EP2371465B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen - Google Patents
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- EP2371465B1 EP2371465B1 EP11159354.7A EP11159354A EP2371465B1 EP 2371465 B1 EP2371465 B1 EP 2371465B1 EP 11159354 A EP11159354 A EP 11159354A EP 2371465 B1 EP2371465 B1 EP 2371465B1
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
Definitions
- the invention relates to a method and an apparatus for producing hardened molded components, in particular of structural or body parts of motor vehicles.
- high-strength steel sheets are used in the automotive industry, which are hot-formed to form components and press-hardened.
- the hot working and press hardening of metal sheets as such is known, for example, by the DE 24 524 86 A1 .
- a metal plate is heated to a temperature in the specific austenitizing temperature range of the material, that is to a temperature above the transition temperature AC1, preferably greater than AC3, in a heat treatment plant, then inserted into a press tool and reshaped. Clamped in the press tool, the molded components are hardened by cooling.
- the cooling required for curing is divided into indirect cooling and direct cooling.
- the indirect cooling takes place via cooling channels, which are introduced in the form of holes or slots (shaft cooling) at a defined distance from the forming surface in the tool. Through these channels flows a coolant, usually water, which dissipates the heat given off by the warm mold component to the tool to the outside.
- a coolant usually water
- thermoforming tool In direct cooling, the mold component in the thermoforming mold is brought into direct contact with the cooling medium.
- thermoforming tool In the from the DE 10 2005 028 010 B3 known thermoforming tool is the lower tool of the press within a liquid bath. Both parts of the mold geometry and the entire mold geometry can be below the liquid level.
- the sheet metal profile to be molded and hardened is placed above the liquid level and immersed in the liquid bath when the press is moved by the upper tool and deep-drawn into the lower tool.
- a direct cooling in a thermoforming tool is still from the DE 26 03 618 A1 known.
- concentric annular grooves are introduced, lead into the guided through the tools channels. Through these channels, a cooling liquid is fed into the annular grooves for direct contact with a sheet metal profile to be hardened.
- This direct cooling can be at least theoretically expect improved cooling, since the cooling liquid comes into direct contact with the mold component.
- the contact pressure or the contact conditions between the molded component and the thermoforming tool have a significant influence on the heat transfer and heat dissipation.
- the tools are manufactured with CNC machines to the nearest hundredth of a millimeter and then inked to keep the gaps between the mold and the tool as small as possible.
- it comes in areas where component stretches done or in areas of steep frames to air gaps between the component and tool, which have a strong insulating effect, so that the heat transfer suffers. Also due to wear, air gaps between the component and tool can not be avoided.
- EP 1 671 715 A1 from the US 2008/295563 A1 and the EP 2 392 419 A1 Thermoforming known, with which it is possible to hot-form steel materials and press-harden.
- the coolant or liquid used is predominantly water whose high enthalpy of evaporation promotes the cooling process.
- different boiling phenomena occur on contact between the coolant and the molded component.
- the water evaporates and it forms on the mold component surface of a vapor film, which acts insulating due to the opposite to the liquid significantly lower thermal conductivity.
- the molded component therefore cools only slowly. If the surface to be cooled falls below the so-called Leidenfrost temperature, locally and irregularly distributed over the mold component surface there is direct contact between the liquid and the mold component. The dissipated heat flow increases in these areas.
- the invention is, starting from the prior art, the object of further developing a method and apparatus for producing cured mold components to increase the efficiency of heat transfer and thus improve the cooling effect and differentiated by the material characteristics of the mold components and process reliable and reproducible to be able to adjust. Furthermore, the invention aims to improve an apparatus for the production of cured molded components plant technology.
- the solution of the problem is claimed in claim 1.
- the core idea of this solution is to control the aggregate state of the coolant. By a targeted control of the state of matter and an adjustment of the liquid phase and the vapor and / or gaseous phase by means of pressure and coolant quantity high heat flows can be dissipated with improved control of the cooling process. Furthermore, the material characteristics of the molded component can be adjusted completely or partially differently in terms of hardness and tensile strength.
- the loading of the mold component with coolant in the mold space in order to cool and harden it can take place over the entire surface of the component or partially restricted to certain areas of the mold component. This gives a completely press-hardened molded component or a partially cured or partially differently hardened molded component. It is also possible to cool different areas of the mold component differently and thus to give these areas different hardness values and strength properties.
- the coolant is introduced into the mold cavity at a pressure of up to 25 MPa, with very high volume flows. Also, the duration of the coolant supply and / or the amount of pressure can be varied. In practice, it can be assumed that the minimum pressure should be 6 MPa. It has been shown that at a pre-pressure of less than 6 MPa incomplete heat transfer leads to a significant reduction in the cooling of the workpiece and thus the strength of the finished mold member.
- the component temperature of the molded component is measured in the mold space. Furthermore, the tool temperature in the region of the contact surfaces of the mold cavity can also be measured. Depending on the component temperature and / or the tool temperature, the starting time and the end time of the coolant supply are controlled.
- the coolant distribution in the mold space is variably controllable.
- certain (first) regions of the molded component can be acted upon with coolant and other (second) regions of the molded component not.
