WO2018103788A1

WO2018103788A1 - WERKZEUG ZUM GIEßEN UND/ODER UMFORMEN EINES BAUTEILS, GIEßVORRICHTUNG, PRESSE UND VERFAHREN ZUR SPALTKOMPENSATION

Info

Publication number: WO2018103788A1
Application number: PCT/DE2017/101015
Authority: WO
Inventors: Martin Gaebges; Michael Richter; Tobias Schwarz; Michael Werbs
Original assignee: Schuler Pressen Gmbh
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-06-14
Also published as: DE102016123495A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (105) zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, welches ein erstes Werkzeugteil (107) und ein zweites Werkzeugteil (109) aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form (113) ausbilden und zwischen einer Kontaktfläche des ersten Werkzeugteils und einer Kontaktfläche des zweiten Werkzeugteils ein Spalt (129) ausgebildet ist, wobei eine Temperiereinrichtung (125, 127) in einer Temperierentfernung zum Spalt angeordnet ist, und die Temperiereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sich durch ein Temperieren ein spaltumgebendes Material in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil ausdehnt oder zusammenzieht, sodass der Spalt abgedichtet oder geöffnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung (103) zum Gießen eines Bauteils, eine Presse (101) zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils und ein Verfahren zur Spaltkompensation mittels eines Werkzeuges.

Description

Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, eßvorrichtung, Presse und Verfahren zur Spaltkompensation

[Ol] Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden und zwischen einer Kontaktfläche des ersten Werkzeugteils und einer Kontaktfläche des zweiten Werkzeugteils ein Spalt ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Bauteils, eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils und ein Verfahren zur Spaltkompensation mittels eines Werkzeuges.

[02] Bei Verfahren zum Warmumformen, beispielsweise beim Gießen und/oder Pressen eines Werkstoffes oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur, erfährt das Umformwerkzeug Temperaturänderungen während des Prozesses.

Temperaturunterschiede treten insbesondere im Werkzeug beim Gießen aufgrund einer inhomogenen Verteilung des Gießdruckes und somit der heißen Schmelze auf.

[03] Bei einem mehrteiligen Werkzeug bewirken diese Temperaturänderungen im Werkzeug, dass ein Spalt zwischen den Werkzeugteilen nicht ausreichend abgedichtet werden kann. Die Temperaturänderungen führen zur unerwünschten Vergrößerung und/oder Verkleinerung des Spaltmaßes, zum Verlust von Dichtfunktion und/oder sogar zum Werkzeugbruch.

[04] Insbesondere beim Gießen kann es dadurch zum unerwünschten Austreten von flüssiger, heißer Schmelze aus dem Werkzeug kommen.

[05] In der DE 21 20 358 wird ein Dehnungsspalt zwischen einem Einspritzblock und einer aufnehmenden Tasche eines Halteblockes einer Spritzgusseinrichtung mittels eines Keils mechanisch eingestellt. Das Vorheizen einer

Metalldruckgießform ist in der DE 37 26 217 AI offenbart, wobei dazu eine Induktionsspule entweder außen um die Form herumgelegt oder in den Hohlraum der Form eingelegt wird. In der DE 101 14 228 AI wird ein Verfahren zum Regeln der Schwindung von Spritzteilen in einer Kavität mittels Heiz- und Kühlkanälen beschrieben. Eine Vorrichtung zum Pressgießen ist in der DE 696 10 550 T2 offenbart, bei welcher eine Heizung zum Einstellen einer Arbeitstemperatur des Formwerkzeuges von außen dem zugeordneten Präge-, Ummantelungs- und/oder Tragblock zugeführt wird. In der Vakuumdruckgießmaschine der DE 196 05 727 AI sind eine stationäre und einer bewegliche Formhälfte mittels einer elastischen Dichtung beim Evakuierungsvorgang und/oder Gießvorgang gegeneinander abgedichtet. Ein Abdichten eines Spaltes zwischen sich relativ zueinander bewegenden Werkzeugteilen mittels eines druckabhängigen Dichtelementes ist in der DE 103 56 269 B3 beschrieben.

[06] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern . [07] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden und zwischen einer Kontaktfläche des ersten Werkzeugteils und einer Kontaktfläche des zweiten Werkzeugteils ein Spalt ausgebildet ist, und eine Temperiereinrichtung in einer Temperierentfernung zum Spalt angeordnet ist, und die Temperiereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sich durch ein Temperieren ein spaltumgebendes Material in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil ausdehnt oder zusammenzieht, sodass der Spalt abgedichtet, geöffnet oder während des Gießens und/oder Umformens konstant gehalten wird .

