well cavities refer to several (partial) cavities which are operated in parallel, ie which are in the same functional state at the same time. In this way, a plurality of sheet metal stacks can be produced in series, and the (partial) cavities can profit from synergistic effects (eg sharing heaters or the like).
  • the device has a mechanism to bring the sheet metal parts against frictional resistance between the tool and sheet metal part in the cavity.
  • first lines are integrated to introduce a first fluid to introduce thermal energy into the tool which is introduced into the sheet metal parts.
  • second lines for introducing a second fluid into the cavity are integrated in the device.
  • the tool is equipped with forced cooling.
  • the device comprises a measuring apparatus for determining the height of the stacked sheet metal body before heating, and in particular during and / or after heating.
  • the apparatus has a controlled pressing device for controlled pressing of the sheet stack during heating in the axial direction with a controlled pressing device.
  • the oven has a plurality of mutually movable components, which in a for baking the Sheet stacking body suitable position limit the cavity and fix the sheet stack in the cavity.
  • a furnace part is formed, which includes the cavity and is thermally decoupled from the rest of the tool by an insulating device and is provided for heating the sheet metal parts.
  • the thermal decoupling of the designed as a furnace part of the tool has the great advantage that the rest of the tool neither heats, expands nor takes damage by a variety of heating and / or cooling.
  • heat energy is saved by heating only the furnace and not the adjacent parts of the tool, saving costs, speeding up heating, saving energy and increasing efficiency.
  • One of the device associated and tailored to the cavity punching device has the advantage that by the vote of the punching device (for example in the aspects punching, punching speed, die and / or Patrizentemperatur, ejection speed and direction and the like), the production of sheet stacks faster, easier and cheaper.
  • Optimized transport routes for the sheet metal parts (with the cavity in particular positioned directly under the punching die) as well as a fit of the punched sheet metal parts with the necessary precision allow a particularly efficient production of stacked sheet metal bodies.
  • the device can also be operated with a punching device not adapted to the cavity or even without a punching device.
  • the sheet metal parts can also be supplied already formed in the device or be prepared in or outside the device in a different way than punching.
  • FIG. 1 a - c Schematic drawing of a section through an inventive
  • FIG. 2 Schematic drawing of a section through the furnace part of the device from Fig. 1 a - c in plan view (from above)
  • FIG. 3 Schematic drawing of a section through an inventive
  • a device according to the invention for carrying out the inventive method is shown schematically, shown is a section through the device in side view.
  • Directional indications such as top, bottom, right or left are oriented on the drawing pad or on the paper on which the figure is shown: the figure is considered to be projected onto the drawing pad, and directional indications refer to a plane spanned by the drawing pad.
  • a punching device is located above the cavity 1 and includes Punch 4, punching die 5, hold-down 7 and an ejector 6.
  • the hold-7 is at the same time a punch guide for the punch 4, wherein the punch 4 in turn is a guide for the ejector 6.
  • the punching die 5 is made of tool steel or cemented carbide and includes fluid passages for being heated or cooled by a fluid moving through the fluid passage and maintained at the appropriate dimensional tolerance.
  • the punching die 5 is insulated by a thermal separation 8 from the rest of the device and in particular from the cavity 1.
  • the punching device may e.g. Use material thicknesses from 0.1 mm to 0.65 mm.
  • the sheet 2 is coated on the top and / or bottom with baked enamel and is introduced in Fig. 1 a from the left in the punching device, where it is temporarily fixed by the hold-7.
  • the punch 4 presses into the punching die 5 and thereby punched out of the intermediate sheet 2 a bluff part 3 out. After punching out the sheet metal part 3, the remaining stamped grid 9 is transported on to the right.
  • the punch 4 pushes the sheet metal parts 3 immediately after punching through the punching die 5 into the underlying cavity 1.
  • the cavity 1 has the same shape as the punching die 5, but the mass of the cavity 1 is corrected or reduced so that the sheet metal parts 3 at the punched edge (ie at the side surfaces resulting from the punching) at least with parts of the cavity 1 in make accurate contact and must be introduced against frictional resistance in the cavity 1 and in particular easily clamp in the cavity 1 (ie, are displaced against frictional resistance).
  • the sheet metal parts 3 do not touch the cavity 1, are thus free and allow outgassing of the baked enamel during the baking process.
  • these free spaces 10 formed by the cleared areas provide for a pressure relief of the baked enamel, ie, during the baking process, enamel that emerges between the metal parts 3 can escape into the free space 10.
  • the section shown in Fig. 1 a cuts the sheet metal parts 3 at such locations, which are not in contact with the cavity 1 and therefore leave the space 10 arise.
  • a commercial sheet thickness measurement causes after reaching the required amount of stamped sheet metal parts 3, to achieve the required sheet stack package height, a termination of the punching process. Thereafter, the punch 4 moves to a mechanically locked mass through the die, ie to a predefined and mechanically fixed position in the underlying cavity. 1
  • Fig. 1 b the same device is shown in the same manner as in Fig. 1 a, wherein the sheet metal parts 3 now form a sheet stack of required height and the device is in a state in which the sheet stack is baked.
  • the sheet stack is compressed from its upper end by the punch 4 and the ejector 6 and from its lower end by a movable plunger 1 1.
  • the sheet stack is located in the cavity 1, which in turn is located in a part of the apparatus according to the invention designed as a furnace part.
  • the furnace part is insulated from the remainder of the device by a thermal separation 12 and has fluid passages 13 through which a first fluid, particularly advantageously a mineral oil, can pass through the furnace part.
  • the furnace section is heated by passing hot or hot mineral oil from a heating circuit through the furnace section and cooled by passing cold kiln oil from a cooling circuit through the furnace section.
  • Heating and cooling circuit are separate circuits, which include the correspondingly required temperature control mechanisms, pumps, valves and / or reservoirs and, depending on the needs of the fluid channels 13 (in particular alternately) can be connected.
  • the furnace section can be heated up to approx. 400 degrees Celsius with a correspondingly operated heating circuit.
  • the free spaces 10 are flushed during the baking of the sheet stack with a second fluid, preferably hot gas and in particular hot air.
  • a second fluid preferably hot gas and in particular hot air.
  • the second fluid can also heat or cool the sheet stack directly.
  • the second fluid in still relatively cold state in the furnace part, where It remains so long or is moved before it enters the cavity 1 (eg by artificially extended transport routes) until the second fluid has warmed up.
  • the second fluid is then passed through the clearances 10 in a warmed condition where it accelerates heat transfer from the furnace member to the sheet stack, receives the escaping gas from the baking tray, and finally passes to an exit channel for the second fluid 16 and exits the apparatus.
  • the second fluid is introduced through an inlet channel for cold second fluid 15, which is provided for the throughput of larger volumes than the inlet channel for aufloomendes second fluid 14. From the inlet channel for second cold fluid 15, the second fluid enters the free spaces 10 and finally to the outlet channel for the second fluid 16.
  • the thermal separation of the punching die 8 further fluid channels are shown, which heats or cools a part of the device according to the invention by means of a fluid transported thereby and keeps it at the appropriate dimensional tolerance.
  • the entire device thus comprises three thermally isolated parts, which may optionally be tempered separately: the punching die 5, the furnace part and the rest of the device.
  • the production of a stack of sheet metal stacks consists of the following steps: Punching devices 3 are punched out of a sheet 2 by a punching device and introduced into the cavity 1 against resistance (the mentioned mechanical resistance here indicates that the sheet metal parts are precisely matching the cavity). After reaching a desired height of the stack of sheets, the plunger 1 1 is moved from below and punch 4 with ejector 6 from the top so far that the sheet stack is compressed in the lying in the furnace cavity part 1 with controlled pressure. Punch 4 and ejector 6 move to a mechanically locked Mass, and the plunger 1 1 takes over the control of the pressure applied to the sheet stack pressure and accompanies the package throughout the manufacturing process with a controlled controlled or regulated pressure.
  • the plunger 1 1 takes into account the changes in sheet stacking height, because the sheet stack height increases during heating and decreases due to crosslinking and solvent loss of Backlacks and during cooling. According to the requirements of the pressure during the caking of the sheet stack (constant pressure or a certain pressure curve), the plunger 1 1 is thus moved so that during all phases of the manufacturing process, the desired pressure is applied to the sheet stack.
  • the furnace part is heated by a coming from a heating circuit, the fluid channels 13 flowing through the first fluid to a maximum of about 400 degrees Celsius and heats the stack of sheets.
  • the heating of the sheet stack is assisted by a second fluid which is introduced into the furnace section through the second fluid inlet conduit 14 to be heated, then passed through the clearances 10 and finally exits the device through the second fluid exit channel 16.
  • the cooling of the laminated core begins.
  • the heating circuit of the first fluid is separated from the fluid channels 13 and instead the cooling circuit of the first fluid is connected to the fluid channels 13.
  • the second fluid is introduced instead of through the inlet channel for aufloomendes second fluid 14 through the inlet channel for cold second fluid 15 and transported through the free spaces 10 and finally through the outlet channel for second fluid 16.
  • the newly formed sheet pile body is ejected from the device by the ejection punch 6 pushes the sheet stacking body down from the cavity.
  • the plunger 1 1 jams during ejection the sheet stacking body against the ejection punch 6 and accompanies the sheet stacking body all the way.
  • the ejection punch 6 moves back up again and the sheet stacking body is located on the plunger 1 1 and can be removed.
  • the ejection position is chosen so that the sheet stacking body protrudes at least as far out of the oven part that the sheet stacking body can be removed laterally (ie in a direction perpendicular to the stack axis) from the plunger 1 1.
  • a controlled heating, a controlled cooling, as well as an exact spatial calibration (in particular an orientation with respect to the stack axis) of parts of the sheet stack are made by the direct contact with the cavity 1.
  • the direct, accurate lateral contact of the sheet stack and the cavity 1 ie, a free-form clamps
  • the free-form clamps ensures optimum heat conduction between the oven part and the stack of sheets.
  • the non-calibrated zones of the sheet pile, in which inaccuracies of the mold for the intended use of the sheet stack is unimportant and which therefore are not on the freeform clamps with the cavity 1 in contact are washed around with second fluid in the free spaces 10.