- different areas can be acted upon by coolant from one another at different times, in order to adjust the material properties in these areas in a targeted manner or differentiated.
- the mold component is held fixed after removal from the thermoforming mold in a cooling station. As a result, a distortion of the mold component due to thermal stresses can be avoided.
- the pressure with which the coolant is introduced or injected into the mold space during the cooling phase is adjusted in terms of control technology to the vapor pressure of the coolant.
- the injection pressure it is possible to produce a water layer with good heat conduction or a wet steam with a different heat conductivity in the tool gap.
- the pressure can - as already stated above - time-controlled and / or temperature-controlled, in particular depending on a temperature measurement on the mold component in the thermoforming mold and / or on the thermoforming tool itself.
- the coolant may also be injected intermittently into the mold cavity.
- two parameters which can also be rationally implemented within the context of mass production - pulse duration and frequency - are available.
- By targeted control of the amount of coolant per pulse and their timing high heat flows can be dissipated.
- the control is particularly advantageous in such a way that one pulse per press-pressure or tool stroke is realized.
- thermoforming tool having the features of claim 6.
- the thermoforming tool comprises an upper tool and a lower tool.
- inflow channels are provided, via which a cooling medium in the formed between the upper tool and lower tool mold space and the tool gap of the closed mold space is conductive.
- the state of aggregation of the coolant is adjustable. This is done by controlling the amount of pressure with which the coolant is injected or pressed into the mold space during the cooling process.
- the thermoforming tool all the necessary control and control technology devices and units are assigned, in particular a high-pressure pump, a pressure booster, a high-pressure accumulator, an injection control and / or a coolant quantity control.
- the coolant can be injected with a pressure in the mold space, wherein the height of the pressure and / or the injection duration of the coolant can be controlled.
- supply lines for the coolant are provided. From the supply lines branch off injection lines, which open in the mold cavity. On the outlet side, the injection lines may have nozzles, preferably the injection lines open with thin openings without integrated nozzles in the mold space.
- thermoforming tool means for influencing the heat transfer are arranged in the contact surfaces of the mold space.
- Such means may in particular be heating elements, clearances, air gaps, inserts of materials with lower or higher thermal conductivity or ceramic inserts.
- This embodiment is particularly suitable for the production of partially differently cured molded components, either targeted air transfer in the air cushion with minimal heat transfer or just the greatest possible heat transfer can be realized by injecting the coolant.
- thermoforming tool provides that a measuring and evaluation unit is provided by means of which the state of wear of the thermoforming tool or the upper tool and / or the lower tool can be determined.
- the state of wear can in particular be determined by evaluating the operating pressures, the coolant volume and / or the discharge quantities of the coolant measured at pressure relief valves.
- the wear or state determination of the thermoforming tool allows tool maintenance planning.
- the thermoforming tool has an upper tool and a lower tool.
- the coolant is provided via a cooling system and introduced via inflow channels, which are provided in the upper tool and / or lower tool, in the mold space formed between the upper tool and the lower tool.
- the cooling system comprises at least one pressure generator, wherein the pressure generator at least indirectly by the thermoforming tool, so the upper tool and / or the lower tool, is driven.
- the pressure generator is an energy converter in the form of a piston-cylinder unit.
- a pressure accumulator is integrated into the cooling system.
- a hydropneumatic pressure accumulator in the form of a bladder accumulator, a membrane accumulator or a piston accumulator is used.
- the hydropneumatic accumulator is a hydraulic component that utilizes the compressibility of gas, typically nitrogen, to store the pressure and volume of the incompressible coolant in the cooling system.
- the pressure accumulator consists of a high-strength steel container. The liquid and the gas part are separated by a gas-tight separating element (bubble or membrane). The fluid space of the pressure accumulator is in communication with the cooling system. As the pressure increases, coolant flows into the liquid space, compressing the gas (nitrogen) in the gas space. As the pressure drops, the compressed gas expands, thus providing the stored energy to the cooling system.
- the basic supply of the cooling system with coolant takes place via a priming pump.
- the priming pump leads coolant to the pressure generator.
- the Vorchirllpumpe and the pressure generator are connected via a line in which a check valve is integrated.
- the pressure generator fills the accumulator during the closing movement of the thermoforming tool.
- the or pressure generator is preferably mechanically coupled to the upper tool of the thermoforming tool.
- the coolant supply is opened and one removes coolant from the pressure accumulator.
- the pressure accumulator thus ensures the supply of coolant under high pressure of up to 25 MPa into the thermoforming tool.
- the pressure generation within the cooling system is thus completely or at least partially by the thermoforming tool itself. This is the movement used the upper tool and / or the lower tool when closing and opening to drive or to actuate the pressure generator.
- piston-cylinder unit is positioned instead of the tool-integrated design below the press or the thermoforming tool but is nevertheless actuated indirectly by the press pressure.
- a further embodiment variant is represented by the fact that a high-pressure pump which takes over the function of the pressure generator is positioned between the fore pump and the pressure accumulator.
- two or more pressure generators are provided.
- the coolant supply to the upper tool and the lower tool is preferably carried out separately, so that two partial cooling systems are provided. In this way, the upper tool and the lower tool are independently supplied with coolant, so that no high-pressure lines must be laid directly between the upper tool and the lower tool.