[08] Somit wird mittels einer Temperiereinrichtung ein Dichtspalt an einem thermisch belasteten Werkzeug gezielt konstant gehalten, gezielt geöffnet oder gezielt geschlossen .

[09] Folglich kann beim Verwenden einer Spaltdichtung die Dichtfunktion über den gesamten Warmumformprozess erhalten und/oder angepasst werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass eine thermische Verlagerung der Spaltdichtung und/oder der Kontaktflächen vermieden sowie ein Berühren der Werkzeugteile und folglich ein Werkzeugbruch verhindert wird . [10] Des Weiteren wird durch die beständige Spaltkompensation und exakte Ausrichtung der Kontakt- und/oder Dichtflächen der Werkzeugteile zueinander ein Bauteil mit exakten Außenkonturen, beispielsweise homogenen gleichmäßigen Kanten, gefertigt.

[11] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass bei einem mindestens zweiteiligen Werkzeug mindestens das spaltumgebende Material einer Kontaktfläche eines Werkzeugteils mittels einer Temperiereinrichtung in ihrer räumlichen Ausdehnung beeinflusst wird, sodass eine optimale Dichtfunktion zwischen den Kontaktflächen der beiden Werkzeugteile durch Verändern des Spaltmaßes besteht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass das Spaltmaß entsprechend den Anforderungen der verschiedenen Phasen des Warmumformprozesses konstant gehalten oder angepasst wird. Beispielsweise wird nach Schließen des Werkzeuges der Spalt zuerst abgedichtet, während des Umformens konstant gehalten und nach dem Umformen zum Erleichtern der Entnahme des gefertigten Bauteils geöffnet.

[12] Folgendes Begriffliche sei erläutert:

[13] Ein „Werkzeug" ist insbesondere ein Objekt, mit dem ein Bearbeiten eines Werkstückes und/oder ein Gießen zum Fertigen eines Bauteils erfolgt, wobei das Werkzeug durch einen Menschen und/oder eine Maschine geführt wird. Bei einem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Formwerkzeug. Das Werkzeug wird insbesondere in einem formgebenden Fertigungsverfahren, wie Vorformen, Umformen und/oder Gießen verwendet. Das Werkzeug wird insbesondere in einer Werkzeugmaschine, einer Gießvorrichtung und/oder einer Presse eingesetzt. Das Werkzeug besteht insbesondere aus mindestens zwei Werkzeugteilen, beispielsweise einem Unter- und einem Oberwerkzeug, oder mehreren

Werkzeugteilen, welche im Falle des Schließens des Werkzeuges die Form ausbilden. Das Werkzeug kann eine Innenkontur aufweisen, welche als Außenkontur einem Werkstück oder einem Gießbauteil aufgebracht wird. Insbesondere weist das Werkzeug und/oder sein Werkzeugteil oder seine Werkzeugteile eine Temperiereinrichtung auf.

[14] „Gießen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren bei dem aus einem flüssigen Werkstoff (Schmelze) nach einem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form entsteht. Zum Gießen wird insbesondere ein Werkzeug als Dauerform verwendet. Zum Gießen gehören insbesondere das Druckgießen, Kokillengießen und/oder das Stranggießen.

[15] „Umformen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem Metalle und/oder Metalllegierungen gezielt plastisch in eine andere Form gebracht werden. Insbesondere wird ein Werkstück durch Umformen in ein Bauteil überführt. Beim Umformen kann es sich um Tiefziehen und/oder Pressen handeln. Das Umformen ist insbesondere ein Halbwarmumformen und/oder ein Warmumformen, wobei bei letzterem das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur beispielsweise über der Rekristallisationstemperatur seines Werkstoffes erwärmt wird.

[16] Ein „Bauteil" ist insbesondere ein aus einem Werkstück gefertigtes Einzelteil eines technischen Komplexes, wie zum Beispiel einer Maschine und/oder eines Apparates. Das Bauteil entsteht insbesondere plastisch aufgrund einer Formveränderung durch gezieltes Gießen und/oder Umformen. Somit weist ein Bauteil insbesondere fast fertige oder fertige Formen oder Geometrien auf.

[17] Unter einer „Form" wird insbesondere ein Hohlraum des Werkzeuges verstanden, dessen Innenkontur als Außenkontur dem Werkstück aufgeprägt wird und/oder bei dem der Hohlraum der Form mit Schmelze zum Fertigen des Bauteils ausgegossen wird. Eine Form wird insbesondere auch als „Formkavität" bezeichnet .