  • the flushing of the sheet stack by the second fluid in the free spaces 10 serves to accelerate the heating and cooling and remove solvents of the baked enamel during degassing.
  • the solvent concentration in the second fluid after passing through the free spaces 10 is measured during the heating and / or baking. By analyzing the values and / or the course of these values, it is possible to deduce the current state of the baked enamel (degree of cross-linking in the enamel, quality of the adhesive force and / or strength between the metal sheets and the like). The higher the measured solvent content in the second fluid fails, the higher is the remaining active crosslinking respectively. Adhesive force and at the same time the likelihood of paint leakage into the free spaces 10.
  • the paint outlet can be controlled by a corresponding pressure, which applies the plunger 1 1 on the stack of sheets.
  • Fig. 1 c a similar device is shown in the same manner as in Figs. 1 a and 1 b.
  • the device in Fig. 1 c is designed for continuous production; in the oven part, a sheet stack is extended segment by segment by the ejector 6 so far promoted an already baked part of the stack of sheets that seamlessly further sheet metal parts 3 can be stacked and baked at its upper end. In this way, long bar stock can be made.
  • a plunger 1 1 can be omitted in this device.
  • it can also be another device such as a below the cavity arranged clamping system can be used with lateral jaws for fixing the already baked bar stock and / or for applying pressure in the stacking direction.
  • the baking can be done with or without a pressure applied to the sheet stack.
  • Fig. 1 c a similar device is shown in the same manner as in Figs. 1 a and 1 b.
  • the device in Fig. 1 c is designed for continuous production; in the oven part, a sheet stack is extended segment by
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a horizontal section at mid-height through the furnace part of an inventive device, as shown in Figures 1 a, 1 b and 1 c.
  • the furnace part is surrounded by a thermal partition 12 and includes fluid passages 13, inlet passages for second fluid 14 to be heated and a sheet metal part 3.
  • the sheet metal part 3 almost completely fills the cavity 1 and is in contact with the furnace part in all four corners.
  • the sheet metal part 3 Along the sides of the sheet metal part 3 and between the corners are free spaces 10 for flushing the sheet stack with the second fluid.
  • FIG. 3 the schematic drawing of a section through an inventive device with two cavities is shown in side view.
  • the device in FIG. 3 does not comprise a punching device and only one cavity 1, but one punching device and two cavities 1.
  • the two cavities 1 and the two furnace parts comprising them are identical in construction with the cavity 1 and the corresponding furnace part of Fig. 1 a - 1 c.
  • the two symmetrical furnace parts are arranged side by side in a housing 18 (in Fig. 3, a left and a right furnace part) and each have a thermal separation of the furnace part 12, fluid channels for the first fluid 13, inlet channels for aufchristendes second fluid 14, inlet channels for cold second fluid 15 and second fluid outlet channels.
  • the housing 18 can be moved laterally, so that the left or the right oven part comes to rest under the punching device and in the respective cavity 1 sheet metal parts 3 can be introduced.
  • Fig. 3 the housing 18 is shown in a position in which the left furnace part under the punching device and the right furnace part is under one of two upper pressure punches 17.
  • the punching device can punch black parts 3 and bring in the left oven part, and in the right oven part can simultaneously set a sheet stack by a right plunger 1 1 and a right upper plunger 17 under pressure and baked.
  • the upper plunger 17 are provided with fluid channels through which the first fluid passed can be, and at the same time the plunger 17 are the guide for the two ejector. 6
  • the caked sheet stacking body can be ejected through the right ejector 6 from the right cavity 1, where it by the right plunger 1 1 is accompanied. Meanwhile, in the left cavity 1, a new sheet stack has been introduced and pushed so far into the left cavity 1 by the punch 4 that the top sheet metal part 3 of the sheet stack does not protrude from the housing 18 and nowhere abuts or grinds during movement of the housing 18.
  • the housing 18 is moved to the left after ejection of the baked sheet stacking body from the right cavity 1 and the introduction of the sheet stack in the left cavity, that the left cavity 1 under the left upper plunger 17 with the left ejector 6 and the right cavity. 1 comes to rest under the punching device. In this position, the sheet stack is baked in the left cavity 1, while the sheet metal parts 3 are punched and introduced into the right cavity 1. After the stack of sheets baked in the left cavity 1 and a stack of sheets has been introduced into the right cavity 1, the housing 18 moves back into the position as shown in Fig. 3 and the caking in the right cavity 1 and the filling of the left cavity. 1 with a sheet pile starts from the beginning.
  • the punch 4 is no guide for an ejector 6 more.
  • the punching die 5 is still isolated from the remainder of the tool by a thermal separation 8, but the sheet 2 is now not transported from left to right but perpendicular to the plane of the drawing by the punching device.
  • the exemplary embodiments described above are only a few concrete examples of a large number of possibilities for implementing the method according to the invention and / or the configuration of the device according to the invention.
  • the freshly punched sheet metal part must not be pushed with the punch directly through the die in cavity, but can, for. B.
  • the already stamped sheet metal parts may be pushed individually or in a plurality of stacks through the punch during or after punching in the direction of the cavity.
  • the plunger but also accompany the resulting sheet stack with adjustable force down.
  • the plunger can extend to the top of the die and drive down after each punching by the distance of a plate thickness with adjustable counterforce. This function is set if the cavity can not be manufactured with sufficient clamping force in relation to the sheet metal parts; This is especially the case with thin sheets, large cross sections and / or if edge loads or edge injuries are to be avoided.
  • the cavity can connect directly to the matrix, or can be positioned (directly) underneath.
  • the matrix can itself also include the cavity, d. H. be designed such that the die is simultaneously the cavity and vice versa.
  • the cavity can also be continuous for continuous production. D. H. without a final printing stamp.
  • the die can also be made of materials other than tool steel or hard metal, in particular of other metals and / or metal alloys. Also, the die need not have fluid channels, but may be heated and / or cooled in other ways and maintained at the appropriate tolerance (see the description of the furnace part above for some variations).
  • the matrix is usually thermally separated from the cavity and / or from the remaining parts of the device, but may also be directly or indirectly thermally connected.
  • Parts of the device can be constructed advantageously modular, particularly advantageous is a modular punching system.
  • a modular punching system which may be designed as a cassette, includes, for example, pressure stamp (possibly with ejector), hold-down or punch guide and die.
  • the modular punching system can be replaced as a whole unit; After reaching the service life, the modular punching system can be easily and quickly replaced by a new or reground or revised system.
  • the first fluid can circulate as described in two separate and separately switchable circuits, or else in more than two or only in one cycle or be outside of a (closed) circuit.
  • the second fluid can also be located outside or within one or more circuits, and combinations of operating modes inside and outside of circuits are conceivable for both fluids.
  • the number of cavities must not only be as shown in Figs. 1 a - 1 c one or as in Fig. 2 are two, but can be increased arbitrarily upwards, depending on the rationalization and punching capacity, several cavities can be connected in series to achieve a continuous production. Multi-lane punching arrangements can also be operated with the cavities in all imaginable variations. For complex sheet metal geometries, the sheets are produced in several steps.
  • the sheet metal part in the last step usually the punching station, again pushed back into the sheet (or the punching strip) and transported to an ejection station with a waiting cavity. If one cavity is filled with the corresponding number of sheets, the next free cavity is served. In this way, a continuous multi-track production can be ensured, the cavities can be arranged and operated in multiple tracks and in all variations.
  • the invention is used for further processing of electrical sheet which is coated with a still adhesive baked enamel (the solvent may be water or another, in particular organic or inorganic, solvent).
  • the solvent may be water or another, in particular organic or inorganic, solvent.
  • it can also be applied to a variety of other methods that are activated by heat, moisture, or otherwise.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers durch die folgende Schritte: zuerst wird aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität (1) eines Werkzeugs ein Stapel gebildet, wobei zwischen den Blechteilen (3) thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind. Danach werden die Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers aufgeheizt. Dabei ist die Kontur der Kavität (1) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der Kontur der Blechteile (3). Aufgrund des Materialkontakts in diesem Bereich wird beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet, was wiederum die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt. Die Blechteile (3) werden vorteilhafterweise durch Stanzen hergestellt werden und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) in die Kavität (1) eingebracht. Insbesondere wird in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche wiederum in die Blechteile (3) eingeleitet wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von Blechstapelkörpern
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers mit folgenden Schritten: Bilden eines Stapels aus mehreren Blechteilen, welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität eines Werkzeugs, wobei zwischen den Blechteilen thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und Aufheizen der Blechteile zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Stand der Technik
Der Bedarf nach Elektromotoren, Generatoren und generell nach elektrischen Maschinen steigt unter anderem mit der Verbreitung von Elektromobilen und Hybridautos stetig an. Deshalb sind Statoren und Rotoren in grosser Zahl und mit hoher Genauigkeit herzustellen, wobei gleichzeitig die Produktionskosten möglichst gering und die Herstellung möglichst materialsparend sein sollen. Eine Technologie, die hier zur Anwendung kommt, ist das Herstellen von Stapelkörpern aus magnetischen Blechen.