- the pressure generator and the pressure accumulator are connected to each other coolant-conducting, wherein in the connecting line between the pressure generator and pressure accumulator, a pressure relief valve and preferably another check valve are integrated.
- a filter device is integrated into the cooling system and the coolant circuit. Furthermore, a heat exchanger and / or a cooler can be provided in the cooling system. This is switched before or after the filter device or arranged in a filter tank. Used coolant exits the thermoforming tool and is collected in a collection system and sent for reuse.
- FIG. 1 shows a thermoforming tool 1.
- the thermoforming tool 1 essentially comprises an upper tool 2 and a lower tool 3, which are displaceable relative to each other and between which a mold space 4 is formed.
- Clamped in the mold space 4 can be seen a deformed mold component 5 made of steel.
- the mold gap formed between the upper tool 2 and the lower tool 3 in the closed mold space 4 is designated by 6.
- a board of hardenable steel has been heated to a hardening temperature above the austenitizing temperature, then transferred to the thermoforming tool 1 and formed. Clamped in the mold space 4, the mold component 5 is through a rapid cooling cooled below the martensite start temperature and cured.
- thermoforming tool 1 further includes here not shown pressure generator and / or a pressure accumulator and control and regulating devices for adjusting the coolant pressure and the coolant quantity, the duration of the coolant supply and temperature sensing elements.
- the coolant supply including the supply line 7, the injection line 8 and the associated printing apparatus and equipment belong to a first cooling system.
- the first cooling system operates in the high pressure range, whereby the pressure and the state of aggregation of the coolant KM are adjustable.
- cooling channels 11 In the upper tool 2 and in the lower tool 3 can also be seen cooling channels 11. These belong to a second cooling system, via which an indirect cooling of the mold component 5 takes place. Through the cooling channels 11, a coolant is passed, which receives the heat emitted by the warm mold component 5 to the thermoforming tool 1 and the upper tool 2 and the lower tool 3 and dissipates heat to the outside. As coolant, water is also preferably used here. Preferably, the coolant is guided in the second cooling system in a cooling circuit with recooling. While the coolant KM in the first cooling system is under high pressure, the coolant is present in the second cooling system with operating pressures of up to 0.6 MPa.
- thermoforming tool 12 corresponds to the basic structure with upper tool 2 and lower tool 3 the previously based FIG. 1 explained thermoforming tool 1. Accordingly, each other corresponding components or component component provided with the same reference numerals. A further explanation is omitted.
- thermoforming tool 12 differs from the thermoforming tool 1 in that indirect cooling is eliminated and no separate cooling channels are provided in the upper tool 2 and in the lower tool 3, via which heat is removed from the thermoforming tool 12.
- FIGS. 5 and 6 show a thermoforming tool 12 - as well as from the FIG. 2 explained - together with a cooling system KS.
- the FIG. 5 shows the thermoforming tool 12 in the open position.
- the FIG. 6 shows the thermoforming tool 12 in the closed position with deformed and clamped mold component. 5
- thermoforming tool 12 has an upper tool 2 and a lower tool 3, which are displaceable relative to one another and between which a molding space 4 is formed.
- the coolant KM is provided via a cooling system KS.
- the cooling system KS includes pressure generator 13 and a pressure accumulator 14 together with control and regulating apparatus and devices as well as shut-off devices and a Vorhellpumpe 15th
- the cooling system KS has two pressure generators 13 in the form of piston-cylinder units 16, 17. These are drive-coupled with the thermoforming tool 12 and are actuated by the upper tool 2.
- Each of the piston-cylinder units 16, 17 consists essentially of a cylinder 18 with a displaceable piston 19 guided therein and a piston rod 20 which is mechanically connected to the upper tool 2.
- the piston-cylinder units 16, 17 are synchronized with each other, wherein the cylinder chambers 21 communicate coolant-conducting.
- the Vor colllpumpe 15 supplies the cooling system KS with coolant KM and provides the necessary form.
- the coolant KM is transferred via a supply line 22 into the cylinder chamber 21 of the piston-cylinder unit 16 (arrow P1).
- a check valve 23 is integrated in the supply line 22 in the supply line 22, a check valve 23 is integrated.
- the check valve 23 allows the free flow of the coolant KM in the direction of the pressure generator 13 and the piston-cylinder unit 16 and locks it in the reverse direction.
- a pressure relief valve 30 is further integrated.
- the Vor colllpumpe 15 continuously supplies coolant KM in the pressure generator 13.
- the Vor Reichllpumpe 15 can run continuously, which increases the service life, because the switching on and off can be minimized.
- the coolant KM is transferred via a main supply line 24 into the supply lines 7 in the upper tool 2 and in the lower tool 3.
- a closing valve 25 is arranged, via which the supply of coolant KM to the hot mold 12 can be opened or closed.
- the pressure accumulator 14 is connected to the main supply line 24.
- the main supply line 24 is connected between the pressure generator 13 and the piston-cylinder unit 16 and the pressure accumulator 14 upstream of a pressure relief valve 26 and a check valve 27 integrated.
- the accumulator 14 is designed as a bubble store and acts as a volume buffer and energy storage.