[18] Die „Kontaktfläche" eines Werkzeugteils ist insbesondere die Außenfläche des Werkzeugteils, welche beim Schließen des Werkzeuges der Außenfläche eines anderen Werkzeugteils unmittelbar gegenübersteht, sodass zwischen beiden Außenflächen ein Spalt ausgebildet wird. Zwischen den Kontaktflächen zweier Werkzeugteile kann ein statischer oder dynamischer Kontakt über den Spalt stattfinden. Zwischen den Kontaktflächen zweier Werkzeugteile ist insbesondere eine Spaltdichtung eingesetzt. Somit kann eine Kontaktfläche auch eine Dichtfläche sein.

[19] Bei einem „Spalt" handelt es sich insbesondere um einen Abstand zwischen zwei benachbarten Bauteilen. Ein Spalt ist insbesondere nach Schließen des Werkzeuges zwischen den Kontaktflächen der sich gegenüberliegenden Werkzeugteile um die Form herum angeordnet.

[20] Eine „Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung zum Temperieren eines spaltumgebenden Materials. Somit kann mittels der Temperiereinrichtung die Temperatur des spaltumgebenden Materials eingestellt und/oder geregelt werden. Mittels der Temperiereinrichtung wird die Temperatur des spaltumgebenden Materials insbesondere erhöht, gesenkt oder konstant gehalten. Die Temperiereinrichtung ist insbesondere innerhalb des Werkzeuges und/oder eines Werkzeugteils angeordnet. Ebenso kann die Temperiereinrichtung am Werkzeug und/oder Werkzeugteil insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Spalt angeordnet sein.

[21] Eine „Temperierentfernung" ist insbesondere eine Entfernung, in welcher die Temperiereinrichtung zum Spalt angeordnet ist. Innerhalb der Temperierentfernung findet insbesondere ein Temperieren des spaltumgebenden Materials statt .

[22] Unter „Temperieren" wird insbesondere die Temperaturanpassung des spaltumgebenden Materials durch ein Erhöhen, Erniedrigen und/oder Konstanthalten der Temperatur verstanden .

[23] Unter „spaltumgebendes Material" wird insbesondere das Material eines Werkzeugteils verstanden, welches an einer Seite des Spaltes angeordnet ist. Das spaltumgebende Material ist insbesondere an und/oder in der Nähe der Kontaktfläche des Werkzeugteils vorhanden.

[24] Ein „Ausdehnen" ist insbesondere eine Längen- und/oder Volumenvergrößerung des spaltumgebenden Materials. Beim Ausdehnen erfolgt insbesondere eine Änderung der geometrischen Abmessungen (Länge, Flächeninhalt, Volumen) des spaltumgebenden Materials in einem Werkzeugteil aufgrund einer Veränderung der Temperatur.

[25] Ein „Zusammenziehen" ist insbesondere eine Verkleinerung der geometrischen Abmessungen (Länge, Flächeninhalt, Volumen) eines spaltumgebenden Materials eines Werkzeugteils durch Verringerung seiner Temperatur. Das Zusammenziehen wird auch Wärmeschrumpfung oder thermische Kontraktion genannt.

[26] In einer weiteren Ausführungsform weist das Werkzeug ein drittes Werkzeugteil, ein viertes Werkzeugteil und/oder ein weiteres Werkzeugteil auf, wobei die Werkzeugteile im Falle des Schließens des Werkzeugs die Form ausbilden.

[27] Dadurch können komplexe und/oder großflächige Bauteile durch Gießen und/oder Umformen gefertigt werden.

[28] Um eine optimale thermische Spaltkompensation und/oder Dichtfunktion zu gewährleisten, weist das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte

Temperiereinrichtung, eine vierte Temperiereinrichtung und/oder weitere Temperiereinrichtung auf.

[29] Somit kann in jedem der sich gegenüberliegenden Werkzeugteile jeweils eine eigene Temperiereinrichtung angeordnet werden. Dadurch können gezielt gegenüberliegende Kühl- und/oder Heizzonen in sich gegenüberliegenden Werkzeugteilen mit gleicher Temperaturzone und somit sehr geringer Temperaturdifferenz, insbesondere kleiner ± 5°C, bevorzugt kleiner ± 2°C realisiert werden. Folglich kommt es zwischen diesen Kontaktflächen nur zu einer sehr geringen, tolerierbaren Relativbewegung, welche sich auf die Dichtwirkung des Spaltes und/oder einer Spaltdichtung im Spalt nicht negativ auswirkt.