Die DE 38 29 068 C 1 (Mannesmann) beschreibt ein Verfahren zum Verkleben (Verbacken) von mit einer Klebstoffisolierschicht versehenen in einem Automaten gestanzten Elektroblechen. Dazu werden die einzelnen Stanzteile aufeinander gelegt und unter dem Einfluss von Wärme und axialem Druck miteinander verklebt (verbackt). Zur wesentlichen Verringerung des Zeit- und Energieaufwands wird jedes einzelne Stanzteil während des Ablegens auf die Reaktionstemperatur des Backlackes erwärmt und dann sofort auf das vorher abgelegte Stanzteil aufgepresst. Sowohl am Pressstempel wie auch in der Aufnahme sind beheizbare Kontaktplatten vorgesehen, so dass der Stapel von unten und oben (also von seinen Enden her) beheizt werden kann. Der die gewünschte Höhe aufweisende Stapel wird danach abgekühlt. Es wird also ein Verbacken der einzelnen Stanzteile vorgenommen, statt den gesamten Stapel nach erreichen der Fertighöhe zu Verbacken. Dies hat den Nachteil, dass mit jedem weiteren angebackenen Stanzteil wieder derselbe Verback-Druck temporär auf die bereits verbackenen Stanzteile ausgeübt wird, und die Höhe des Stapels nur auf die Dicke eines Stanzteils genau kontrolliert werden kann. Zudem kann eine glatte und präzis definierte Aussenkontur des Stapels nur durch eine nachträgliche Behandlung wie z. B. Abschleifen, ein Aufheizen des ganzen Stapels oder ein Umhüllen mit einer weiteren Schicht erreicht werden. Die DE 31 10 339 A I beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Blechpaketen. Dabei werden mit einer Stanze aus einem beidseitig mit vorgehärtetem duroplastischen Kleber beschichteten Elektroblechstreifen Lamellen ausgestanzt, welche in ein unterhalb der Schnittebene angeordnetes Magazin fallen. Im Magazin werden die Lamellen entweder gezählt oder gewogen und ausgerichtet zu einem Paket gestapelt. Das Paket wird im Magazin durch einen Förderer zuerst durch eine Aushärtzone transportiert, in welcher es durch Erwärmen auf ca. 230 Grad Celsius unter Druck verklebt wird. Danach wird das Paket in eine Abkühlzone transportiert, aus dem Magazin genommen und in einer Einrichtung mit einem Korrosionsschutz überzogen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass eine teure, komplizierte und störanfällige, aus vielen Komponenten bestehende Produktionsstrasse mit einer Vielzahl von Magazinen nötig ist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zu schaffen, welches Blechstapelkörper mit einer mindestens in einem Bereich präzis definierten Aussenkontur einfach, rasch und kostengünstig herstellt.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung besteht das Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers aus den folgenden Schritten: in einer Kavität eines Werkzeugs wird aus mehreren Blechteilen ein Stapel gebildet. Die Blechteile weisen zumindest in einem Bereich eine identische Kontur auf. Unter einer "Kontur" wird dabei eine das Blechstück (in der Blechebene) begrenzende, umlaufende Randlinie verstanden. Unter einem "Bereich" wird ein Teil der Randlinie mit einer gewissen Ausdehnung (z.B. mindestens mehrere Millimeter, insbesondere 1 cm oder mehr) verstanden. Der Bereich ist also nicht punktförmig, Zwischen den Blechteilen sind thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen. Diese decken einen wesentlichen Teil der Oberfläche des Blechstücks ab, derart, dass eine feste, flächige Verbindung zwischen den beiden Oberflächen der aufeinander liegenden Blechteile gebildet werden kann. Es ist aber nicht zwingend, dass sich die Kleberschichten über die ganze Oberfläche der Blechteile erstreckt. Zur Aushärtung dieser Kleberschichten und damit zur Bildung des Blechstapelkörpers werden die Blechteile aufgeheizt. Dabei ist die Kontur der Kavität (betrachtet in einem Querschnitt bezüglich der Kavitätslängsachse) des Werkzeugs mit der Kontur der Blechteile mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile passgenau (d.h. die einzelnen Blechteile befinden sich in Klemmsitz in der Kavität), so dass aufgrund eines Materialkontakts zwischen Blechrand und Kavitäts- innenwand in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile ein überwiegender Teil, d. h. mindestens 50 % der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (quasi über die Randlinie) eingeleitet wird. Dies bewirkt schlussendlich die Aushärtung der Kleberschichten.
Das erfindungsgemässe Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der passgenaue und unmittelbare seitliche Materialkontakt zwischen der Kavitätsinnenwand (Werkzeug) und Blechrand einen sehr effizienten Wärmetransport erlaubt, da das typischerweise aus Metall gefertigte Werkzeug eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und die Wärme direkt an den anliegenden Teil des Blechstapels weiterleiten kann. Auf diese Weise kann der Blechstapel rasch aufgeheizt werden, wobei er gleichzeitig durch anliegende Teile der Kavität eine räumlich präzis definierte Kontur annimmt. Dabei nimmt mit zunehmender Kontaktfläche zwischen Blechstapel und Werkzeug die Effizienz des Wärmetransports zu, und gleichzeitig steigt auch der Anteil der präzis definierten Kontur.
Bevorzugt liegen für die spätere Verwendung und Funktion wichtige Teile des Blechstapels im Bereich der präzis definierten Kontur, in welchem durch den Kontakt mit dem Werkzeug Stapelfehler und Austritt des Klebers verhindert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich mit einer kompakt konstruierbaren Vorrichtung umsetzen. Die Arbeitsschritte Erwärmung und Formgebung lassen sich in einer einzige Maschine integrieren, wobei beide Arbeitsschritte mindestens teilweise gleichzeitig ablaufen können. Auf diese Weise werden komplizierte Produktionsstrassen auf eine einzige Maschine reduziert, was Kosten spart, die Wartung vereinfacht und den Platzbedarf minimiert. Zudem wird die Herstellung beschleunigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders für Einkonturteile z.B. für einzelne Zähne eines Kranzes in einem Elektromotor. Ein Einkonturteil ist dadurch definiert, dass er im Querschnitt bezüglich seiner Längsachse im wesentlichen nur eine einzige Kontur (d.h. Formgrenzlinie) hat, nämlich die Aussenkontur, welche am Blechstapel zu einer in Axialrichtung exakt definierten Fläche (ohne Unebenheiten) führen muss. Der Blechstapelkörper ist im Inneren voll. Folglich bilden die einzelnen Blechstücke volle Flächen. Bei diesen Teilen (die z.B. nachträglich passgenau zu einem komplexen Körper z.B. einem geschlossenen Kranz zusammengesetzt werden müssen) sind an die Aussenkontur sehr viel höhere Präzisionsanforderungen zu stellen, als bei ganzen (ringförmig geschlossenen) Motorquerschnitten (mit komplexer Innenform), wie sie z.B. in der JP 2007/059819 verarbeitet werden. Die Einkonturteile müssen also zumindest bereichsweise mit ihren Aussenkonturen exakt aufeinander passen.
Als optionales Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Blechteile durch Stanzen hergestellt und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil in die Kavität eingebracht.
Stanzen ist eine besonders effiziente, rasche und ausreichend präzise Methode, viele Blechteile vor Ort herzustellen. Indem die Blechteile in derjenigen Grösse gestanzt werden, dass sie (nur) gegen einen Reibungswiderstand in die Kavität eingebracht werden können (also nicht einfach hineinfallen), sind sie durch eine Freiformklemmung in der Kavität fixiert und können auf diese Weise angeordnet und auch transportiert werden. Die Blechteile können auf verschiedene Weise in die Kavität eingebracht bzw. hineingedrückt werden, so z. B. einzeln durch einen Stanzstempel, einen Stössel oder mit einem Luftdruckstoss oder etwa auch durch sukzessives Stapeln und blockweises Hineindrücken der Blechteile.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der Kavität in unmittelbarer Umgebung unterhalb der Stanzebene einer Stanzmaschine, so dass das frisch gestanzte Blechteil direkt in die Kavität eingebracht bzw. gedrückt werden kann und dadurch Transportwege und Manipulationen des Blechteils wie z. B. dessen Ausrichtung gespart werden können. Der Eingang der Kavität ist in diesem Fall durch die Stanzmatrize gebildet und die Kavität stellt insgesamt eine Verlängerung der Stanzmatrize in Stanzrichtung dar. Der Stanzstempel kann dabei gleichzeitig die Blechteile in die Kavität einbringen und gegebenenfalls auch den verbackenen Blechstapelkörper ausstossen. Wenn eine Endlosfertigung gewünscht ist (d.h. die Fertigung von Stangenmaterial, welches letztendlich eine deutlich grössere Länge als die Kavität hat), dann kann der Stanzstempel den Stapel soweit weiter stossen, dass der bereits verbackene Abschnitt des Stapels weitgehend aus der Kavität heraustritt und anliegend an den bereits verbackenen Abschnitt ein weiterer Abschnitt entsteht, d. h. weitere Blechteile in die Kavität eingebracht und verbacken werden. Durch eine Aneinanderreihung entsprechend vieler Abschnitte können beliebig lange Blechstapelkörper entstehen. Die Stanzmatrize kann dabei von der Kavität thermisch und mechanisch entkoppelt sein oder die Kavität kann auch (wie bereits angedeutet) als Erweiterung der Stanzmatrize ausgebildet sein, d. h. ein Teil der Kavität dient als Stanzmatrize.
Alternativ können die Blechteile auch auf eine andere Weise als durch Stanzen, z.B. durch Zerteilen, Spannen oder Abtragen aus grösseren Blechteilen geformt werden. So eignen sich insbesondere etwa verschiedene Schneidmethoden (z. B. mit Wasserstrahlen, Laser, verschiedenen Scherschneidmethoden), das Heraustrennen durch beispielsweise Ätzen, Löten und/oder Schweissen oder verschiedene andere Methoden (Fräsen etc.) zur Herstellung von Blechteilen. Die Blechteile können aber beispielsweise auch direkt einzeln hergestellt werden, indem etwa Metallstücke in Form gepresst, gegossen, gewalzt oder sonst wie in Form gebracht werden. Die Blechstücke müssen auch nicht unbedingt gegen einen Reibungswiderstand in die Kavität eingebracht werden, sondern können in gewissen Fällen (wie z. B. bei dünnen Blechstücken, grossen Querschnitten oder bei delikaten Teilen, wo Kantenbeanspruchungen und/oder -Verletzungen unzulässig sind) auch weitgehend widerstandsfrei in die Kavität eingebracht werden.
Um zu erreichen, dass der mechanische Kontakt zwischen den Stirnseiten der Bleche und dem Werkzeug während des Backvorgangs verstärkt wird, kann das Werkzeug aus einem Material gefertigt sein, welches einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizient hat als der Stahl, aus welchem die Bleche in der Kavität bestehen. Beispielsweise könnte das Werkzeug aus einem Hartmetall bestehen, wenn ein Stapelkörper aus Elektroblech (Motorenblech, Dynamoblech oder Transformatorenblech) produziert werden soll.
