DE102012221154B4

DE102012221154B4 - System zum Aufwärmen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102012221154B4
Application number: DE102012221154.3A
Authority: DE
Inventors: Alfred Lösch
Original assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: DE102012221154A1; WO2014079701A3; WO2014079701A2

Abstract

System (1) zum Aufwärmen von Werkstücken (2) für eine Warmumformungsstation (31), aufweisend eine Aufwärmvorrichtung (3) und wenigstens einen durch die Aufwärmvorrichtung (3) zu transportierenden Warenträger (5), wobei der Warenträger (5) mit einem Werkstück (2) zu bestücken ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Warenträger (5) eine Temperierungskomponente umfasst und dass die Aufwärmvorrichtung (3) eine Induktionseinheit (6) zum induktiven Erwärmen der Temperierungskomponente umfasst.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem System zum Aufwärmen von Werkstücken, insbesondere für eine Warmumformungsstation, wobei das System eine Aufwärmvorrichtung und wenigstens einen durch die Aufwärmvorrichtung zu transportierenden Warenträger umfasst, wobei der Warenträger mit einem Werkstück zu bestücken ist.
Es ist allgemein bekannt, metallische Werkstücke vor ihrer Weiterverarbeitung mittels einer Aufwärmvorrichtung auf eine optimale Verarbeitungstemperatur aufzuwärmen. Beispielsweise werden in der Karosseriefertigung Blechplatinen durch Warmumformung in eine gewünschte Form gebracht. Vor dem Warmumformen werden die Blechplatinen dabei durch eine Aufwärmvorrichtung transportiert, um die Blechplatinen aufzuwärmen und hierdurch die Festigkeit der Blechplatinen für den darauffolgenden Umformprozess vorübergehend herabzusetzen. Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, derartige Systeme mit Rollenförderern auszustatten, auf deren Rollen die Blechplatinen durch die Aufwärmvorrichtung bewegt werden.
DE 10 2009 019 496 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erwärmung warm umzuformender Werkstücke, wobei die Vorrichtung mehrere Wärmestationen aufweist, wobei die Werkstücke im Laufe des Erwärmungsverfahrens von einer auf die folgende Wärmestation überführt werden.
DE 10 2009 042 026 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbehandeln eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils, wobei das Bleichteil vor der Erwärmung für die nachfolgende Bearbeitung getempert wird.
DE 20 2007 006 464 U1 offenbart eine Heizplatte zum Temperieren insbesondere großer Flächen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System zum Aufwärmen von Werkstücken bereitzustellen, welches ein energieeffizienteres und zügiges Aufwärmen der Werkstücke auch auf vergleichsweise hohe Temperaturen erlaubt und gleichzeitig kostengünstig zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird mit einem System zum Aufwärmen von Werkstücken nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht in vorteilhafter Weise einen durch Induktionsströme hervorgerufenen Wärmeeintrag in die Temperierungskomponente, wobei die Temperierungskomponente die Wärme durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an das Werkstück abgibt. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich energieeffizientere Aufwärmung des Werkstücks, insbesondere auf hohe Temperaturen, ermöglicht wird. Bei der Verwendung von Induktionstechnik zum Aufheizen von Werkstücken werden mittels einer Induktionsspule Wirbelströme im Werkstück induziert. Die Effizienz des Heizvorgangs hängt dabei allerdings von der Materialstärke des Werkstücks ab. Bei geringen Materialstärken lässt sich keine energieeffiziente Aufheizung auf hohe Temperaturen allein mittels Induktion erzielen. Das erfindungsgemäße System nutzt daher einen Warenträger, der zusätzlich mit einer Temperierungskomponente ausgestattet ist. Diese Temperierungskomponente kann – je nach gewünschter Zieltemperatur – in entsprechender Stärke ausgebildet sein. Beim induktiven Erwärmen werden zunächst das Werkstück (sofern es sich um ein metallisches Werkstück handelt) und die Temperierungskomponente jeweils durch Induktionsströme aufgeheizt. Bei zunehmenden Temperaturen wird die allein durch Induktion herbeigeführte Temperaturzunahme beim Werkstück immer weniger, während die allein auf Induktion beruhende Temperaturzunahme bei der insbesondere dick ausgebildeten Temperierungskomponente weiter fortschreitet. Die aufgeheizte Temperierungskomponente gibt sodann Wärme über Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an das Werkstück ab. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Werkstück in Form einer sehr dünnen Blechplatine durch ein induktives Heizverfahren in effizienter Weise auch auf derart hohe Temperaturen aufgeheizt werden, welche ohne das Vorhandensein der Temperierungskomponente durch Induktion nicht oder nur sehr langsam (und somit ineffizient) erreicht werden würden. Das Werkstück umfasst insbesondere ein plattenförmiges, metallisches Werkstück, beispielsweise eine Blechplatine, aus welchem im Wege der Warmumformung ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug erzeugt wird. Die Warmumformung erfolgt vorzugsweise in einer Presse. Denkbar wäre aber auch, dass das Werkstück ein nicht metallisches Bauteil umfasst, beispielsweise aus Kunststoff, welches ausschließlich über von der induktiv erwärmten Temperierungskomponente ausgehende Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung erwärmt wird. Die Temperierungskomponente umfasst insbesondere eine Temperierungsplatte.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Warenträger eine Grundkomponente umfasst, wobei die Dicke der Temperierungsplatte größer als die Dicke der Grundkomponente ist. Ferner ist die Dicke der Temperierungsplatte vorzugsweise größer als die Dicke des aufzunehmenden Werkstücks. Vorteilhaft hieran ist, dass durch die vergleichsweise große Dicke bzw. Materialstärke der Temperierungsplatte eine effiziente Erwärmung der Temperierungsplatte mittels Induktion auf vergleichsweise hohe Temperaturen erzielt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierungsplatte Stahl umfasst. In vorteilhafter Weise ist das induktive Erwärmen einer Stahlplatte vergleichsweise effizient. Zudem verfügt eine Stahlplatte über eine hohe Wärmekapazität, so dass die Temperierungsplatte nach Verlassen der Aufwärmvorrichtung nur langsam abkühlt. Die Grundkomponente umfasst vorzugsweise ein Keramikmaterial. Vorteilhafterweise weist Keramik eine hohe Hitzebeständigkeit auf. Ferner weist Keramik üblicherweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass der Temperaturübertrag von der Temperierungsplatte auf das Werkstück begünstigt wird. Die Grundkomponente ist vorzugsweise plattenförmig oder gitterartig ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierungsplatte zwischen einer Aufnahme für das Werkstück und der Grundkomponente angeordnet ist. In vorteilhafter Weise ist somit kein weiteres Element zwischen der Temperierungsplatte und dem Werkstück angeordnet, so dass ein effizienter Wärmeübertrag von der Temperierungsplatte in das Werkstück durch Wärmeleitung, wenn die Temperierungsplatte und das Werkstück unmittelbar miteinander in Kontakt sind, und/oder durch Wärmestrahlung, wenn die Temperierungsplatte und das Werkstück voneinander beabstandet sind, erzielt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Warenträger Auflagemittel als Aufnahme für das Werkstück umfasst, wobei das Werkstück auf die Auflagemittel auflegbar ist. In vorteilhafter Weise wird das Werkstück einfach auf die Auflagemittel aufgelegt, so dass ein schnelles Laden (auch als Bestücken bezeichnet) des Werkstücks auf den Warenträger und ein schnelles Entladen des Werkstücks von dem Warenträger erzielt wird. Vorzugsweise sind die Auflagemittel derart ausgebildet, dass ein auf die Auflagemittel aufgelegtes Werkstück von der Temperierungsplatte beabstandet ist. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Werkstück mit Ausnahme der auf den Auflagemitteln aufliegenden Bereiche frei liegt, also keinen unmittelbaren Kontakt zur Temperierungsplatte aufweist. Bei der Erwärmung eines beschichteten Werkstücks wird auf diese Weise verhindert, dass die Beschichtung durch einen Kontakt mit der heißeren Temperierungsplatte beschädigt wird. Insbesondere wird ein „Aufbacken” der Beschichtung auf die Temperierungsplatte verhindert. Somit können mit dem erfindungsgemäßen System vorteilhafterweise auch solche Werkstücke erwärmt werden, deren Beschichtung bei der Zieltemperatur schon in die Flüssigphase übergehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Warenträger Stapelmittel umfasst, auf welche ein weiterer Warenträger auflegbar ist, wobei die Stapelmittel vorzugsweise sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Warenträgers erstreckende Stempel umfassen. Der Warenträger umfasst vorzugsweise ferner Abstandshalter zur Beabstandung des Werkstücks von benachbarten Warenträgern, wobei besonders bevorzugt die Stapelmittel gleichzeitig als Abstandshalter fungieren. In vorteilhafter Weise können die mit Werkstücken bestückten Warenträger hierdurch zu einem Stapel