- the pressure accumulator 14 consists of a high-strength steel container 28. In the steel container 28, a closed, elastic reservoir bladder 29 is integrated.
- the storage bladder 29 is filled with gas, usually nitrogen. By the storage bladder 29, the gas and the coolant KM are separated from each other.
- FIG. 5 shows the thermoforming tool 12 in the open position.
- coolant KM is pumped via the priming pump 15 into the pressure generator 13 (arrow P1) or sucked in via the supply line 22 from a coolant container, not shown here.
- Gravity can also be utilized to fill the cooling system KS with coolant KM if the coolant tank is arranged above the thermoforming tool 12.
- a combination between the utilization of the geodetic pressure and the suction of the coolant KM via the piston-cylinder units 16, 17 is possible.
- the accumulator 14 is relaxed.
- the closing valve 25 is closed.
- a metal plate in particular a plate made of hardenable steel, is heated to a temperature in the specific austenitizing temperature range of the material and then placed in the mold cavity 4 of the thermoforming mold 12 on the lower tool 3.
- the thermoforming tool 12 is closed.
- the upper tool 2 is moved downward in the direction of the lower tool 3.
- the pistons 19 of the piston-cylinder units 16, 17 in the cylinder 18 are moved downward.
- force is exerted on the coolant KM in the cylinder chambers 21 of the piston-cylinder units 16, 17, which leads to an increase in pressure.
- the coolant KM is pressed from the cylinders 18 via the main supply line 24 in the direction of the thermoforming tool 12 in the pressure accumulator 14 (arrow P2).
- the bladder pressure can be up to 25 MPa, for example 13 MPa.
- the pressure in accumulators 14 may vary as they are not always completely drained during the coolant supply cycle.
- the pressure relief valve 26 is provided.
- the check valve 27 prevents a return flow from the pressure accumulator 14 in the direction of the upstream pressure generator 13.
- thermoforming tool 12 By closing the thermoforming tool 12, the board is formed in the warm state. After completion of the closing movement, the mold component 5 is finished, so completed the forming process. Upon completion of the closing movement, the closing valve 25 is opened and coolant KM is transferred by relaxing the pressure accumulator 14 via the main supply line 24 and the supply lines 7 and the injection lines 8 in the mold space 4 (arrow P3).
- the coolant KM flows through the air gaps 10 between the mold component 5 and the contact surfaces 9 of the mold space 4. It comes to the direct contact of the coolant KM with the mold component 5 and the upper tool 2 and the lower tool 3 and the contact surfaces 9, whereby a direct cooling of the Molded component 5 and the associated curing takes place. This leads to a partial evaporation of the coolant.
- the pressure accumulator 14 ensures a back pressure of at least 0.5 MPa, preferably higher, to ensure further injection and maintenance of the pressure of the coolant KM.
- the used coolant KM runs out of the thermoforming tool 12 and is taken up in a drip pan and / or discharged via a collecting channel.
- thermoforming tool 12 After forming, the thermoforming tool 12 remains briefly closed for the required holding time to ensure the structural transformation for curing. Subsequently, the closing valve 25 is closed and the thermoforming tool 12 moves apart, so that the cycle can start anew.
- the inventively provided cooling system KS allows a very fast injection of coolant KM without delay in pressure build-up.
- the short coolant paths are advantageous because the cooling system KS is arranged in the thermoforming tool 12 or directly in the spatial vicinity of the thermoforming tool 12.
- the integration of the cooling system KS in the thermoforming tool 12 leads to a significantly reduced space requirements.
- the integration of the cooling system KS in the thermoforming tool 12, a mobility of the thermoforming tool 12 is possible.
- the thermoforming tool 12 can be used in various presses. A conversion of the thermoforming tool 12 from one press to another press is complete with upper tool 2 and lower tool 3 including cooling system KS.
- the cooling system KS continues to be characterized by the fact that there are hardly any pressure fluctuations in the system.
- thermoforming tool 12 as in the FIG. 7 represented corresponds to the basic structure of the hot mold 12 according to the FIGS. 5 and 6 ,
- the components or component components are therefore provided with the same reference numerals to a repeated description is omitted.
- the modification consists in the arrangement of a measuring and evaluation unit ME, which serves to determine the state of wear of the upper tool 2 and / or the lower tool 3.
- the blow-off amount of the relief valve 26 can be measured and used as a wear indicator for tool maintenance planning.
- the discharge side of the pressure relief valve 26 is connected to a measuring and evaluation unit ME.
- the blow-off quantity decreases with increasing tool wear or increasing volume of the air cushion between the tool and the workpiece. This means that the greater the wear, the more water gets into the air gaps and the less is blown out as a surplus per stroke of the tool.
- thermoforming tool 1 or 12 The basic principle and four possible exemplary embodiments of the cooling of the molded component in a thermoforming tool 1 or 12 are explained below.