[30] Es ist besonders vorteilhaft, dass durch mehrere Temperiereinrichtungen lokal sehr fein abgestimmt unterschiedliche Wärmeflüsse und/oder Wärmeeinträge in das Werkzeug und die jeweiligen Werkzeugteile kompensiert werden können. Folglich kann eine thermisch bedingte Verlagerung des Dichtspaltes auf der gesamten Dicht- und/oder Kontaktfläche minimiert oder verhindert werden. Dazu können entlang der Kontaktflächen und/oder der Spaltdichtung außen um die Formkavität herum auch unterschiedliche Temperiereinrichtungen nacheinander in einem Werkzeugteil angeordnet werden. Beispielsweise können sich hierzu erwärmende und kühlende Temperiereinrichtungen in einem Werkzeugteil abwechseln.

[31] In einer weiteren Ausführungsform ist oder sind die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung .

[32] Dadurch kann die Temperiereinrichtung optimal an die Geometrie und/oder Position der Werkzeugteile und/oder des Werkzeuges angepasst werden.

[33] Bei einer „induktiven Temperiereinrichtung" handelt es sich insbesondere um eine Induktionsspule, welche von nieder- und/oder mittelfrequenten Wechselstrom durchflössen wird und dadurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld induziert insbesondere im spaltumgebenden Material eines Werkzeugteils Wirbelströme, wodurch das spaltumgebende Material und/oder das Werkzeugteil erwärmt wird oder werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Wärme unmittelbar im spaltumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil selbst entsteht und nicht durch Wärmeleitung zum spaltumgebenden Material übertragen werden muss. Für das induktive Erwärmen des spaltumgebenden Materials ist insbesondere ein weiterer Spalt und/oder Abstand zwischen der Induktionsspule und/oder dem spaltumgebenden Material innerhalb des Werkzeugteils einzuhalten.

[34] Eine „konduktive Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Temperiereinrichtung, bei der ein Erwärmen des spaltumgebenden Materials und/oder des Werkzeugteils aufgrund eines Wärmeflusses in dem spaltumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil infolge eines Temperaturunterschiedes erfolgt. Bei einer konduktiven Temperiereinrichtung kann der Wärmefluss beispielsweise aufgrund einer Wasserkühlung oder -heizung und/oder durch direkte Leitung von Gleich- oder Wechselstrom durch das spaltumgebende Material erfolgen.

[35] Um das Ausdehnen und/oder Zusammenziehen des spaltumgebenden Materials und/oder das Spaltmaß bestimmen zu können, weist oder weisen das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil oder alle das Werkzeug bildenden Werkzeugteile einen Temperatursensor und/oder einen Spaltmaßsensor auf. [36] Somit kann direkt oder indirekt das Spaltmaß erfasst und somit die vorhandene oder fehlende Dichtfunktion frühzeitig erkannt werden.

[37] Ein „Temperatursensor" ist insbesondere ein technisches Bauteil, welches eine Temperatur seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ erfasst. Die erfasste Temperatur als qualitative oder quantitative Messgröße wird insbesondere durch den Temperatursensor in ein verarbeitbares elektrisches Messsignal umgeformt. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Temperatursensor im Hinblick auf die Energieverwendung ein passiver Sensor ist, sodass dieser keine elektrische Hilfsenergie zur Erzeugung eines elektrischen Messsignals benötigt. Bei einem Temperatursensor kann es sich insbesondere um einen SAW- Sensor (Surface Acoustic Wave) mit einem weiten Temperaturbeständigkeitsbereich von - 55°C bis über 400°C handeln .

[38] Ein „Spaltmaßsensor" ist ein technisches Bauteil, welches insbesondere direkt oder indirekt ein Spaltmaß qualitativ oder quantitativ erfasst. Bei einem Spaltmaßsensor kann es sich um einen optischen Abstandssensor, einen Laser-Abstandssensor, einen

Ultraschall-Abstandssensor und/oder einen induktiven Abstandssensor handeln. Ein Spaltmaßsensor ist insbesondere auch ein Extensiometer zum Messen einer Längenänderung.

[39] In einer weiteren Ausführungsform ist dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet, sodass ein Spaltmaß in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors und/oder des Spaltmaßsensors einstellbar ist .

[40] Somit kann das Spaltmaß erfasst und während des Umform- und/oder Gießprozesses in Echtzeit angepasst werden. Vor allem kann das Spaltmaß entsprechend den Anforderungen der verschiedenen Phasen des Gieß- und/oder Umformvorganges gesteuert und/oder geregelt werden.

[41] Ein „Spaltmaß" ist insbesondere die räumliche Abmessung und/oder Ausdehnung eines Spaltes. Beim Spaltmaß handelt es sich insbesondere um den Abstand zwischen zwei sich gegenüberstehenden Werkzeugteilen des Werkzeugs oder der Werkzeuge.