übereinander gestapelt werden, ohne dass ein aufliegender Warenträger das Werkstück des darunterliegenden Warenträgers berührt. In vorteilhafter Weise wird ein Stapel von Warenträgern entlang einer zur Haupterstreckungsebene der Warenträger senkrechten Vertikalrichtung von unten nach oben durch eine Heizkammer der Aufwärmvorrichtung transportiert, indem unter den untersten Warenträger jeweils ein neu in die Heizkammer eingeführter Warenträger eingeschoben wird, während der oberste Warenträger aus der Heizkammer entfernt wird. Jeder Warenträger verweilt sodann eine vorbestimmte Verweilzeit in der Heizkammer, in welcher der Warenträger in der Heizkammer sukzessive von unten nach oben wandert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Warenträger Positionierelemente zur Positionierung des Werkstücks umfasst, wobei vorzugsweise die Stapelmittel gleichzeitig als Positionierelemente vorgesehen sind. In vorteilhafter Weise dienen die Positionierelemente dazu, das Werkstück bezüglich der zur Vertikalrichtung senkrechten Horizontalebene auf dem Warenträger zu zentrieren. Es wird somit verhindert, dass ein Werkstück seitlich vom Warenträger rutscht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierungsplatte wenigstens einen ersten Bereich und wenigstens einen zweiten Bereich umfasst, wobei im ersten Bereich die Stärke der Temperierungsplatte größer als im zweiten Bereich ist und/oder wobei im ersten Bereich das Material der Temperierungsplatte vom Material der Temperierungsplatte im zweiten Bereich abweicht. In vorteilhafter Weise wird die Temperierungsplatte im ersten Bereich und im zweiten Bereich unterschiedlich erwärmt. Folglich wird auch das Werkstück in seinem zum ersten Bereich der Temperierungsplatte benachbarten Bereich und in seinem zum zweiten Bereich der Temperierungsplatte benachbarten Bereich unterschiedlich stark erwärmt. Durch eine gezielte Auswahl des ersten und zweiten Bereichs kann eine differenzierte Erwärmung des Werkstücks erzielt werden (auch bezeichnet als „Tailored Tempering”). Denkbar ist, dass auf diese Weise beispielsweise nur diejenigen Bereiche des Werkstücks auf hohe Temperaturen erwärmt werden, welche in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten unmittelbar warmumgeformt werden und/oder gehärtet werden sollen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufwärmvorrichtung eine Heizkammer zur Aufnahme einer Mehrzahl übereinander gestapelter Warenträger aufweist, wobei die Mehrzahl von Warenträgern mittels eines Transportmechanismus entlang einer zur Haupterstreckungsebene der jeweiligen Warenträger senkrechten Richtung sukzessive durch die Heizkammer bewegbar sind. Vorzugsweise umfasst der Transportmechanismus eine Hubmechanismus zum Anheben jeweils des untersten Warenträgers des in der Heizkammer befindlichen Stapels, so dass ein neuer Warenträger unterhalb des angehobenen Stapeln in die Heizkammer eingeschoben werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionseinheit eine Induktionsspule umfasst, wobei innerhalb der Induktionsspule die Heizkammer angeordnet ist. In vorteilhafter Weise werden somit in sämtlichen Temperierungsplatten aller in der Heizkammer übereinander gestapelter Warenträger Induktionsströme induziert, welche zum Erwärmen der Temperierungsplatten und somit der jeweils benachbarten Werkstücke führen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das System zusätzlich eine Temperierungseinheit umfasst, wobei die Temperierungseinheit ein Leitungssystem zum Fördern eines Temperierungsfluids umfasst. Denkbar ist, dass in bestimmten Bereich der Heizkammer eine zusätzliche Temperierung durch die Temperierungseinheit erfolgt, um die Temperatur in diesem Bereich zu erhöhen oder zu reduzieren. Das Temperierungsfluid umfasst vorzugsweise eine Wärm- oder Kühlflüssigkeit. Grundsätzlich wäre natürlich ein Gas als Temperierungsfluid denkbar. Vorzugsweise umfasst die Temperierungseinheit ein Steuersystem zum selektiven Beströmen einzelner Leitungen. Auf diese Weise kann eine differenzierte Temperierung von bestimmten Bereichen innerhalb der Heizkammer erfolgen. Denkbar ist, dass lediglich derjenige Bereich der Heizkammer zusätzlich erwärmt oder gekühlt wird, in welchem die ersten oder zweiten Teilbereiche angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das System zusätzlich eine konduktive Heizeinheit aufweist, wobei die konduktive Heizeinheit vorzugsweise ein Kontaktelement aufweist, welches mittels elektrischem Strom erwärmbar ist und welches in formschlüssigen Kontakt mit dem Werkstück bringbar ist. Denkbar ist, dass das Kontaktelement eine bestimmte Kontur mit einer komplexen Formgebung aufweist. Während des Heizvorgangs wird das Kontaktelement durch einen elektrischen Strom aufgewärmt, wobei sodann lediglich der in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Kontaktelement liegende Bereich des Werkstücks zusätzlich konduktiv erwärmt wird. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise ein komplexer Verlauf unterschiedlicher Temperaturbereiche im Werkstück erzeugt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Systems gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a, 2b, 2c zeigen schematische Ansichten eines Warenträgers eines Systems gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3a, 3b zeigen schematische Ansichten eines Warenträgers eines Systems gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Stapels von Warenträgern eines Systems gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Schnittbildansicht eines Systems gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Teilansicht eines Systems gemäß einer beispielhaften dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Systems gemäß einer beispielhaften vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Systems gemäß einer beispielhaften fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Systems 1 zum Aufheizen von Werkstücken 2 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System 1 umfasst eine Aufwärmvorrichtung 3 mit einer Heizkammer 4. Die Heizkammer 4 weist eine Induktionseinheit 6 in Form einer Induktionsspule 7 auf, deren Windungen um die Heizkammer 4 verlaufen. Zum Erwärmen der Werkstücke 2 wird jeweils ein Werkstück 2 auf einem Warenträger 5 angeordnet und der mit dem Werkstück 2 bestückte Warenträger 5 anschließend durch die Heizkammer 4 transportiert. Jeder Warenträger 5 weist eine insbesondere keramische Grundkomponente 8, sowie eine als Temperierungsplatte 9 ausgebildete Temperierungskomponente aus Stahl auf.
An die Induktionsspule 7 wird ein Wechselstrom angelegt, wodurch innerhalb der Induktionsspule 7, also in der Heizkammer 4 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Beim Transport des Warenträgers 5 durch die Heizkammer 4 werden durch das Wechselfeld Wirbelströme innerhalb der Temperierungsplatte 9 erzeugt. Das Material der Temperierungsplatte 9 stellt einen elektrischen Widerstand dar, so dass innerhalb der Heizkammer 4 die Wirbelströme eine Erwärmung der Temperierungsplatte 9 aufgrund Joulescher Wärme herbeiführen. Die Temperierungsplatte 9 gibt sodann Wärme durch Wärmestrahlung an das Werkstück 2 ab. Wenn das Werkstück 2 aus Metall besteht, wird auch das Werkstück 2 selbst unmittelbar induktiv erwärmt. Bei geringen Materialstärken lässt sich aber keine energieeffiziente Aufheizung des Werkstücks 2 auf hohe Temperaturen allein mittels Induktion innerhalb des Werkstücks 2 erzielen. Bei zunehmenden Temperaturen wird die allein durch Induktion innerhalb des Werkstücks 2 herbeigeführte Temperaturzunahme beim Werkstück 2 immer weniger, während die allein auf Induktion beruhende Temperaturzunahme bei der dicker ausgebildeten Temperierungsplatte 9 weiter hocheffizient fortschreitet. Die aufgeheizte Temperierungsplatte 9 gibt sodann ihre Wärme über Wärmestrahlung an das Werkstück 2 ab. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Werkstück 2 in Form einer sehr dünnen metallischen Platine oder eines Kunststoffbauteils durch das induktives Heizverfahren in effizienter Weise auch auf derart hohe Temperaturen aufgeheizt werden, welche ohne das Vorhandensein der Temperierungsplatte 9 durch Induktion nur sehr langsam und somit ineffizient oder überhaupt nicht (Kunststoffbauteil) erreicht werden könnte. Um die Effizienz des Aufwärmvorgangs zu optimieren, weist die Temperierungsplatte 9 im Mittel eine deutlich höhere Dicke senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 des Warenträgers 5 auf als das Werkstück 2. Die Temperierungsplatte 9 ist vorzugsweise zwischen der keramischen Grundkomponente 8 und dem Werkstück 2 angeordnet, so dass die von der Temperierungsplatte 9 ausgehende Wärmestrahlung vornehmlich das Werkstück 2 erwärmt. Das Werkstück 2 umfasst insbesondere ein plattenförmiges, metallisches Werkstück, beispielsweise eine Blechplatine, aus welchem im Wege der Warmumformung später ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug erzeugt wird. Die Erwärmung des Werkstücks 2 innerhalb der Heizkammer 4 dient vorzugsweise ferner der Diffusion und Austenitisierung des Werkstücks 2.