Optional wird in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet, um Wärmeenergie in das Werkzeug zu einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird.
Durch das Einleiten eines ersten Fluids einer geeigneten Temperatur und insbesondere einer Flüssigkeit wie z. B. mineralischem Öl kann ein Teil des Werkzeugs besonders rasch erwärmt werden, und zusätzlich kann die an den Blechstapel weitergeleitete Wärmeenergie rasch im Werkzeug ersetzt werden. Je kleiner die zu erwärmende Totalmasse (also Werkzeugteil sowie der Inhalt der Kavität) ist, desto rascher kann eine Temperaturänderung vorgenommen werden. Darum ist der Teil des Werkzeugs, welcher erwärmt wird, mit Vorteil möglichst klein ausgebildet. Insbesondere können Fluidkanäle in dem zu erwärmenden Teil des Werkzeugs ausformt sein, durch welche heisses erstes Fluid zum Erwärmen des Werkzeugs - und dadurch des Blechstapels - eingeleitet wird.
Alternativ kann die Erwärmung des mit dem Blechstapel in Kontakt stehenden Teils des Werkzeugs auch auf andere Weise als durch die Einleitung von Fluiden vorgenommen werden, so etwa durch elektrische Heizpatronen und/oder -spulen, Induktionsprozesse, Peltierelemente, chemische Prozesse oder durch Kompressions- bzw. Expansions- mechanismen und dergleichen, wobei auch eine beliebige Kombination dieser Methoden denkbar ist. Der zu erwärmende oder abzukühlende Teil des Werkzeugs muss auch nicht möglichst klein ausgestaltet werden, wenn z. B. die Wärmeleitfähigkeit hoch, die Wärmekapazität des verwendeten Materials dagegen niedrig ist. Auch sind zwei oder mehrere separate Systeme von Fluidkanälen denkbar, um Fluide verschiedener Temperatur getrennt einleiten zu können.
Ein weiteres optionales Merkmal ist das Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität.
Durch das Einleiten des zweiten Fluids - von Vorteil Gas und ganz besonders Luft - in die Kavität kann beim Erwärmen des Blechstapels das zweite Fluid den Blechstapel in den Bereichen umspülen, wo sich der Blechstapel nicht in Materialkontakt mit dem Werkzeug befindet. Dadurch können Taschen (Bereiche) von stehendem und dadurch den Wärmeübertrag behindernden zweiten Fluid zwischen dem Blechstapel und dem Werkzeug eliminiert werden, was das Erwärmen des Blechstapels beschleunigt. Mit Vorteil verfügt dieses zweite Fluid vor dem Einleiten in die Kavität über eine geeignet hohe Temperatur, damit weder die Kavität noch der Blechstapel abgekühlt wird. Dies kann insbesondere durch eine kanalartige Durchleitung in der Art von Wärmetauschern durch den das Blechteil wärmenden Werkzeugteil geschehen, wobei sich die Durchleitungen mit Vorteil in der Umgebung der Kavität und gegebenenfalls im Ofen befinden. Das zweite Fluid kann ein- oder mehrmalig, über kurze oder lange Zeit und mit konstanter oder variierender Geschwindigkeit, und ganz besonders vorteilhaft während der ganzen Dauer des Aufheizens mit konstanter Geschwindigkeit eingeleitet werden. Zur Sicherstellung einer ausreichenden permanenten Zirkulation des zweiten Fluids für eine möglichst effiziente Wärmeübertragung von Werkzeug zum Blechstapel genügt eine relativ kleine Menge des zweiten Fluids, wodurch nur wenig Wärmeenergie zum Aufheizen des zweiten Fluids aufgewendet werden muss. Alternativ kann das zweite Fluid eine Flüssigkeit sein, welche den vorhandenen Zwischenraum zwischen Blechstapel und Werkzeugkavität auffüllt. Es ist möglich, dass sich dadurch die Wärmeleitung bereits derart verbessert, dass auf eine Bewegung oder Zirkulation des zweiten Fluids verzichtet werden kann und ein einfaches Befüllen bereits ausreicht. Das zweite Fluid kann aber auch schub- bzw. stossweise eingeleitet werden, um die mit dem überschüssigen zweiten Fluid abgesonderte Wärmemenge zu minimieren, oder permanent eingeleitet werden.
Als ein weiteres optionales Merkmal wird das Werkzeug nach erfolgtem Aufheizen der Blechteile einer Zwangskühlung unterworfen.
Durch eine Zwangskühlung des Werkzeugs kann der Blechstapel rasch auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei welcher eine Weiterverarbeitung oder Lagerung möglich ist. Nach der Abkühlung ist der Herstellungsprozess abgeschlossen. Zudem kann ein abgekühlter und dadurch geschrumpfter Blechstapelkörper auch den Auswurf des Blechstapelkörpers aus dem Werkzeug erleichtern. Wird das Werkzeug nicht einer Zwangskühlung unterworfen, so muss der Blechstapelkörper entweder lange im Werkzeug abkühlen oder - nach dem Abkühlen auf eine dem Blechstapelkörper genügend Festigkeit verleihende Temperatur - noch warm bzw. heiss ausgestossen werden. Die Zwangskühlung hat also den Vorteil, dass der Blechstapelkörper nach dem Auswurf aus dem Werkzeug gar nicht oder nur noch leicht abgekühlt werden muss und direkt weiterverarbeitet werden kann. Zudem kann der Blechstapelkörper dabei aber gleichzeitig auch schnell aus dem Werkzeug entfernt werden, wodurch das Werkzeug wieder schnell bereit für das Verbacken eines nächsten Blechstapels ist. Dies erlaubt insgesamt eine schnellere, kostengünstigere und effizientere Herstellung der Blechstapelkörper.
Die Zwangskühlung kann dabei vorteilhafterweise durch das erste Fluid erfolgen. Falls das erste Fluid wie in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Kreislauf bewegt wird, kann die Zwangskühlung des Werkzeugs durch eine Kühlung des ersten Fluids oder ganz besonders vorteilhaft durch den Austausch des heissen ersten Fluids durch kaltes erstes Fluid (z. B. durch einen Wechsel von einem separaten heissen zu einem separaten kalten Kreislauf) realisiert werden. Auf diese Weise können dieselben Fluidkanäle des Werkzeugs genutzt werden, in welche im Wechsel einerseits heisses Fluid zum Erwärmen und andererseits kaltes Fluid zum Abkühlen des Werkzeugs eingeleitet wird. Es kann aber auch das zweite Fluid zur Kühlung eingesetzt werden, indem kaltes Fluid direkt in die Kavität eingebracht wird.
Zur Kühlung werden typischerweise viel grössere Volumina des zweiten Fluids in die Kavität eingebracht werden als beim Aufheizen, weil zur Kühlung ein Abtransport der Wärme möglichst maximiert werden soll und nicht in erster Linie lediglich eine Zirkulation des zweiten Fluids angestrebt wird. Das erste und das zweite Fluid können sowohl ausschliesslich alleine oder gemeinsam bzw. alleine oder gemeinsam in allen Kombinationen mit anderen Massnahmen zur Kühlung eingesetzt werden. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist im Werkzeug, welches die Kavität für denn Blechstapel bildet, ein elektrischer Heizleiter (z.B. Heizdraht) insbesondere in Form einer die Kavität umrundenden Heizspule eingebaut. Dieser Heizleiter erhitzt direkt das Werkzeug, welches seinerseits die Wärme über die Kontur der Bleche auf den Blechstapel überträgt. Die Kühlung erfolgt dabei durch eine Kühlflüssigkeit, welche durch Kühlkanäle im Werkzeug hindurch geleitet wird. Dabei sind die Kühlkanäle vorzugsweise in einem Bereich zwischen der Heizspule und der die Kavität definierenden Innenwand des Werkzeugs angeordnet.
Anstelle eines Heizleiters kann auch eine Induktionsspule vorgesehen sein.
Alternativ kann die Abkühlung des mit dem Blechstapel in Kontakt stehenden Teils des Werkzeugs auch auf andere Weise als durch die Einleitung von Fluiden vorgenommen werden, so etwa durch Peltierelemente, chemische Prozesse oder durch Kompressionsbzw. Expansionsmechanismen und dergleichen. Auch sind zwei oder mehrere separate Systeme von Fluidkanälen denkbar, um Fluide verschiedener Temperatur getrennt einleiten zu können. Es kann auch ganz auf eine Zwangskühlung verzichtet werden. Optional ist vorgesehen, dass die Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird. Die Messung erfolgt also an dem Blechstapelkörper, wenn er sich in der Kavität befindet. Entsprechend sind die Messsonden oben und unten an der Kavität angeordnet. Eine Messung der Höhe des Blechstapels vor dem Aufheizen resp. Verbacken ist von grossem Vorteil, weil dadurch die finale Höhe des verbackenen Blechstapelkörpers abgeschätzt und gegebenenfalls auch noch vor dem Aufheizen nachgebessert oder verändert werden kann, etwa durch eine Anpassung der Anzahl der Stapelbleche. Ebenso vorteilhaft ist die Messung der Höhe des Blechstapels während des Aufheizens oder nach dem Aufheizen, um die Veränderungen der Höhe zu registrieren und die resultierende Höhe des Blechstapelkörpers abzuschätzen zu können. Bei Bedarf, d. h. bei Abweichungen von der gewünschten Höhe kann entweder in das laufende Verfahren eingegriffen oder Einfluss auf die Produktion der nächsten Blechstapelkörper Einfluss genommen werden. Die Höhe kann dabei beispielsweise durch mechanisch, optisch oder elektrisch (insbesondere magnetisch, induktiv oder kapazitiv) funktionierende Distanzmessgeräte, Schalter, Schranken oder Kontakte an bestimmten Positionen oder andere Methoden zur Längenmessung von Blechstapeln mit definierter Geometrie bestimmt werden.