[42] Eine „Steuer- und/oder Regeleinrichtung" ist eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Größe und/oder eines Parameters. Beim Steuern durch die Steuereinrichtung beeinflussen insbesondere eine Größe oder mehrere Größen als Eingangsgrößen eine andere Größe als Ausgangsgröße. Die Steuereinrichtung beeinflusst insbesondere gezielt die Temperatur und/oder das Spaltmaß. Beim „Regeln" durch die Regeleinrichtung wird insbesondere fortlaufend eine Größe (Regelgröße) erfasst und mit einer anderen Größe (Führungsgröße) verglichen und zur Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst. Durch die Regeleinrichtung wird beispielsweise das Spaltmaß auf ein vorgegebenes Sollspaltmaß angepasst.

[43] Um den Spalt sicher abzudichten, ist in dem Spalt ein Dichtungsmaterial angeordnet, sodass eine Dichtwirkung des Dichtungsmaterials während des Umformens oder Gießens im Wesentlichen bestehen bleibt. 15

[44] Dadurch, dass es aufgrund des Verwendens der Temperiereinrichtung oder der Temperiereinrichtungen zu keiner thermischen Verlagerung und/oder Bewegung der Dichtflächen kommt, bleibt auch ein Dichtmaterial lokal beständig im Spalt angeordnet. Folglich wirken sich 20 Temperaturänderungen aufgrund des Umformens oder Gießens nur sehr geringfügig auf das Dichtungsmaterial und seine Dichtwirkung aus.

[45] Ein „Dichtungsmaterial" ist insbesondere ein Element, welches die Aufgabe hat, ungewollte StoffÜbergänge von 25 einem Raum in einen anderen Raum zu verhindern oder zu begrenzen. Ein Dichtungsmaterial ist insbesondere hoch temperaturbeständig und weist beispielsweise

Fluorkautschuk, Polytetrafluorethylen, andere hitzebeständige Kunststoffe und/oder Erdalkali-

Silikatfasern und/oder keramische Fasern auf. Bei einem Dichtungsmaterial kann es sich insbesondere um ein Dichtungsprofil und/oder Schnüre handeln.

[46] Unter „im wesentlichen bestehen" wird verstanden, dass die Dichtwirkung des Dichtmaterials sich während des Umformens oder Gießens nur sehr geringfügig oder gar nicht ändert .

[47] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Bauteils mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug. [48] Dadurch wird eine Gießvorrichtung bereitgestellt, bei welcher ein formbildendes mehrteiliges Werkzeug sicher und beständig während des gesamten Gießvorgangs abgedichtet ist. Vor allem werden lokal unterschiedliche Schmelzetemperaturen durch die thermische Spaltkompensation mittels der Temperiereinrichtung ausgeglichen und die Dichtfunktion gewährleistet.

[49] Eine „Gießvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung zum Gießen eines Bauteils. Eine Gießvorrichtung weist insbesondere einen Schmelzbehälter, eine Schmelzezufuhr, eine Gießform und/oder ein formbildendes Werkzeug auf.

[50] In einer weiteren Ausführungsform der Gießvorrichtung sind zwei gegenüberangeordnete Werkzeugteile mittels einer Werkzeugaufnahme horizontal oder vertikal ausgerichtet.

[51] Neben einer üblichen vertikalen Ausrichtung der Werkzeugteile beim Gießen, das bedeutet der Spalt erstreckt sich vertikal zwischen den vertikalen Kontaktflächen der Werkzeugteile, ist nun auch eine dichtungssichere Anordnung der Werkzeugteile und somit des Spaltes in horizontaler Ausrichtung möglich. Somit wird verhindert, dass bei horizontaler Ausrichtung der Werkzeugteile beim Gießen und auch insbesondere wenn nach dem Gießen noch ein Pressen erfolgt, die Schmelze seitlich aus dem Spalt herausläuft. Alternativ kann bei einem horizontal geteilten Werkzeug der Spalt auch vertikal verlaufen.

[52] Eine „Werkzeugaufnahme" ist ein Bauteil, welches das Werkzeug während der Bearbeitung aufnimmt und/oder hält. Die Werkzeugaufnahme erlaubt insbesondere einen schnellen Wechsel des Werkzeuges und stellt eine Schnittstelle zwischen Werkzeug und Antrieb dar.

[53] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, wobei die Presse einen Antrieb zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen des Werkzeuges aufweist, mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug und/oder einer zuvor beschriebenen GießVorrichtung .

[54] Folglich kann bei horizontaler Ausrichtung der Werkzeugteile eine optimale Kombination des Gießens mit einem nachfolgenden Pressen in einer herkömmlichen Presse erfolgen .

[55] Vor allem wird eine Presse bereitgestellt, mit der ein Bauteil mit scharfen und/oder sehr genauen Randkonturen gegossen und/oder gefertigt wird.