Das System 1 weist im vorliegenden Beispiel eine Isolationskammer 10 auf. Innerhalb der Isolationskammer 10 ist eine Ladestation 11 zum Beladen der Warenträger 5 mit Werkstücken 2, welche in die Heizkammer 4 eingeführt werden sollen, und eine Entladestation 12 zum Entladen von Werkstücken 2 von den Warenträgern 5, welche aus der Heizkammer 4 kommen, angeordnet. Die Heizkammer 4 und die Isolationskammer 10 sind vorzugsweise in ein gemeinsames Isolationsgehäuse (nicht dargestellt) eingekapselt. Die Warenträger 5 durchlaufen in einem geschlossenen Kreislauf nacheinander die Heizkammer 4 und die Isolationskammer 10. Vorteilhafterweise verbleiben die Warenträger 5 in diesem Kreislauf und innerhalb der Isolationsgehäuses, so dass die in der Temperierungsplatte 9 gespeicherte Wärmeenergie auch beim Be- und Entladen der Warenträger 5 möglichst nicht verloren geht. Auf diese Weise kann der Gesamtenergieverbrauch des Systems 1 erheblich reduziert werden. Die Ladestation 11 ist in einem unteren Bereich der Isolationskammer 10 angeordnet. Ein in der Ladestation 11 befindlicher unbestückter Warenträger 5 wird mit einem neuen Werkstück 2 beladen, indem das Werkstück 2 durch eine verschließbare Eingangsöffnung in die Isolationskammer 10 eingebracht und auf den Warenträger 5 aufgelegt wird. Der Warenträger 5 wird sodann entlang einer zur Haupterstreckungsrichtung 100 parallelen Horizontalrichtung 101 von dem unteren Bereich der Isolationskammer 10 in einen unteren Bereich der Heizkammer 4 verschoben. Hierfür wird ein Stapel von Warenträgern 5, welcher sich bereits in der Heizkammer 4 befindet, mittels eines Transportmechanismus (nicht dargestellt) entlang einer zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechten Vertikalrichtung 102 um zumindest eine Warenträgerhöhe von unten nach oben bewegt. Der von der Isolationskammer 10 kommende Warenträger 5 kann somit unter den vormals untersten Warenträger 5 des Stapels in die Heizkammer 4 eingeführt werden. Bei jedem Einführen eines neuen Warenträgers 5 unter den Stapel wandern die gestapelten Warenträger 5 in der Heizkammer 4 sukzessive nach oben. Während dieser Bewegung werden die jeweiligen Werkstücke 2, wie zuvor beschrieben, induktiv und durch von der induktiv erwärmten Temperierungsplatte 9 eines jeden Warenträgers 5 ausgehenden Wärmestrahlung erwärmt. Bei jedem Einführen eines neuen Warenträgers 5 unter den Stapel wird zudem der oberste Warenträger 5 des Stapels antiparallel zur Horizontalrichtung 101 aus der Heizkammer 4 entfernt und zurück in die Isolationskammer 10 geschoben. Der Warenträger 5 gelangt hierdurch in den im oberen Bereich der Isolationskammer 10 angeordneten Entladestation 12. Das erwärmte Werkstück 2 des jeweiligen Warenträgers 5 wird in der Entladestation 12 vom Warenträger 5 genommen und aus einer verschließbaren Ausgangsöffnung aus der Isolationskammer 10 entfernt. Das erwärmte Werkstück 2 kann nun zu weiteren Bearbeitungsstationen, beispielsweise einer Warmumformungsstation in Form einer Presse, transportiert werden. Der nunmehr unbestückte Warenträger 5 wird mittels des Transportmechanismus (nicht dargestellt) innerhalb der Isolationskammer 10 von der Entladestation 12 antiparallel zur Vertikalrichtung 102 zur Ladestation 11 transportiert. In der Ladestation 11 beginnt der beschriebene Kreislauf erneut.
In 2a, 2b und 2c sind schematische Ansichten des mit einem Werkstück 2 bestückten Warenträgers 5 des Systems 1 gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Warenträger 5 umfasst die Grundkomponente 8, sowie die auf der Grundkomponente 8 angeordnete Temperierungsplatte 9.
Zusätzlich weist der Warenträger 5 Auflagemittel 13 auf, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 von der Grundkomponente 8 durch die Temperierungsplatte 9 zum Werkstück 2 erstrecken. Die Auflagemittel 13 umfassen einfache Zylinder, auf welchen das Werkstück 2 lose aufliegt, und fungieren somit als Aufnahme für das Werkstück 2. Die Auflagemittel 13 sind vorzugsweise derart hoch ausgebildet, dass das auf den Auflagemitteln 13 aufliegende Werkstück 2 entlang einer zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechten Richtung von der Grundkomponente 8 beabstandet ist. Bei der Erwärmung eines beschichteten Werkstücks 2 wird somit verhindert, dass die Beschichtung durch einen Kontakt mit der vergleichsweise heißen Temperierungsplatte 9 beschädigt wird. Insbesondere wird ein „Aufbacken” der Beschichtung auf den Warenträger 5 verhindert. Somit können mit dem System 1 auch solche Werkstücke 2 erwärmt werden, deren Beschichtung bei der Zieltemperatur in der Heizkammer 4 schon in die Flüssigphase übergehen.