Alternativ kann die Messung der Höhe des Blechstapels auch vor bzw. nach dem Abkühlen stattfinden oder es kann auch ganz darauf verzichtet werden. Als weiteres optionales Merkmal wird der Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert gepresst.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn ein Blechstapel während des Verbackens in axialer Richtung unter Druck gesetzt wird, da beispielsweise gestanzte Bleche über einen Stanzrand verfügen. Kommen Bleche in einem Stapel auf solchen Stanzrändern übereinander zu liegen, wirken die Stanzränder wie Federn und der Stapel muss in axialer Richtung zusammengepresst werden, damit sich die Bleche flächig berühren. Das Verbacken von Blechstapeln unter Druck ermöglicht ganz allgemein die Herstellung von stabilen Blechpaketkörpern mit genauer Geometrie und ist ein weit verbreitetes und bekanntes Verfahren. Der Druck kann dabei während des gesamten Aufheizprozesses oder auch nur während Teilen davon angelegt werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn eine Pressvorrichtung geregelt ist und kontrolliert werden kann, so dass z. B. auf Veränderungen der Abmessungen während der Temperaturänderung reagiert werden kann. So kann etwa auch an einen sich ausdehnenden Blechstapel während des Aufheizens ein konstanter Druck angelegt werden, indem die Pressvorrichtung nachgeregelt wird. Oder der Blechstapel wird beispielsweise während des Aufheizens kontrolliert unterschiedlich stark zusammengepresst. Es kann beispielsweise auch während verschiedenen Änderungen der Blechstapelhöhe (erhöht sich beispielsweise beim Erwärmen des Stapels, nimmt beispielsweise während der Vernetzung des Backlacks, dem Lösungsmittelverlust und/oder der Abkühlung ab) gezielt verschiedener resp. gleicher Druck angelegt werden.
Vorzugsweise ist die Position der Pressstempel der Pressvorrichtung relativ zueinander messbar während des Pressens, so dass die Höhe des Blechstapelkörpers mit den Pressstempeln während des Pressens laufend ermittelt werden können. Der Pressdruck (bzw. die ausgeübte Kraft des Pressstempels) kann im Rahmen der Erfindung so geregelt werden, dass der Blechstapel am Ende des Verfahrens eine exakt definierte Höhe hat. Befinden sich im Blechstapel z.B. 200 oder mehr Bleche, so kann nach dem Schmelzen des Backlacks durch Erhöhen des Drucks der Blechstapel durchaus um eine halbe Dicke eines Einzelblechs oder mehr variiert werden. Deshalb ist es mit der Erfindung möglich, die Höhe des Blechstapels präziser als nur auf ein ganzzahliges Vielfaches der durchschnittlichen Blechdicke vorzugeben. Die Anzahl der Bleche im Stapel ist natürlich in geeigneter Grösse vorgegeben bzw. ist bekannt.
Alternativ kann die Pressvorrichtung auch nur während des Abkühlens (oder während des Aufheizens sowie des Abkühlens) den Blechstapel unter Druck setzen. Die Pressvorrichtung kann auch ungeregelt also nur gesteuert (z. B. in der Art einer Vorgabe eines bestimmten Drucks ohne dessen situationsspezifische Anpassung) betrieben werden. Eine Pressvorrichtung kann auch weggelassen werden. Als weiteres optionales Merkmal besteht der Ofen aus mehreren gegeneinander beweglichen Komponenten, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.
Besteht der Ofen aus mehreren gegeneinander beweglichen Komponenten, so lässt sich die Kavität in ihrer Grösse verändern, was das Einbringen der Blechteile und das Ausstossen des Blechstapelkörpers vereinfacht. Durch ein Bewegung der Komponenten bis zum Kontakt mit dem Blechstapel kann der Blechstapel in der Kavität fixiert und verbacken werden, während das Einbringen und Ausstossen erfolgen kann, nachdem die Komponenten von der zum Verbacken geeigneten Position wegbewegt worden sind. Die Komponenten können z. B. durch zwei quer zur Stapellängsachse bewegliche Klammerteile sein, welche den Blechstapel peripher fixieren oder freigeben können.
Dabei können die Blechteile sowohl an ihren Aussenkonturen, als auch an anderen Stellen wie beispielsweise Bohrungen oder anderen Öffnungen fixiert und insbesondere geklemmt werden. Insbesondere vereinfacht die Verwendung von gegeneinander beweglichen Komponenten ein Verbacken von Blechstapeln, welche grösser sind als die Kavität, indem der Blechstapel abschnittsweise Verbacken und durch die Kavität durchgeschoben wird (Herstellung von Stangenmaterial).
Alternativ kann auch ein Ofen mit einer unveränderlichen Kavitätsgrösse und -form verwendet werden. Es ist ein weiteres optionales Merkmal, dass das Einbringen der Blechteile in die Kavität und das Verbacken, Abkühlen und Ausstossen des Blechstapelkörpers zyklisch wiederholt wird, wobei und ein solcher Zyklus 1 bis 1 5 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten und besonders vorteilhaft 1 bis 5 Minuten lang dauert. Innerhalb eines solchen Zyklus wird die Temperatur des Blechstapels ausgehend von der Starttemperatur auf die Aushärtungstemperatur der Klebeschichten und wieder zurück zur Starttemperatur (bzw. in deren Nähe) gebracht. Die Starttemperatur ist z. B. Raumtemperatur (20 - 40 Grad Celsius) und die Aushärtungstemperatur z. B. 400 Grad Celsius.
Durch eine zyklische Anwendung des Verfahrens mit einer kurzen Zyklusdauer kann das Verfahren sehr effizient angewendet werden, was eine rasche und kostengünstige Produktion von Blechstapelkörpern erlaubt. Je höher die Stückzahl, desto weniger Maschinen müssen eingesetzt werden, was wiederum die Kosten senkt. Zudem wird durch den schrumpfenden Platzbedarf die Wahl der Produktionsstätte freier, so dass z. B. die Blechstapelkörper nahe beim nächsten Verarbeitungsschritt bzw. direkt vor Ort produziert werden können, was wiederum Zeit für Transport und Lieferung, Raum und Kosten spart.
Alternativ kann das Verfahren auch weniger schnell angewendet werden, um z. B. eine gleichmässigere Aushärtung der Klebstoffe zu erreichen oder langsame chemische und/oder physikalische Prozesse abzuwarten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers umfasst ein Werkzeug mit mindestens einer Kavität zur Aufnahme eines Stapels aus mehreren Blechteilen und mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Blechteile zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers. Die Blechteile haben zumindest in einem Bereich eine identische Kontur und zwischen den Blechteilen sind thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen. Dabei ist die Kontur der mindestens einen Kavität des Werkzeugs mit der Kontur der Blechteile mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile passgenau, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil eingeleitet wird. Dies bewirkt schlussendlich die Aushärtung der Kleberschichten. In dem Bereich, in welchem die Kavität passgenau mit der Kontur der Bleche ist, bildet die Kavität eine Zylinderwandfläche, welche nach der allgemeinen geometrischen Definition dadurch aufgespannt wird, dass parallele, ebenen Flächen (Grund- und Deckfläche) durch parallelen Geraden miteinander verbunden werden. (Die Grund- und Deckelfläche braucht keineswegs kreisrund zu sein, sondern kann von beliebiger Form sein.) Mit anderen Worten: Die Zylinderwandfläche der Kavität entsteht durch Verschiebung des Blechteils entlang einer Gerade senkrecht zur Fläche des Blechteils.
Diese Vorrichtung weist alle oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auf. Dabei kann ein Werkzeug eine oder mehrere Kavitäten umfassen, und die Kavitäten können ein- oder mehrspurig ausgestaltet werden. Mehrere Kavitäten sind besonders dann Vorteil, wenn das Einbringen der Blechteile in die Kavität schneller als das Verbacken ist und mehrere Kavitäten von demselben Mechanismus zum Einbringen der Blechteile beladen werden können. Mit mehrspurigen Kavitäten sind mehrere (Teil-)Kavitäten bezeichnet, welche parallel betrieben werden, d. h. welche sich zum gleichen Zeitpunkt im selben Funktionszustand befinden. Auf diese Weise können mehrere Blechkörperstapel in Serie hergestellt werden, und die (Teil-) Kavitäten können von synergetischen Effekten profitieren (z. B. Heizeinrichtungen gemeinsam nutzen oder ähnliches).
Die nachfolgenden optionalen Merkmale der Vorrichtung und deren Vorteile sind bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert worden:
• Optional weist die Vorrichtung einen Mechanismus auf, um die Blechteile gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil mit in die Kavität einzubringen.
• Optional sind in der Vorrichtung erste Leitungen integriert zum Einleiten eines ersten Fluids, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird.
• Als ein weiteres optionales Merkmal sind in der Vorrichtung zweite Leitungen zum Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität integriert.
• Es ist ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung, dass das Werkzeug mit einer Zwangskühlung ausgestattet ist. · Als ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung einen Messapparat zur Bestimmung der Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen.
• Optional weist die Vorrichtung eine geregelte Pressvorrichtung auf, um den Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert zu pressen.
• Als weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung weist der Ofen mehrere gegeneinander bewegliche Komponenten auf, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.
Als ein weiteres optionales Merkmal der Vorrichtung ist zum Aufheizen der Blechteile im Werkzeug ein Ofenteil ausgebildet, welcher die Kavität beinhaltet und, vom Rest des Werkzeugs durch eine Isolationseinrichtung thermisch entkoppelt ist und zum Aufheizen der Blechteile vorgesehen ist.
Die thermische Entkopplung des als Ofen ausgestalteten Teils des Werkzeugs hat den grossen Vorteil, dass das restliche Werkzeug sich weder erhitzt, ausdehnt noch durch eine Vielzahl von Erhitzungen und/oder Abkühlungen Schaden nimmt. Zudem wird Wärmeenergie gespart, indem nur der Ofen, nicht aber auch die benachbarten Teile des Werkzeugs aufgeheizt werden, was Kosten spart, das Aufheizen beschleunigt, Energie spart und die Effizienz erhöht.
Alternativ kann auch auf eine thermische Entkopplung verzichtet werden, falls z. B. das ganze Werkzeug eine geringe Wärmekapazität hat oder so klein ist, dass eine ausreichend funktionierende Isolation schwer zu integrieren ist.