[56] Eine „Presse" ist insbesondere eine Umformmaschine mit geradliniger Relativbewegung des Werkzeuges. In einer Presse werden insbesondere Fertigungsverfahren wie Urformen, Gießen, Umformen, Tiefziehen, Fügen, Beschichten, Trennen, Schneiden und/oder Änderungen von

Stoffeigenschaften durchgeführt. Eine Presse ist insbesondere eine weggebundene, energiegebundene oder kraftgebundene Presse.

[57] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Spaltkompensation mittels eines zuvor beschriebenen Werkzeuges oder einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung mit folgenden Schritten :

- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden des Spaltes zwischen der Kontaktfläche des ersten Werkzeugteils und der Kontaktfläche des zweiten Werkzeugteils,

- Gießen und/oder Umformen eines Bauteils,

- Temperieren des spaltumgebenen Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels einer Temperiereinrichtung und Konstanthalten des Spaltes während der Gießens und/oder Umformens, und/oder

- Erwärmen des spaltumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels einer Temperiereinrichtung und Abdichten des Spaltes durch ein Ausdehnen des spaltumgebenden Materials, und/oder

- Abkühlen des spaltumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels einer Temperiereinrichtung und Öffnen des Spaltes durch ein Zusammenziehen des spaltumgebenden Materials .

[58] Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Presse mit Druckgießvorrichtung und Werkzeug mit Induktionsspulen und Wasserkühlungen, und

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Presse mit einem Werkzeug zum Warmumformen mit Induktionsspulen und

Wasserkühlungen .

[59] Eine Presse 101 weist eine Druckgießvorrichtung 103 und ein Werkzeug 105 auf. Das Werkzeug 105 besteht aus einer oberen Werkzeughälfte 107 und einer unteren Werkzeughälfte 109, welche horizontal ausgerichtet sind. Des Weiteren weist die Presse 101 einen Antrieb 115, einen Stößel 117 und einen Werkzeughalter 111 auf. Am Werkzeughalter 111 ist die obere Werkzeughälfte 107 befestigt. Die untere Werkzeughälfte 109 ist am Pressentisch 119 angeordnet.

[60] Bei geschlossenem Werkzeug 105 bilden die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 die Formkavität 113 aus. Außerhalb der Formkavität 113 besteht beidseitig ein Dichtspalt 129 zwischen der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 bei geschlossenem Werkzeug 105. In dem Dichtspalt 129 ist eine Dichtung 131 aus Fluorkautschuk beidseitig eingelegt.

[61] Beidseitig der Formkavität 113 weisen die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 umgebend zum Dichtspalt 129 und zur Dichtung 131 jeweils eine Induktionsspule 125 und eine Wasserkühlung 127 beidseitig auf. [62] In der unteren Werkzeughälfte 109 ist zusätzlich ein Abstandssensor 133 nach dem Lasermessprinzip am Dichtspalt 129 angeordnet.

[63] Das Werkzeug 105 weist in seiner oberen Werkzeughälfte 107 einen Angussknoten 121 und drei Angusskanäle 123 zum Zuführen von Schmelze in die Formkavität 113 auf.

[64] Folgende Arbeitsvorgänge werden mit der Presse 101 realisiert :

[65] Das Werkzeug 105 wird geschlossen und die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 bilden die Formkavität 113 aus. Gleichzeitig tritt außen um die Formkavität 113 ein Dichtspalt 129 zwischen der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 auf.

[66] Mittels der Induktionsspulen 125 wird jeweils ein spaltumgebendes Material in der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 auf eine vorgegebene Temperatur durch eine nicht gezeigte Regeleinrichtung erwärmt. Dabei dehnt sich das spaltumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 aus und dichtet den Spalt 129 um die Formkavität 113 ab .

[67] Mittels des Abstandssensors 133 wird ein Spaltmaß des Dichtspaltes 129 bestimmt und über die nicht gezeigte Regeleinrichtung ein Regelsignal an die Induktionsspulen 125 gesendet, um das spaltumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 weiter zu erwärmen, bis ein Sollspaltmaß erreicht ist. [68] Anschließend wird eine Schmelze aus einem Leichtmetall mit einer Temperatur von 750°C in die Formkavität 113 gegeben .

[69] Während des Einfüllens der Schmelze wird weiterhin über den Abstandssensor 133 das Spaltmaß des Dichtspaltes 129 erfasst und aufgrund des Temperaturanstiegs aufgrund der heißen Schmelze über die nicht gezeigte Regeleinrichtung die Induktionsspulen 125 heruntergeregelt, um das Sollspaltmaß konstant zu halten.