Der Warenträger 5 weist ferner Stapelmittel 14 auf, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungslinie 100 parallel zur den Auflagemitteln 13 von der Grundkomponente 8 aus erstrecken, wobei die Stapelmittel 14 dabei über das Werkstück 2 hinaus ragen. Auf den Stapelmitteln 14 kann somit die Grundkomponente 8 eines weiteren Warenträgers 5 aufgelegt werden, wodurch ein Stapel von Warenträgern 5 entsteht. Die Stapelmittel 14 ragen derart weit über das Werkstück 2 hinaus, dass die Stapelmittel 14 gleichzeitig als Abstandshalter 15' zwischen dem auf dem unteren Warenträger 5 platzierten Werkstück 2 und der Grundkomponente 8 des darüber gestapelten Warenträgers 5 (siehe 4). Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Werkstück 2 oder dessen Beschichtung beim Stapeln der Warenträger 5 beschädigt wird. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Warenträger 5 zwei leistenartig ausgebildete Stapelmittel 14', welche sich entlang zweier gegenüberliegenden Längskanten der Grundkomponente 9 erstrecken. Ferner weist der Warenträger 5 sechs zylinderförmige Stapelmittel 14'' auf, welche im unmittelbaren Kontakt zu Außenkanten des Werkstücks 2 stehen. Diese zylinderförmigen Stapelmittel 14'' fungieren gleichzeitig als Positionierelemente 15, welche ein seitliches Verrutschen des Werkstücks 2 relativ zum Warenträger 5 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 verhindern.
In 3a und 3b sind schematische Ansichten eines Warenträgers 5 eines Systems 1 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Warenträger 5 gemäß der zweiten Ausführungsform gleichen im Wesentlich dem anhand von 2a bis 2c illustrierten Warenträger 5 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Temperierungsplatte 9 beim Warenträger 5 gemäß der zweiten Ausführungsform einen ersten Bereich 16 und einen zweiten Bereich 17 (schraffiert dargestellt) umfasst. Der zweite Bereich 17 weist im Vergleich zum ersten Bereich 16 eine verminderte Materialstärke auf.
Dies hat den Effekt, dass sich die Temperierungsplatte 9 im ersten und im zweiten Bereich 16, 17 unterschiedlich stark erwärmt. Im ersten Bereich 16 wird sich die Temperierungsplatte 9 auf eine höhere Temperatur aufwärmen, als im zweiten Bereich 17. Entsprechend wird auch das Werkstück 2 in seinem zum ersten Bereich 16 der Temperierungsplatte 9 benachbarten Bereich stärker erwärmt werden, als in seinem zum zweiten Bereich 17 der Temperierungsplatte 9 benachbarten Bereich (auch als „Tailored Tempering” bezeichnet). Denkbar ist, dass auf diese Weise beispielsweise nur diejenigen Bereiche des Werkstücks 2 auf hohe Temperaturen erwärmt werden, welche in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten unmittelbar warmumgeformt werden und/oder gehärtet werden sollen.
In 4 eine schematische Ansicht eines Stapels von Warenträgern 2 des Systems 1 gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zur Bildung des Stapels werden die in 2a, 2b und 2c illustrierten Warenträger 2 derart übereinander angeordnet, dass die Stapelmittel 14 eines Warenträgers 2 jeweils die Grundkomponente 8 des darüber liegenden Warenträgers 2 stützen.
In 5 ist eine schematische Schnittbildansicht eines Systems 1 gemäß der beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei hier die in 1 gezeigte Heizkammer 4 in einer Schnittbilddarstellung illustriert ist. Es ist zu sehen, dass innerhalb der Isolationswand 18 der Heizkammer 4 der in 2c gezeigte und mit einem Werkstück 2 bestückte Warenträger 5 angeordnet ist. Die Heizkammer 4 weist darüber hinaus Außenzentrierungen 19 auf, welche den Warenträger 5 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 zentrieren. Die Außenzentrierungen 19 umfassen sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 erstreckende Zylinder. Ferner sind in der Heizkammer 4 Verriegelungselemente 20 angeordnet, welche jeweils um eine zur Haupterstreckungsebene 100 senkrechte Drehachse drehbar gelagert sind, um zwischen einer Eingriffsstellung, in welcher das Verriegelungselement 20 unter einen Warenträger 5 greift, und einer Freigabestellung, in welcher der Warenträger 5 das Verriegelungselement 30 ungehindert passieren kann, bewegt zu werden. Mittels der Verriegelungselemente 20 wird eine Abwärtsbewegung des Stapels von Warenträgern 2 entgegen der Vertikalrichtung 102 verhindert.