Als weiteres optionales Merkmal ist eine der Vorrichtung zugehörige Stanzvorrichtung zur Herstellung der Blechteile vorgesehen, welche auf die Kavität passgenau abgestimmt ist.
Eine der Vorrichtung zugehörige und auf die Kavität abgestimmte Stanzvorrichtung hat den Vorteil, dass durch die Abstimmung der Stanzvorrichtung (beispielsweise in den Aspekten Stanzform, Stanzgeschwindigkeit, Matrizen- und/oder Patrizentemperatur, Auswurfsgeschwindigkeit und -richtung und ähnliches) die Produktion der Blechstapel rascher, einfacher und kostengünstiger vonstatten geht. Optimierte Transportwege für die Blechteile (wobei die Kavität insbesondere direkt unter der Stanzmatrize positioniert ist) sowie eine mit der nötigen Präzision herausgearbeitete Passform der gestanzten Blechteile erlauben eine besonders effiziente Herstellung von Blechstapelkörpem.
Alternativ kann die Vorrichtung auch mit einer nicht auf die Kavität abgestimmten Stanzvorrichtung oder auch ganz ohne Stanzvorrichtung betrieben werden. Die Blechteile können auch bereits ausgeformt in der Vorrichtung zugeführt werden oder in oder ausserhalb der Vorrichtung auf eine andere Art als Stanzen hergestellt werden.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 a - c Schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe
Vorrichtung mit einer Kavität in Seitenansicht Fig. 2 Schematische Zeichnung eines Schnitts durch den Ofenteil der Vorrichtung aus Fig. 1 a - c in Draufsicht (von oben)
Fig. 3 Schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe
Vorrichtung mit zwei Kavitäten in Seitenansicht
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 a ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt, gezeigt ist ein Schnitt durch die Vorrichtung in Seitenansicht. Richtungsangabe wie etwa oben, unten, rechts oder links orientieren sich an der Zeichnungsunterlage bzw. an dem Papier, auf welchem die Figur dargestellt ist: die Figur wird als auf die Zeichnungsunterlage projiziert betrachtet, und Richtungsangaben beziehen sich auf eine durch die Zeichnungsunterlage aufgespannte Ebene.
In eine Kavität 1 werden aus einem Blech 2 herausgestanzte Blechteile 3 von oben eingebracht. Eine Stanzvorrichtung befindet sich über der Kavität 1 und beinhaltet Stanzstempel 4, Stanzmatrize 5, Niederhalter 7 sowie einen Auswerfer 6. Der Niederhalter 7 ist dabei gleichzeitig auch eine Stempelführung für den Stanzstempel 4, wobei der Stanzstempel 4 wiederum eine Führung für den Auswerfer 6 ist. Die Stanzmatrize 5 besteht aus Werkzeugstahl oder Hartmetall und beinhaltet Fluidkanale, um durch ein sich durch die Fluidkanale bewegendes Fluid erwärmt oder gekühlt und auf der entsprechenden Masstoleranz gehalten zu werden. Zusätzlich ist die Stanzmatrize 5 durch eine thermische Abtrennung 8 vom Rest der Vorrichtung und insbesondere von der Kavität 1 isoliert.
Die Stanzvorrichtung kann z.B. Materialdicken von 0.1 mm bis 0.65 mm verarbeiten. Das Blech 2 ist oben und/oder unten mit Backlack beschichtet und wird in Fig. 1 a von links in die Stanzvorrichtung eingeführt, wo es von dem Niederhalter 7 temporär fixiert wird. Der Stanzstempel 4 drückt sich in die Stanzmatrize 5 und stanzt dadurch aus dem dazwischen liegenden Blech 2 ein Bleichteil 3 heraus. Nach dem Ausstanzen des Blechteils 3 wird das verbleibende Stanzgitter 9 nach rechts weitertransportiert. Der Stanzstempel 4 stösst die Blechteile 3 gleich anschliessend an das Stanzen durch die Stanzmatrize 5 hindurch in die darunterliegende Kavität 1.
Die Kavität 1 weist dieselbe Form wie die Stanzmatrize 5 auf, aber die Masse der Kavität 1 sind dahingehend korrigiert bzw. reduziert , dass die Blechteile 3 an der gestanzten Kante (d. h. an den durch das Stanzen entstandenen Seitenflächen) mindestens mit Teilen der Kavität 1 in passgenauen Kontakt treten und gegen Reibungswiderstand in die Kavität 1 eingebracht werden müssen und insbesondere in der Kavität 1 leicht klemmen (d.h. gegen Reibungswiderstand verschiebbar sind). An Stellen der gestanzten Kante der Blechteile 3, an welchen eine sehr hohe Fertigungsqualität für die weitere Funktion des Blechstapels unwichtig ist, berühren die Blechteile 3 die Kavität 1 nicht, sind somit freigestellt und erlauben eine Ausgasung des Backlackes während des Backprozesses. Ebenso sorgen diese durch die freigestellten Stellen gebildeten Freiräume 10 für eine Druckentlastung des Backlackes, d. h. während des Backprozesses kann zwischen den Blechteilen 3 heraustretender Backlack in den Freiraum 10 entweichen. Der in Fig. 1 a dargestellte Schnitt schneidet die Blechteile 3 an solchen Stellen, welche nicht in Kontakt mit der Kavität 1 stehen und daher den Freiraum 10 entstehen lassen. Eine handelsübliche Blechdickenmessung bewirkt nach dem Erreichen der nötigen Menge gestanzter Blechteile 3, um die geforderte Blechstapelpakethöhe zu erreichen, eine Beendigung des Stanzvorgangs. Danach fährt der Stanzstempel 4 auf ein mechanisch verriegeltes Mass durch die Matrize, d. h. auf eine vordefinierte und mechanisch fixierte Position in die darunterliegende Kavität 1.
In Fig. 1 b ist dieselbe Vorrichtung auf dieselbe Weise wie in Fig. 1 a dargestellt, wobei die Blechteile 3 nun einen Blechstapel von geforderter Höhe bilden und die Vorrichtung sich in einem Zustand befindet, in welchem der Blechstapel verbacken wird. Der Blechstapel wird von seinem oberen Ende durch den Stanzstempel 4 und den Auswerfer 6 und von seinem unteren Ende von einem verfahrbaren Druckstempel 1 1 zusammengepresst. Der Blechstapel befindet sich in der Kavität 1 , welche sich wiederum in einem als Ofenteil ausgebildeten Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung befindet. Der Ofenteil ist durch eine thermische Abtrennung 12 vom Rest der Vorrichtung isoliert und verfügt über Fluidkanäle 13, durch welche ein erstes Fluid, besonders vorteilhaft ein mineralisches Öl, den Ofenteil durchlaufen kann.
Der Ofenteil wird erhitzt, indem warmes bzw. heisses mineralisches Öl aus einem Heizkreislauf den Ofenteil durchläuft und abgekühlt, indem kaltes mineralisches Öl aus einem Kühlkreislauf den Ofenteil durchläuft. Heiz- und Kühlkreislauf sind dabei getrennte Kreisläufe, welche die entsprechend nötigen Temperaturregelmechanismen, Pumpen, Ventile und/oder Reservoirs beinhalten und je nach Bedarf an die Fluidkanäle 13 (insbesondere wechselweise) angeschlossen werden können. Der Ofenteil kann mit einem entsprechend betriebenen Heizkreislauf bis auf ca. 400 Grad Celsius erwärmt werden.
Die Freiräume 10 werden während des Verbackens des Blechstapels mit einem zweiten Fluid, vorzugsweise heissem Gas und insbesondere heisser Luft, durchspült. Dadurch erlauben die Freiräume 10 neben der Ausgasung und Druckentlastung des Backlackes auch eine Beschleunigung der Erwärmung bzw. Abkühlung des Blechstapels, indem isolierende Fluidtaschen zwischen Kavität 1 und Blechstapel eliminiert werden. Das zweite Fluid kann den Blechstapel auch direkt erwärmen bzw. abkühlen. Während der Erwärmung des Ofenteils resp. des Blechstapels wird durch einen Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 das zweite Fluid in noch relativ kaltem Zustand in den Ofenteil geleitet, wo es bevor es in die Kavität 1 gelangt so lange bleibt bzw. bewegt wird (z. B. durch künstlich verlängerte Transportwege), bis das zweite Fluid sich aufgewärmt hat. Das zweite Fluid wird dann in aufgewärmtem Zustand durch die Freiräume 10 geleitet, wo es den Wärmeübertrag vom Ofenteil auf den Blechstapel beschleunigt, dem Backlack entströmendes Gas aufnimmt und schlussendlich zu einem Austrittskanal für das zweite Fluid 16 geleitet wird und die Vorrichtung verlässt. Während des Abkühlens des Ofenteils resp. des Blechstapels wird das zweite Fluid durch einen Eintrittskanal für kaltes zweites Fluid 15 eingeleitet, welcher für den Durchsatz von grösseren Volumina vorgesehen ist als der Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14. Vom Eintrittskanal für zweites kaltes Fluid 15 gelangt das zweite Fluid in die Freiräume 10 und schliesslich zum Austrittskanal für das zweite Fluid 16.
Unterhalb der thermischen Abtrennung der Stanzmatrize 8 sind weitere Fluidkanäle dargestellt, welche durch ein dadurch transportiertes Fluid einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung erwärmt oder kühlt und auf der entsprechenden Masstoleranz hält. Die gesamte Vorrichtung umfasst also drei thermisch voneinander isolierte Teile, welche gegebenenfalls separat temperiert werden können: die Stanzmatrize 5, den Ofenteil und den Rest der Vorrichtung.