[70] Nachdem die Formkavität 113 vollständig mit der Schmelze ausgefüllt und die Schmelze erstarrt ist, wird mittels des Antriebes 115 und des Stößels 117 eine Presskraft auf die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 zum weiteren Ausformen des gegossenen Bauteils aufgebracht. Aufgrund der Presskraft und somit dem Einwirken der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 steigt die Temperatur im Bereich des spaltumgebenden Materials der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 um den Dichtspalt 129. Der Abstandsensor 133 bestimmt ein zu geringes Spaltmaß und über die nicht gezeigte Regeleinrichtung werden die Wasserkühlungen 127 zum Kühlen aktiviert, um einen Werkzeugbruch zu verhindern.

[71] Nach dem Ausformen des gegossenen Formteils wird über die nicht gezeigte Regeleinrichtung eine

Kühlwassertemperatur der Wasserkühlungen 127 weiter gesenkt und das Spaltmaß kontinuierlich mittels des Abstandssensors 133 bestimmt, bis der Dichtspalt 129 durch ein Zusammenziehen des spaltumgebenden Materials der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 sich soweit geöffnet hat, dass dadurch das Öffnen des Werkzeuges 105 unterstützt und die obere Werkzeughälfte 107 über den Stößel 117 und den Antrieb 115 nach oben bewegt wird. Anschließend wird das gefertigte Bauteil mittels eines nicht gezeigten Auswerfers im Pressentisch 119 ausgeworfen.

[72] Somit wird eine Presse mit Druckgießvorrichtung und thermischer Spaltkompensation bereitgestellt, welche ein sehr genaues Gießen und Ausformen und damit sehr exakte Randkonturen des gefertigten Bauteils ermöglichen.

[73] In einer Alternative weist eine Presse 201 ein Werkzeug 205 zum Warmumformen auf. Das Werkzeug 205 besteht aus einer oberen Werkzeughälfte 207 und einer unteren Werkzeughälfte 209, welche horizontal ausgerichtet sind. Des Weiteren weist die Presse 201 einen Antrieb 215, einen Stößel 217 und einen Werkzeughalter 211 auf. Am Werkzeughalter 211 ist die obere Werkzeughälfte 207 in Form eines Stempels befestigt. Die untere Werkzeughälfte 209 ist am Pressentisch 219 angeordnet.

[74] Bei geschlossenem Werkzeug bilden die obere Werkzeughälfte 207 und die untere Werkzeughälfte 209 die Formkavität 213 aus. Zwischen den beiden Werkzeughälften 207 und 209 besteht beidseitig ein vertikaler Dichtspalt 229 bei geschlossenem Werkzeug 205. Der vertikale Dichtspalt weist ein sehr geringes Spaltmaß von 0,1mm auf.

[75] Beidseitig des vertikalen Dichtspaltes 229 weisen die obere Werkzeughälfte 207 und die untere Werkzeughälfte 209 jeweils eine Induktionsspule 225 und eine Wasserkühlung 227 im spaltumgebenden Material auf (aus zeichnerischen Gründen sind die Induktionsspulen 225 und die Wasserkühlungen 227 beabstandet dargestellt, diese sind jedoch innerhalb der obere Werkzeughälfte 207 und die untere Werkzeughälfte 209 nahe am vertikalen Dichtspalt 229 angeordnet) .

[76] In der unteren Werkzeughälfte ist zusätzlich ein Temperatursensor 234 am vertikalen Dichtspalt 129 angeordnet .

[77] Folgende Arbeitsvorgänge werden mit der Presse 201 realisiert :

[78] Mittels eines nicht gezeigten Gießroboters wird eine heiße Schmelze einer Aluminiumlegierung in die Formkavität 213 der unteren Werkzeughälfte 209 gefüllt. Daraufhin wird das Werkzeug 205 geschlossen und die obere Werkzeughälfte 207 und die untere Werkzeughälfte 209 bilden die Formkavität 113 aus. Mittels des Temperatursensors 234 wird ein Temperaturanstieg in der unteren Werkzeughälfte 209 über eine vorgegebene Solltemperatur aufgrund des Einfüllens der heißen Schmelze bestimmt. Daraufhin werden über eine nicht gezeigte Regeleinrichtung die Wasserkühlungen 227 aktiviert und so geregelt, dass die vorgegebene Solltemperatur und damit das Spaltmaß von 0,1mm gehalten werden.

[79] Nach erfolgtem Gießen wird mittels des Stößels 217 eine Presskraft auf das gegossene Bauteil aufgebracht, wodurch eine thermische Belastung auf den vertikalen Dichtspalt 229 erfolgt und das Spaltmaß sich unter 0,1mm verringert. Dies wird vom Temperatursensor 234 als Temperaturanstieg über der Solltemperatur erfasst, daraufhin wird entsprechend über die nicht gezeigte Regeleinrichtung die Wasserkühlungen 227 verstärkt, bis erneut die vorgegebene Solltemperatur und damit das Spaltmaß von 0,1mm gehalten wird.