In 6 ist eine schematische Teilansicht eines Systems 1 gemäß einer beispielhaften dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform, wobei das System 1 gemäß der dritten Ausführungsform eine zusätzliche Temperierungseinheit 21 umfasst, die in die Isolationswand 18 integriert ist. Die zusätzliche Temperierungseinheit 21 umfasst ein Leitungssystem aus verschiedenen Leitungen 22 zum Fördern eines Temperierungsfluids 23. Durch Einleiten eines gekühlten Temperierungsfluid 23, beispielsweise kaltes Wasser, in bestimmte Leitungen 22 (im vorliegenden Beispiel durch die 11 Leitungen auf der rechten Seite der zusätzlichen Temperierungseinheit 21) wird im Bereich dieser durchströmten Leitungen 22 die Wandung der Temperierungskammer 4 gekühlt. Auf diese Weise können solche Bereiche des Werkstücks 2, welche weniger stark erhitzt werden sollen (unterhalb der Curie-Temperatur), auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden. Ein Aufwärmen dieser Bereiche durch Wärmeabstrahlung von der Wandung der Temperierungskammer 4, wenn sich das Werkstück 2 in der obersten Position befindet, wird unterbunden. Denkbar ist, dass in anderen Bereichen des Werkstücks 2, welche stärker aufgeheizt werden sollen, zwischen der zusätzlichen Temperierungseinheit 21 und dem Stapel von Warenträgern 22 eine stationäre Temperierungsplatte 24 angeordnet ist, welche durch die Induktionsspulen 6 induktiv aufgeheizt wird. Die stationäre Temperierungsplatte 24 gibt diese Wärme durch Wärmestrahlung wiederum an den aufzuheizenden Bereich des auf dem obersten Warenträger 2 des Stapels befindlichen Werkstücks 2 ab. Das oberste Werkstück 2 wird somit in den verschiedenen Bereichen unterschiedlich stark erwärmt.
In 7 ist eine schematische Ansicht eines Systems 1 gemäß einer beispielhaften vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die vierte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform, wobei das System 1 gemäß der vierten Ausführungsform zusätzlich eine konduktive Heizeinheit 27 aufweist. Die konduktive Heizeinheit 27 umfasst ein plattenförmiges Kontaktelement 29 mit einer beliebigen Außenkontur. Das Kontaktelement 29 wird mit einem auf einem Warenträger 5 angeordneten Werkstück 2 in formschlüssigen Kontakt gebracht. Innerhalb der Heizkammer 4 wird das Kontaktelement 29 über zwei elektrisch leitfähige Kontakte 28 mit einer Stromquelle 30 verbunden, so dass ein Strom durch das Kontaktelement 29 fließt. Der Stromfluss führt zu einer konduktive Erwärmung des Kontaktelements 29. Das Werkstück 2 wird sodann im unmittelbaren Kontaktbereich mit dem Kontaktelement 29 durch Wärmeleitung partiell erwärmt. Auf diese Weise wird ebenfalls ein „Tailored Tempering” des Werkstücks 2 erzielt. Auf der linken Seite von 7 ist angedeutet, dass auf dem Werkstück 2 des Stapels innerhalb der Heizkammer 4 ein solches Kontaktelement 29 angeordnet ist. Die Kontaktierung der Kontaktelemente 29 könnte beispielsweise über Schleifkontakte an der Wandung der Heizkammer 4 oder an den Außenzentrierungen 19 erfolgen.