- thermoforming tool 1 or 12 allows the coolant KM is introduced with a pressure p KM above the vapor pressure p D of the coolant KM in the mold space 4 and in the tool gap 6. This ensures a stable liquid phase of the coolant KM. This ensures a high heat transfer and a high heat dissipation and thus a very good cooling. Manufacturing and / or wear-related air gaps 10 between the contact surface 9 of the mold space 4 and the mold component 5 are closed by the coolant KM. Since the coolant KM, in the present case water, is above the vapor pressure p D under a high pressure P KM , evaporation upon contact with the hot component surface of the molded component 5 is prevented.
- FIG. 3 shows the curve of the vapor pressure p D of water.
- a liquid state of matter of the coolant KM is set by adjusting the pressure p KM of the coolant KM during the cooling phase in a range above the vapor pressure p D.
- the water is controlled in time with pressures p KM up to 25 MPa at very high volume flows in the mold space 4 of the closed thermoforming tool 1, 12 and pressed into the air gaps 10.
- pressures p KM up to 25 MPa at very high volume flows in the mold space 4 of the closed thermoforming tool 1, 12 and pressed into the air gaps 10.
- the component hardness can be controlled specifically.
- the minimum hardness in this case forms the hardness that is achieved for a certain holding time without injection cooling in the molded component, up to the maximum hardness, the material properties and the alloy concept of the component material depends.
- the control of injection start and end of injection is also possible by an online measurement of the mold component temperature in or comparatively on the tool.
- the component temperature T B of the mold component 5 in the mold space 4 is measured.
- the tool temperature T w in the region of the contact surfaces 9 of the mold space 4 can be measured.
- the starting time T A (injection start) and the end time T E (injection end) of the coolant supply is controlled as a function of the component temperature T B and / or the tool temperature T W.
- thermoforming tool 1 or 12 Due to the possible extremely short closing times of the thermoforming tool 1 or 12, partially cured mold components 5 can be produced, in which only certain regions of the mold component 5 in the mold space 4 are exposed to coolant KM. There is a sectional coolant injection into controllable areas of the mold space 4 and corresponding thereto on the areas of the mold component 5, which should be hard after removal. In the areas of the mold component 5, which should have a lower strength after the thermoforming and press-hardening process, the cooling can be additionally delayed by the use of means for influencing the heat transfer, which are arranged in the contact surfaces 9 of the mold space 4. Such means may be, for example, heating elements, clearances, air gaps, inserts of materials with lower or higher thermal conductivity or ceramic inserts.
- thermoforming tool 1 or 12 From the thermoforming tool 1 or 12, a mold component 5 is removed, which has at least two zones or areas which have different temperatures from each other. This mold component 5 is held fixed for further cooling in a separate cooling station. This measure has an advantageous effect on the defined cooling of the soft, non-hardened or less strongly hardened regions and prevents warping of the molded component 5.
- thermoforming tool 12 as in FIG. 2 as well as the FIGS. 5 and 6 shown used in which is dispensed with an indirect cooling system.
- the heat energy from the mold component is used in a planar manner to transfer the water from the liquid phase into the gaseous phase.
- the injection pressure p KM is timed or adapted via a temperature measurement on the mold component 5.
- the tool temperature T w is measured comparatively on the thermoforming tool 1 or in the area of the contact surfaces 9 of the molding space 4 and is constantly adapted to the vapor pressure p D.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen, insbesondere von Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen.
- Zur Gewichtsreduzierung und zur Erhöhung der Crashfestigkeit werden in der Automobilindustrie hochfeste Stahlbleche eingesetzt, die zu Formbauteilen warm umgeformt und pressgehärtet werden. Die Warmumformung und Presshärtung von Metallblechen als solches ist bekannt, beispielsweise durch die
DE 24 524 86 A1 . Hierbei wird eine Metallplatine bis auf eine Temperatur im spezifischen Austenitisierungstemperaturbereich des Werkstoffs, das heißt auf eine Temperatur über der Umwandlungstemperatur AC1, vorzugsweise größer als AC3, in einer Wärmebehandlungsanlage erwärmt, anschließend in ein Pressenwerkzeug eingelegt und umgeformt. Im Pressenwerkzeug eingespannt werden die Formbauteile durch Kühlung gehärtet. - Bei der für die Härtung notwendigen Kühlung unterscheidet man zwischen indirekter Kühlung und direkter Kühlung.
- Die indirekte Kühlung erfolgt über Kühlkanäle, welche in Form von Bohrungen oder Schlitzen (Schachtkühlung) in einem definierten Abstand zur Umformoberfläche in das Werkzeug eingebracht sind. Durch diese Kanäle fließt ein Kühlmittel, in der Regel Wasser, das die von dem warmen Formbauteil an das Werkzeug abgegebene Wärme nach außen abführt.