[80] Somit wird über den gesamten Gieß- und Pressprozess ein sehr geringes Spaltmaß des vertikalen Dichtspalts 229 zwischen der oberen Werkzeughälfte 207 und der unteren Werkzeughälfte 209 konstant gehalten.

[81] In einer weiteren Alternative der Presse 201 weist der Dichtspalt ein größeres Spaltmaß von 0,5mm im Falle des Schließens des Werkzeuges 205 auf. Deshalb werden vor dem Schließen des Werkzeuges 205 die Induktionsspulen 225 mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung aktiviert und durch Erwärmen des Materials der oberen Werkzeughälfte 207 und des unteren Werkzeughälfte 209, welches nach dem Schließen den vertikalen Dichtspalt 229 umgibt, eine Ausdehnung dieses Materials erzielt. Daraufhin liegt beim Schließen des Werkzeuges 205 ein verringerter vertikaler Dichtspalt 229 mit einem Spaltmaß von 0,15mm vor, welches während des folgenden Gieß- und Umformprozesses wie oben beschrieben konstant gehalten wird.

Bezugs zeichenliste

101 Presse

103 Druckgießvorrichtung

105 Werkzeug

107 obere Werkzeughälfte

109 untere Werkzeughälfte

111 Werkzeughalter

113 Formkavität

115 Antrieb

117 Stößel

119 Pressentisch

121 Angussknoten

123 Angusskanal

125 Induktionsspule

127 Wasserkühlung

129 Dichtspalt

131 Dichtung

133 Abstandssensor

201 Presse

205 Werkzeug

207 obere Werkzeughälfte

209 untere Werkzeughälfte

211 Werkzeughalter 213 Formkavität

215 Antrieb

217 Stößel

219 Pressentisch

225 Induktionsspule

227 Wasserkühlung

229 vertikaler Dichtspalt

234 Temperatursensor

Claims

Patentansprüche :

1. Werkzeug (105, 205) zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, welches ein erstes Werkzeugteil (107, 207) und ein zweites Werkzeugteil (109, 209) aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form (113, 213) ausbilden und zwischen einer Kontaktfläche des ersten Werkzeugteils und einer Kontaktfläche des zweiten Werkzeugteils ein Spalt (129, 229) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperiereinrichtung (125, 127) in einer Temperierentfernung zum Spalt angeordnet ist, und die Temperiereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sich durch ein Temperieren ein spaltumgebendes Material in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil ausdehnt oder zusammenzieht, sodass der Spalt abgedichtet, geöffnet oder während des Gießens und/oder Umformens konstant gehalten wird.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein drittes Werkzeugteil, ein viertes Werkzeugteil und/oder ein weiteres Werkzeugteil aufweist, wobei die Werkzeugteile im Falles des Schließens des Werkzeuges die Form ausbilden.

3. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte Temperiereinrichtung, eine vierte Temperiereinrichtung und/oder eine weitere Temperiereinrichtung aufweist.

4. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung (125, 225) und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung (127, 227) ist oder sind.

5. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil oder alle das Werkzeug bildenden Werkzeugteile einen Temperatursensor (234) und/oder einen Spaltmaßsensor (133) aufweist oder aufweisen.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet ist, sodass ein Spaltmaß in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors und/oder des Spaltmaßsensors einstellbar ist.

7. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt ein Dichtungsmaterial (131) angeordnet ist, sodass eine Dichtwirkung des Dichtungsmaterials während des Umformens oder Gießens im Wesentlichen bestehen bleibt.

8. Gießvorrichtung (103) zum Gießen eines Bauteils, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Gießvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberangeordnete Werkzeugteile mittels einer Werkzeugaufnahme (111, 119, 211, 219) horizontal oder vertikal ausgerichtet sind.

10. Presse (101) zum Gießen und/oder Umformen eines Bauteils, wobei die Presse einen Antrieb (115, 215) zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine Werkzeugaufnahme (111, 119, 211, 219) zum Aufnehmen eines Werkzeuges aufweist, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Gießvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9. Verfahren zur Spaltkompensation mittels eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden des Spaltes zwischen der Kontakt fläche des ersten Werkzeugteils und der Kontakt fläche des zweiten Werkzeugteils,

- Gießen und/oder Umformen eines Bauteils,

- Temperieren des spaltumgebenen Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels einer Temperiereinrichtung und Konstanthalten des Spaltes während der Gießens und/oder Umformens, und/ oder