In 8 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Systems 1 gemäß einer beispielhaften fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System 1 umfasst das in 1 gezeigte System 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei zusätzlich ein erster Manipulator 25 vorgesehen ist, um die kalten Werkstücke 2 zum Isolationsbehälter 10 zu transportieren, und wobei ein zweiter Manipulator 26 vorgesehen ist, um die mittels der Aufwärmvorrichtung erwärmten Werkstücke 2 zum Weiterverarbeiten einer Warmumformungspresse 31 zuzuführen.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Werkstück
3: Aufwärmvorrichtung
4: Heizkammer
5: Warenträger
6: Induktionseinheit
7: Induktionsspule
8: Grundkomponente
9: Temperierungsplatte
10: Isolationskammer
11: Ladestation
12: Entladestation
13: Auflagemittel
14: Stapelmittel
15: Positionierelemente, Abstandshalter
16: Erster Bereich
17: Zweiter Bereich
18: Isolationswand
19: Außenzentrierung
20: Verriegelungselement
21: Temperierungseinheit
22: Leitung
23: Temperierungsfluid
24: Stationäre Temperierungsplatte
25: Erster Manipulator
26: Zweiter Manipulator
27: Konduktive Heizeinheit
28: Kontakt
29: Kontaktelement
30: Stromquelle
31: Warmumformungsstation
100: Haupterstreckungsebene
101: Horizontalrichtung
102: Vertikalrichtung

Claims

System (1) zum Aufwärmen von Werkstücken (2) für eine Warmumformungsstation (31), aufweisend eine Aufwärmvorrichtung (3) und wenigstens einen durch die Aufwärmvorrichtung (3) zu transportierenden Warenträger (5), wobei der Warenträger (5) mit einem Werkstück (2) zu bestücken ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Warenträger (5) eine Temperierungskomponente umfasst und dass die Aufwärmvorrichtung (3) eine Induktionseinheit (6) zum induktiven Erwärmen der Temperierungskomponente umfasst.
System (1) nach Anspruch 1, wobei der Warenträger (5) eine Grundkomponente (8) und die Temperierungskomponente eine Temperierungsplatte (9) umfasst, wobei die Dicke der Temperierungsplatte (9) größer als die Dicke der Grundkomponente (8) ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungsplatte (9) Stahl umfasst und/oder wobei die Grundkomponente (8) ein Keramikmaterial umfasst und/oder wobei die Grundkomponente (8) plattenförmig oder gitterartig ausgebildet ist.
System (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Temperierungsplatte (9) zwischen einer Aufnahme für das Werkstück (2) und der Grundkomponente (8) angeordnet ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Warenträger (5) Auflagemittel (13) als Aufnahme für das Werkstück (2) umfasst, wobei das Werkstück (2) auf die Auflagemittel (13) auflegbar ist.
System (1) nach Anspruch 5, wobei die Auflagemittel (13) derart ausgebildet sind, dass ein auf die Auflagemittel (13) aufgelegtes Werkstück (2) von der Temperierungsplatte (9) beabstandet ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Warenträger (5) Stapelmittel (14) umfasst, auf welche ein weiterer Warenträger (5) auflegbar ist, wobei die Stapelmittel (14) vorzugsweise sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) des Warenträgers (5) erstreckende Stempel umfassen.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Warenträger (5) Positionierelemente (15) zur Positionierung des Werkstücks (2) umfasst, wobei vorzugsweise die Stapelmittel (14) gleichzeitig als Positionierelemente (15') vorgesehen sind.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Warenträger (5) Abstandshalter (15') zur Beabstandung des Werkstücks (2) von benachbarten Warenträgern (5) aufweist, wobei vorzugsweise die Stapelmittel (14) gleichzeitig als Abstandshalter (15') vorgesehen sind.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperierungsplatte (9) wenigstens einen ersten Bereich (16) und wenigstens einen zweiten Bereich (17) umfasst, wobei im ersten Bereich (16) die Stärke der Temperierungsplatte (9) größer als im zweiten Bereich (17) ist und/oder wobei im ersten Bereich (16) das Material der Temperierungsplatte (9) vom Material der Temperierungsplatte (9) im zweiten Bereich (17) abweicht.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufwärmvorrichtung (3) eine Heizkammer (4) zur Aufnahme einer Mehrzahl übereinander gestapelter Warenträger (5) aufweist, wobei die Mehrzahl von Warenträgern (5) mittels eines Transportmechanismus entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) der jeweiligen Warenträger (5) senkrechten Richtung sukzessive durch die Heizkammer (4) bewegbar sind.
System (1) nach Anspruch 11, wobei die Induktionseinheit (6) eine Induktionsspule (7) umfasst, wobei innerhalb der Induktionsspule (7) die Heizkammer (4) angeordnet ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) zusätzlich eine Temperierungseinheit (21) umfasst, wobei die Temperierungseinheit (21) ein Leitungssystem zum Fördern eines Temperierungsfluids (23) umfasst.
System (1) nach Anspruch 13, wobei die Temperierungseinheit ein Steuersystem zum selektiven Beströmen einzelner Leitungen umfasst.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (1) zusätzlich eine konduktive Heizeinheit (27) aufweist, wobei die konduktive Heizeinheit (27) vorzugsweise ein Kontaktelement (29) aufweist, welches durch elektrischen Strom erwärmbar ist und welches in formschlüssigen Kontakt mit dem Werkstück (2) bringbar ist.