- Bei der direkten Kühlung wird das Formbauteil im Warmformwerkzeug direkt mit Kühlmedium in Kontakt gebracht. Bei dem aus der
DE 10 2005 028 010 B3 bekannten Warmformwerkzeug befindet sich das Unterwerkzeug der Presse innerhalb eines Flüssigkeitsbades. Dabei können sowohl Teile der Formgeometrie als auch die gesamte Formgeometrie unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen. Das warm zu formende und zu härtende Blechprofil wird oberhalb des Flüssigkeitsspiegels aufgelegt und beim Zufahren der Presse durch das Oberwerkzeug in das Flüssigkeitsbad eingetaucht und in das Unterwerkzeug tiefgezogen. - Eine direkte Kühlung in einem Warmformwerkzeug ist weiterhin aus der
DE 26 03 618 A1 bekannt. In der Umformfläche von Unter- und Oberwerkzeug sind konzentrische Ringnuten eingebracht, in die durch die Werkzeuge hindurch geführte Kanäle münden. Durch diese Kanäle wird eine Kühlflüssigkeit bis in die Ringnuten zum direkten Kontakt mit einem zu härtenden Blechprofil geführt. Diese direkte Kühlung lässt zumindest theoretisch eine verbesserte Kühlung erwarten, da die Kühlflüssigkeit in unmittelbaren Kontakt mit dem Formbauteil gelangt. - Einen wesentlichen Einfluss auf den Wärmeübergang und die Wärmeabfuhr hat in der Praxis der Kontaktdruck bzw. haben die Kontaktbedingungen zwischen dem Formbauteil und dem Warmformwerkzeug. Die Werkzeuge werden mit CNC-Maschinen bis auf hundertstel Millimeter genau gefertigt und anschließend tuschiert, um die Spalte zwischen Formbauteil und Werkzeug so gering wie möglich zu halten. Trotz aller Bemühungen kommt es in Bereichen in denen Bauteilabstreckungen erfolgen oder in Bereichen steiler Zargen zu Luftspalten zwischen Bauteil und Werkzeug, die stark isolierend wirken, so dass hier der Wärmübergang leidet. Auch verschleißbedingt lassen sich Luftspalte zwischen Bauteil und Werkzeug nicht vermeiden. Weiterhin sind aus der
EP 1 671 715 A1 , aus derUS 2008/295563 A1 und derEP 2 392 419 A1 Warmformwerkzeuge bekannt, mit denen es möglich ist, Stahlwerkstoffe warmumzuformen und presszuhärten. - Als Kühlmittel bzw. -flüssigkeit wird überwiegend Wasser verwendet, dessen hohe Verdampfungsenthalpie den Kühlvorgang begünstigt. Je nach Höhe der Oberflächentemperatur am Formbauteil treten beim Kontakt zwischen Kühlmittel und Formbauteil unterschiedliche Siedephänomene auf. Bei den hohen Oberflächentemperaturen verdampft das Wasser und es bildet sich auf der Formbauteiloberfläche ein Dampffilm aus, der aufgrund der gegenüber der Flüssigkeit wesentlich geringeren Wärmeleitfähigkeit isolierend wirkt. Im Bereich des Filmsiedens kühlt das Formbauteil daher nur langsamer ab. Wenn die zu kühlende Oberfläche die sogenannte Leidenfrosttemperatur unterschreitet, kommt es lokal und unregelmäßig verteilt über der Formbauteilfläche zu direktem Kontakt zwischen Flüssigkeit und Formbauteil. Der abgeführte Wärmestrom steigt in diesen Bereichen. Sobald die Temperatur des Kühlmittels die Siedetemperatur unterschreitet, findet keine Verdampfung mehr statt und die Wärme wird bei völlig benetzter Formbauteiloberfläche konvektiv übertragen. Die vorgeschilderten Siedephänomene bzw. Phasenzustände des Kühlmittels während der Kühlung können zu lokal sowie zeitlich unterschiedlichen und nicht kontrollierbaren Abkühlvorgängen am Formbauteil führen. Dies wirkt sich auf die Bauteileigenschaften und letztendlich auf die Produktqualität aus.
- Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen weiterzuentwickeln, um die Effizienz des Wärmeübergangs zu steigern und somit die Kühlwirkung zu verbessern sowie um die Werkstoffkennwerte der Formbauteile differenziert und prozesssicher sowie reproduzierbar einstellen zu können. Weiterhin zielt die Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen anlagentechnisch zu verbessern.
- Die Lösung der Aufgabe zeigt Anspruch 1 auf. Der Kerngedanke dieser Lösung sieht vor, den Aggregatzustand des Kühlmittels zu steuern. Durch eine gezielte Steuerung des Aggregatzustandes und einer Einstellung der flüssigen Phase sowie der dampf- und/oder gasförmigen Phase mittels Druck und Kühlmittelmenge können hohe Wärmeströme bei verbesserter Kontrolle des Kühlvorgangs abgeführt werden. Weiterhin können die Werkstoffkennwerte des Formbauteils hinsichtlich Härte und Zugfestigkeit vollständig oder partiell unterschiedlich eingestellt werden.
- Die Beaufschlagung des Formbauteils mit Kühlmittel im Formraum, um dieses zu kühlen und zu härten, kann vollflächig über die gesamte Bauteiloberfläche oder partiell auf bestimmte Bereiche des Formbauteils beschränkt erfolgen. Man erhält so ein vollständig pressgehärtetes Formbauteil oder ein partiell gehärtetes bzw. partiell unterschiedlich gehärtetes Formbauteil. Es ist auch möglich verschiedene Bereiche des Formbauteils unterschiedlich zu kühlen und so diesen Bereichen voneinander verschiedene Härtewerte und Festigkeitseigenschaften zu verleihen.