Die Herstellung eines Blechstapelpakets besteht aus folgenden Schritten: durch eine Stanzvorrichtung werden Bleichteile 3 aus einem Blech 2 gestanzt und gegen Widerstand in die Kavität 1 eingebracht (der erwähnte mechanische Widerstand zeigt hier an, dass die Blechteile passgenau zur Kavität sind). Nach dem Erreichen einer gewünschten Höhe des Blechstapels wird der Druckstempel 1 1 von unten und Stanzstempel 4 mit Auswerfer 6 von oben soweit bewegt, dass der Blechstapel in der im Ofenteil liegenden Kavität 1 mit kontrolliertem Druck zusammengepresst wird. Stanzstempel 4 und Auswerfer 6 fahren dabei auf ein mechanisch verriegeltes Mass, und der Druckstempel 1 1 übernimmt die Regelung des auf den Blechstapel angelegten Drucks und begleitet das Paket während des ganzen Herstellungsprozesses mit einem kontrolliert gesteuerten oder geregelten Druck. Mit Begleitung ist gemeint, dass der Druckstempel 1 1 den Veränderungen der Blechstapelhöhe Rechnung trägt, denn die Blechstapelhöhe nimmt während der Erwärmung zu und verringert sich durch Vernetzung und Lösungsmittelverlust des Backlacks sowie während der Abkühlung. Entsprechend den Anforderungen an den Druck während des Verbackens des Blechstapels (konstanter Druck oder ein bestimmter Druckverlauf) wird der Druckstempel 1 1 also derart bewegt, dass während allen Phasen des Herstellungsprozesses der gewünschte Druck auf dem Blechstapel anliegt. Der Ofenteil wird durch ein aus einem Heizkreislauf stammenden, die Fluidkanale 13 durchströmenden ersten Fluid auf maximal ca. 400 Grad Celsius aufgeheizt und heizt den Blechstapel auf. Das Aufheizen des Blechstapels wird durch ein zweites Fluid unterstützt, welches durch den Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 in den Ofenteil eingeleitet wird, sich dort aufheizt, dann durch die Freiräume 10 geleitet wird und schlussendlich durch den Austrittskanal für zweites Fluid 16 die Vorrichtung verlässt.
Nachdem der Backlack unter entsprechend hoher Temperatur und Druck ausreichend ausgehärtet ist, beginnt die Abkühlung des Blechpakets. Dazu wird der Heizkreislauf des ersten Fluids von den Fluidkanälen 13 getrennt und stattdessen der Kühlkreislauf des ersten Fluids an die Fluidkanäle 13 angeschlossen. Zudem wird das zweite Fluid statt durch den Eintrittskanal für aufzuheizendes zweites Fluid 14 durch den Eintrittskanal für kaltes zweites Fluid 15 eingeleitet und durch die Freiräume 10 und schlussendlich durch den Austrittskanal für zweites Fluid 16 transportiert.
Sobald der Blechstapel ausreichend abgekühlt ist (im Regelfall zwischen Raumtemperatur und etwa 40 Grad Celsius), wird der neu entstandene Blechstapelkörper aus der Vorrichtung ausgestossen, indem der Auswurfstempel 6 den Blechstapelkörper nach unten aus der Kavität stösst. Der Druckstempel 1 1 klemmt während des Ausstossens den Blechstapelkörper gegen den Auswurfstempel 6 und begleitet den Blechstapelkörper über den ganzen Weg. Beim Erreichen einer Auswurfposition bewegt sich der Auswurfstempel 6 wieder nach oben zurück und der Blechstapelkörper liegt auf dem Druckstempel 1 1 und kann entnommen werden. Die Auswurfposition ist dabei so gewählt, dass der Blechstapelkörper mindestens soweit aus dem Ofenteil herausragt, dass der Blechstapelkörper seitlich (d.h. in einer Richtung senkrecht zur Stapelachse) vom Druckstempel 1 1 weggenommen werden kann. In der Kavität 1 des Ofenteils werden also eine gesteuerte Erwärmung, eine gesteuerte Kühlung, sowie eine exakte räumliche Kalibrierung (insbesondere eine Ausrichtung bezüglich der Stapelachse) von Teilen des Blechstapels durch den direkten Kontakt mit der Kavität 1 vorgenommen. Der direkte passgenaue seitliche Kontakt des Blechstapels und der Kavität 1 (d. h. eine Freiform-Klemmungen) lässt an diesen Stellen keine Stapelfehler und keinen Lackaustritt zu. Die Freiform-Klemmungen gewährt dabei eine optimale Wärmeleitung zwischen Ofenteil und Blechstapel. Die nicht kalibrierten Zonen des Blechstapels, bei welchen Ungenauigkeiten der Form für die vorgesehene Verwendung des Blechstapels unwichtig ist und welche daher nicht über die Freiform-Klemmungen mit der Kavität 1 in Kontakt stehen, werden mit zweitem Fluid in den Freiräumen 10 umspült.
Die Umspülung des Blechstapels durch das zweite Fluid in den Freiräumen 10 dient aber nicht nur dazu, die Erwärmung und Abkühlung zu beschleunigen und Lösungsmittel des Backlacks während des Ausgasens abzutransportieren. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird während des Aufheizens und/oder Verbackens die Lösungsmittelkonzentration im zweiten Fluid nach dem Durchlaufen der Freiräume 10 gemessen. Durch eine Analyse der Werte und/oder des Verlaufs dieser Werte kann auf den aktuellen Zustand des Backlacks geschlossen werden (Grad der Vernetzung im Backlack, Qualität der Klebekraft und/oder Festigkeit zwischen den Blechen und ähnliches). Je höher der gemessene Lösungsmittelanteil im zweiten Fluid ausfällt, desto höher ist die noch verbleibende aktive Vernetzung resp. Klebekraft und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit eines Lackaustrittes in die Freiräume 10. Der Lackaustritt kann dabei durch einen entsprechend Druck gesteuert werden, welchen der Druckstempel 1 1 auf den Blechstapel anlegt.
In Fig. 1 c ist eine ähnliche Vorrichtung auf dieselbe Weise dargestellt wie in den Fig. 1 a und 1 b. Die Vorrichtung in Fig. 1 c ist auf eine Endlosfertigung ausgelegt; im Ofenteil wird ein Blechstapel segmentweise verlängert, indem der Auswerfer 6 einen bereits verbackenen Teil des Blechstapels so weit nach unten befördert, dass nahtlos an dessen oberes Ende weitere Blechteile 3 aufgestapelt und verbacken werden können. Auf diese Weise kann langes Stangenmaterial hergestellt werden. Ein Druckstempel 1 1 kann bei dieser Vorrichtung entfallen. Es kann aber auch eine andere Vorrichtung wie etwa ein unterhalb der Kavität angeordnetes Klemmsystem mit seitlichen Klemmbacken zur Fixierung des bereist verbackenen Stangenmaterials und/oder zum Anlegen von Druck in Stapelrichtung verwendet werden. Das Verbacken kann mit oder ohne einen auf den Blechstapel angelegten Druck geschehen. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnitts auf mittlerer Höhe durch den Ofenteil einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie in den Figuren 1 a, 1 b und 1 c dargestellt ist. Der Ofenteil ist von einer thermischen Abtrennung 12 umgeben und beinhaltet Fluidkanäle 13, Eintrittskanäle für aufzuheizendes zweites Fluid 14 und ein Blechteil 3. Das Blechteil 3 füllt die Kavität 1 beinahe ganz aus und ist mit dem Ofenteil in allen vier Ecken in Kontakt. Entlang der Seiten des Blechteils 3 und zwischen den Ecken befinden sich Freiräume 10 zum Umspülen des Blechstapels mit dem zweiten Fluid.
In Fig. 3 ist die schematische Zeichnung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit zwei Kavitäten in Seitenansicht dargestellt. Im Unterschied zu den Vorrichtungen der Fig. 1 a - 1 c umfasst die Vorrichtung in Fig. 3 nun nicht eine Stanzvorrichtung und nur eine Kavität 1 , sondern eine Stanzvorrichtung und zwei Kavitäten 1. Die zwei Kavitäten 1 und die sie umfassenden beiden Ofenteile sind baugleich mit der Kavität 1 und dem entsprechenden Ofenteil der Fig. 1 a - 1 c. Die beiden symmetrischen Ofenteile sind nebeneinander in einem Gehäuse 18 angeordnet (in Fig. 3 ein linker und ein rechter Ofenteil) und verfügen über je eine thermische Abtrennung des Ofenteils 12, Fluidkanäle für das erste Fluid 13, Eintrittskanäle für aufzuheizendes zweites Fluid 14, Eintrittskanäle für kaltes zweites Fluid 15 und Austrittskanäle für zweites Fluid.
Das Gehäuse 18 kann seitlich bewegt werden, so dass der linke oder der rechte Ofenteil unter die Stanzvorrichtung zu liegen kommt und in die jeweilige Kavität 1 Blechteile 3 eingebracht werden können. In Fig. 3 ist das Gehäuse 18 in einer Position gezeigt, in welcher der linke Ofenteil unter der Stanzvorrichtung und der rechte Ofenteil unter einem von zwei oberen Druckstempeln 17 liegt. In dieser Position kann die Stanzvorrichtung Bleichteile 3 stanzen und in den linken Ofenteil einbringen, und im rechten Ofenteil kann gleichzeitig ein Blechstapel durch einen rechten Druckstempel 1 1 und einen rechten oberen Druckstempel 17 unter Druck gesetzt und verbacken werden. Die oberen Druckstempel 17 sind mit Fluidkanälen versehen, durch welche das erste Fluid geleitet werden kann, und gleichzeitig sind die Druckstempel 17 die Führung für die beiden Auswerfer 6.