- Das Kühlmittel wird mit einem Druck von bis zu 25 MPa in den Formraum eingebracht und zwar mit sehr hohen Volumenströmen. Auch kann die Zeitdauer der Kühlmittelzufuhr und/oder die Höhe des Drucks variiert werden. Für die Praxis ist davon auszugehen, dass der Mindestdruck 6 MPa betragen sollte. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Vordruck von kleiner als 6 MPa eine unvollständige Wärmeübertragung zu einer signifikanten Verringerung der Abkühlung des Werkstücks und damit der Festigkeit des fertigen Hohlformbauteils führt.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Bauteiltemperatur des Formbauteils im Formraum gemessen. Weiterhin kann auch die Werkzeugtemperatur im Bereich der Kontaktflächen des Formraums gemessen werden. In Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur und/oder der Werkzeugtemperatur wird der Anfangszeitpunkt und der Endzeitpunkt der Kühlmittelzufuhr gesteuert.
- Weiterhin ist in einer Verfahrensmodifikation vorgesehen, dass die Kühlmittelverteilung im Formraum variabel steuerbar ist. Hierbei können bestimmte (erste) Bereiche des Formbauteil mit Kühlmittel beaufschlagt werden und andere (zweite) Bereiche des Formbauteils nicht. Auch können von einander verschiedene Bereiche zeitlich versetzt mit Kühlmittel beaufschlagt werden, um so gezielt bzw. differenziert die Werkstoffeigenschaften in diesen Bereichen bauteilgerecht einzustellen.
- Insbesondere wenn das Bauteil in Bereichen unterschiedlich gekühlt wird, ist es von Vorteil, wenn das Formbauteil nach der Entnahme aus dem Warmformwerkzeug in einer Abkühlstation fixiert gehalten wird. Hierdurch kann ein Verzug des Formbauteils in Folge von Wärmespannungen vermieden werden.
- Zur gezielten Einstellung des Aggregatzustandes des Kühlmittels wird der Druck mit dem das Kühlmittel in den Formraum eingebracht bzw. gespritzt wird während der Kühlphase steuerungstechnisch an den Dampfdruck des Kühlmittels angepasst. Je nach Einspritzdruck ist es möglich im Werkzeugspalt eine Wasserschicht mit guter Wärmeleitung oder einen Nassdampf mit anderer Wärmeleitfähigkeit zu erzeugen.
- Der Druck kann - wie vorstehend bereits herausgestellt - zeitgesteuert und/oder temperaturgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit einer Temperaturmessung am Formbauteil im Warmformwerkzeug und/oder am Warmformwerkzeug selbst eingestellt werden.
- Das Kühlmittel kann des Weiteren intermittierend in den Formraum gespritzt werden. Hierdurch stehen zwei regelungstechnisch auch im Rahmen einer Massenfertigung rationell umsetzbare Parameter - Impulsdauer und Frequenz - zur Verfügung. Durch gezielte Steuerung der Kühlmittelmenge pro Impuls und deren zeitliche Abfolge können hohe Wärmeströme abgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Steuerung derart, dass ein Impuls pro Pressendruck bzw. Werkzeughub realisiert wird.
- Eine Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Warmformwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 6.
- Das Warmformwerkzeug umfasst ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug. Im Ober- und/oder Unterwerkzeug sind Zuflusskanäle vorgesehen, über welche ein Kühlmedium in den zwischen Oberwerkzeug und Unterwerkzeug ausgebildeten Formraum bzw. den Werkzeugspalt des geschlossenen Formraums leitbar ist. Der Aggregatzustand des Kühlmittels ist einstellbar. Dies erfolgt über eine Steuerung der Höhe des Druckes mit dem das Kühlmittel in den Formraum während des Kühlprozesses eingespritzt bzw. gepresst wird. Hierzu sind dem Warmformwerkzeug alle notwendigen steuerungs- und regeltechnischen Apparate und Aggregate zugeordnet, insbesondere eine Hochdruckpumpe, ein Druckübersetzer, einen Hochdruckspeicher, eine Einspritzsteuerung und/oder eine Kühlmittelmengensteuerung.
- Das Kühlmittel ist mit einem Druck in den Formraum einspritzbar, wobei die Höhe des Drucks und/oder die Einspritzdauer des Kühlmittels steuerbar sind.
- Im Oberwerkzeug und/oder im Unterwerkzeug sind Versorgungsleitungen für das Kühlmittel vorgesehen. Von den Versorgungsleitungen zweigen Einspritzleitungen ab, die in dem Formraum münden. Mündungsseitig können die Einspritzleitungen Düsen aufweisen, vorzugsweise münden die Einspritzleitungen mit dünnen Öffnungen ohne integrierte Düsen in den Formraum.