Nach dem wie bereits weiter oben beschriebenen Verbacken des Blechstapels durch Aufheizen, Beblasen und Abkühlen durch das erste und/oder das zweite Fluid kann der verbackene Blechstapelkörper durch den rechten Auswerfer 6 aus der rechten Kavität 1 ausgeworfen werden, wobei er durch den rechten Druckstempel 1 1 begleitet wird. Währenddessen ist in der linken Kavität 1 ein neuer Blechstapel eingebracht und durch den Stanzstempel 4 soweit in die linke Kavität 1 geschoben worden, dass das oberste Blechteil 3 des Blechstapels nicht aus dem Gehäuse 18 heraussteht und während einer Bewegung des Gehäuses 18 nirgends anstösst oder schleift. Das Gehäuse 18 wird nach dem Auswerfen des verbackenen Blechstapelkörpers aus der rechten Kavität 1 und dem Einbringen des Blechstapels in die linke Kavität soweit nach links bewegt, dass die linke Kavität 1 unter den linken oberen Druckstempel 17 mit dem linken Auswerfer 6 und die rechte Kavität 1 unter die Stanzvorrichtung zu liegen kommt. In dieser Position wird der Blechstapel in der linken Kavität 1 verbacken, währenddem Blechteile 3 gestanzt und in die rechte Kavität 1 eingebracht werden. Nachdem der Blechstapel in der linken Kavität 1 verbacken und ein Blechstapel in die rechte Kavität 1 eingebracht worden ist, bewegt sich das Gehäuse 18 wieder in die Position wie in Fig. 3 und das Verbacken in der rechten Kavität 1 und das Befüllen der linken Kavität 1 mit einem Blechstapel fängt von vorne an. Die Stanzvorrichtung in Fig. 3 entspricht weitestgehend der Stanzvorrichtungen in Figs. 1 a - 1 c, allerdings ist der Stanzstempel 4 keine Führung für einen Auswerfer 6 mehr. Die Stanzmatrize 5 ist immer noch durch eine thermische Abtrennung 8 vom Rest des Werkzeugs isoliert, allerdings wird das Blech 2 nun nicht von links nach rechts, sondern senkrecht zur Zeichnungsebene durch die Stanzvorrichtung transportiert. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nur wenige konkrete Beispiele einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Umsetzung des erfindungsgemässen Verfahrens und/oder der Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind. Beispielsweise muss in der Stanzvorrichtung das frisch gestanzte Blechteil nicht mit dem Stanzstempel direkt durch Matrize in Kavität gestossen werden, sondern kann z. B. nur ein Stück weit in Matrize gestossen werden, damit Platz für das nächste zu stanzende Blechteil geschaffen wird. Oder das frisch gestanzte Blechteil wird gar nicht weiter in bzw. durch die Matrize gestossen als für den Stanzprozess nötig, und dann durch das nächste Blechteil des darauffolgenden Stanzprozesses weiter in die Matrize gedrückt. Die bereits gestanzten Blechteile können einzeln oder zu mehreren als Stapel durch den Stanzstempel während oder nach dem Stanzen in Richtung Kavität gestossen werden.
Bei Bedarf kann der Druckstempel aber auch den entstehenden Blechstapel mit einstellbarer Kraft nach unten begleiten. Der Druckstempel kann bis an die Oberseite der Matrize ausfahren und nach jedem Stanzvorgang um die Distanz einer Blechdicke mit einstellbarer Gegenkraft nach unten fahren. Diese Funktion wird eingestellt, wenn die Kavität nicht mit genügender Klemmkraft in Bezug auf die Blechteile gefertigt werden kann; dies ist insbesondere der Fall bei dünnen Blechen, grossen Querschnitten und/oder falls Kantenbeanspruchungen bzw. Kantenverletzungen vermieden werden sollen.
Die Kavität kann direkt an die Matrize anschliessen, bzw. kann (direkt) darunter positioniert werden. Die Matrize kann aber auch selber die Kavität umfassen, d. h. derart ausgestaltet sein, dass die Matrize gleichzeitig die Kavität ist und umgekehrt. Die Kavität kann zur Endlosfertigung auch durchgehend sein, d. h. ohne einen abschliessenden Druckstempel. Die Matrize kann auch aus anderen Materialien als aus Werkzeugstahl oder Hartmetall bestehen, insbesondere aus anderen Metallen und/oder Metalllegierungen. Die Matrize muss auch nicht über Fluidkanäle verfügen, sondern kann auch auf andere Art und Weise erwärmt und/oder gekühlt und auf der entsprechenden Toleranz gehalten werden (bei der Beschreibung des Ofenteils weiter oben sind einige Varianten aufgeführt). Die Matrize ist in der Regel von der Kavität und/oder von den restlichen Teilen der Vorrichtung thermisch getrennt, kann aber auch direkt oder indirekt thermisch verbunden sein.
Teile der Vorrichtung können dabei vorteilhaft modulartig aufgebaut sein, besonders vorteilhaft ist dabei ein modulartiges Stanzsystem. Ein solches modulartiges Stanzsystem, welches als Kassette ausgebildet sein kann, umfasst beispielsweise Druckstempel (ggf. mit Auswerfer), Niederhalter bzw. Stempelführung und Matrize. Das modulartige Stanzsystem kann dabei als ganze Einheit ausgewechselt werden; nach dem Erreichen der Standzeit kann das modulartige Stanzsystem einfach und rasch durch ein neues oder nachgeschliffenes bzw. revidiertes System ersetzt werden.
Das erste Fluid kann wie beschrieben in zwei getrennten und separat zuschaltbaren Kreisläufen, oder aber auch in mehr als zwei oder nur in einem Kreislauf zirkulieren oder sich ausserhalb eines (geschlossenen) Kreislaufs befinden. Das zweite Fluid kann sich ebenfalls ausserhalb oder innerhalb eines oder mehreren Kreisläufen befinden, und auch Kombinationen von Betriebsarten innerhalb und ausserhalb von Kreisläufen sind für beide Fluide denkbar. Die Anzahl der Kavitäten muss nicht nur wie in Figs. 1 a - 1 c eins oder wie in Fig. 2 zwei betragen, sondern kann beliebig nach oben erhöht werden, je nach Rationalisierung und Stanzleistung können mehrere Kavitäten hintereinander geschaltet werden, um eine kontinuierliche Fertigung zu erreichen. Mehrspurige Stanzanordnungen können mit den Kavitäten ebenfalls in allen denkbaren Variationen bedient werden. Bei komplexen Blechgeometrien werden die Bleche in mehreren Schritten hergestellt. In diesem Fall kann das Blechteil beim letzten Schritt, üblicherweise der Ausstanzstation, wieder in das Blech (bzw. den Stanzstreifen) zurückgedrückt und bis zu einer Ausstoss- Station mit einer bereitstehenden Kavität weitertransportiert werden. Ist eine Kavität mit der entsprechenden Anzahl Blechen befüllt, wird die nächste freie Kavität bedient. Auf diese Weise kann eine kontinuierliche auch mehrspurige Produktion gewährleistet werden, wobei die Kavitäten mehrspurig und in allen Variationen angeordnet und bedient werden können.
Die Erfindung dient grundsätzlich dem Weiterverarbeiten von Elektroblech, welches mit noch klebefähigem Backlack (das Lösungsmittel kann dabei Wasser oder ein anderes, insbesondere organisches oder inorganisches Lösungsmittel sein) beschichtet ist. Es kann jedoch auch auf eine Vielzahl von anderen Verfahren angewendet werden, die durch Wärme, Feuchtigkeit, oder sonst wie aktiviert werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen eines Blechstapelkörpers mit folgenden Schritten: a) Bilden eines Stapels aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben, in einer Kavität (1 ) eines Werkzeugs, wobei b) zwischen den Blechteilen (3) thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und c) Aufheizen der Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass d) eine Kontur der Kavität (1 ) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der Kontur der Blechteile (3) ist, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet wird und dass infolgedessen die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (3) durch Stanzen hergestellt werden und gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) in die Kavität (1 ) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Werkzeug ein erstes Fluid eingeleitet wird, um Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile (3) eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kavität ( 1 ) ein zweites Fluid eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug nach erfolgtem Aufheizen der Blechteile (3) einer Zwangskühlung unterworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Ofen mehrere Komponenten gegeneinander bewegen, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität (1 ) begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Blechteile (3) in die Kavität (1 ) und das Verbacken, Abkühlen und Ausstossen des Blechstapelkörpers zyklisch wiederholt werden und ein solcher Zyklus 1 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten und besonders vorteilhaft 1 bis 5 Minuten lang dauert.
10. Vorrichtung zum Herstellen eines Blechstapelkörpers, umfassend: a) ein Werkzeug mit mindestens einer Kavität ( 1 ) zur Aufnahme eines Stapels aus mehreren Blechteilen (3), welche zumindest in einem Bereich eine identische Kontur haben und zwischen welchen thermisch aushärtende Kleberschichten vorgesehen sind, und b) mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Blechteile (3) zur Aushärtung der Kleberschichten und zur Bildung des Blechstapelkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Kontur der mindestens einen Kavität ( 1 ) des Werkzeugs mindestens in einem Teil des Bereichs der identischen Kontur der Blechteile (3) passgenau mit der
Kontur der Blechteile (3) ist, so dass aufgrund eines Materialkontakts in diesem Bereich beim Aufheizen der Blechteile (3) ein überwiegender Teil der zum Aufheizen nötigen Energie durch das Werkzeug in jedes einzelne Blechteil (3) eingeleitet wird und dass infolgedessen die Aushärtung der Kleberschichten bewirkt wird.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus vorgesehen ist, um die Blechteile (3) gegen Reibungswiderstand zwischen Werkzeug und Blechteil (3) mit in die Kavität (1 ) einzubringen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug erste Leitungen integriert sind zum Einleiten eines ersten Fluids, um
Wärmeenergie in das Werkzeug einzubringen, welche in die Blechteile eingeleitet wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeug ein Ofenteil ausgebildet ist, welcher die Kavität ( 1) beinhaltet, vom Rest des Werkzeugs durch eine Isolationsvorrichtung ( 12) thermisch entkoppelt ist und zum Aufheizen der Blechteile (3) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung zweite Leitungen integriert sind zum Einleiten eines zweiten Fluids in die Kavität ( 1).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit einer Zwangskühlung ausgestattet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Messapparat zur Bestimmung der Höhe des Blechstapelkörpers vor dem Aufheizen und insbesondere auch während und/oder nach dem Aufheizen umfasst.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine geregelte Pressvorrichtung vorgesehen ist, um den Blechstapel während des Aufheizens in axialer Richtung mit einer geregelten Pressvorrichtung kontrolliert zu pressen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen mehrere gegeneinander bewegliche Komponenten aufweist, welche in einer zum Verbacken des Blechstapelkörpers geeigneten Position die Kavität ( 1 ) begrenzen und den Blechstapel in der Kavität fixieren.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stanzvorrichtung zur Herstellung der Blechteile (3) vorgesehen, welche auf die Kavität ( 1 ) passgenau abgestimmt ist.
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