- Bei einer Modifikation des Warmformwerkzeugs sind in den Kontaktflächen des Formraums Mittel zur Beeinflussung der Wärmeübertragung angeordnet. Bei solchen Mitteln kann es sich insbesondere um Heizelemente, Freimachungen, Luftspalte, Einsätze aus Materialien mit geringerer oder höherer Wärmeleitfähigkeit oder Keramikeinsätze handeln. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für die Herstellung von partiell unterschiedlich gehärteten Formbauteilen geeignet, wobei entweder gezielt ein Luftübergang im Luftpolster mit minimaler Wärmeübertragung oder eben ein größtmöglicher Wärmeübergang durch Einspritzen des Kühlmittels realisiert werden kann.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung des Warmformwerkzeugs sieht vor, dass eine Mess-und Auswerteeinheit vorgesehen ist, mittels der der Verschleißzustand des Warmformwerkzeugs bzw. des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs ermittelbar ist. Der Verschleißzustand kann insbesondere durch Auswertung der Betriebsdrücke, des Kühlmittelvolumens und/oder der an Überdruckventilen gemessenen Ablassmengen des Kühlmittels ermittelt werden. Die Verschleiß- bzw. Zustandsermittlung des Warmformwerkzeugs ermöglicht eine Werkzeugsinstandhaltungsplanung.
- Das Warmformwerkzeug weist ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug auf. Das Kühlmittel wird über ein Kühlsystem bereitgestellt und über Zuflusskanäle, die im Oberwerkzeug und/oder Unterwerkzeug vorgesehen sind, in den zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug ausgebildeten Formraum eingeleitet. Das Kühlsystem umfasst wenigstens einen Druckerzeuger, wobei der Druckerzeuger zumindest mittelbar durch das Warmformwerkzeug, also das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug, angetrieben ist. Besonders bevorzugt ist der Druckerzeuger ein Energieumformer in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit.
- Als Volumenpuffer und Energiespeicher ist ein Druckspeicher in das Kühlsystem integriert. Insbesondere kommt ein hydropneumatischer Druckspeicher in Form eines Blasenspeichers, eines Membranspeichers oder eins Kolbenspeichers zur Anwendung.
- Der hydropneumatische Druckspeicher ist ein hydraulisches Bauteil, welches sich die Kompressibilität von Gas, in der Regel Stickstoff, zu Nutze macht, um im Kühlsystem Druck und Volumen des inkompressiblen Kühlmediums zu speichern. Der Druckspeicher besteht aus einem hochfesten Stahlbehälter. Der Flüssigkeits- und der Gasteil sind durch ein gasdichtes Trennelement (Blase oder Membrane) getrennt. Der Flüssigkeitsraum des Druckspeichers steht mit dem Kühlsystem in Verbindung. Bei Anstieg des Drucks strömt Kühlmittel in den Flüssigkeitsraum und komprimiert damit das im Gasraum befindliche Gas (Stickstoff). Beim Absinken des Drucks expandiert das verdichtete Gas und stellt somit die gespeicherte Energie dem Kühlsystem zur Verfügung.
- Die Grundversorgung des Kühlsystems mit Kühlmittel erfolgt über eine Vorfüllpumpe. Die Vorfüllpumpe führt Kühlmittel zum Druckerzeuger. Hierzu sind die Vorfüllpumpe und der Druckerzeuger über eine Leitung verbunden, in welche ein Rückschlagventil integriert ist.
- Der Druckerzeuger füllt den Druckspeicher während der Schließbewegung des Warmformwerkzeugs. Hierzu ist der bzw. Druckerzeuger vorzugsweise mit dem Oberwerkzeug des Warmformwerkzeugs mechanisch gekoppelt. Zur Kühlung des umgeformten Formbauteils am Ende der Schließbewegung des Warmformwerkzeugs bzw. des Oberwerkzeugs wird die Kühlmittelzufuhr geöffnet und man entnimmt Kühlmittel aus dem Druckspeicher. Der Druckspeicher stellt damit die Zufuhr von unter hohem Druck von bis zu 25 MPa stehenden Kühlmittel in das Warmformwerkzeug sicher.
- Die Druckerzeugung innerhalb des Kühlsystems erfolgt mithin vollständig oder zumindest teilweise durch das Warmformwerkzeug selbst. Hierzu wird die Bewegung des Oberwerkzeugs und/oder des Unterwerkzeugs beim Schließen und Öffnen zum Antrieb bzw. zur Betätigung des Druckerzeugers genutzt.
- Natürlich ist es auch vorstellbar, dass das Kühlsystem ergänzend auch durch die Vorfüllpumpe selbst auf einen Mindestdruck gehoben wird, wobei dies eine Hochdruckpumpe mit geringem Volumendurchsatz und entsprechend hohen Verlusten im Dauerbetrieb nach sich ziehen würde.
- Weiterhin möglich ist, dass die Kolben-Zylinder-Einheit anstelle der werkzeugintegrierten Ausführung unterhalb der Presse bzw. des Warmformwerkzeugs positioniert ist aber dennoch mittelbar durch den Pressendruck betätigt wird.
- Eine weitere Ausführungsvariante stellt sich dadurch dar, dass eine Hochdruckpumpe welche die Funktion des Druckerzeugers übernimmt zwischen Vorderpumpe und Druckspeicher positioniert ist.
- Möglich ist auch, dass eine Vorfüllpumpe außerhalb des Werkzeugs positioniert und unabhängig vom Pressenhub gesteuert betrieben wird.
- Vorzugsweise sind zwei oder mehr Druckerzeuger vorgesehen. Die Kühlmittelzuführung zum Oberwerkzeug und zum Unterwerkzeug erfolgt vorzugsweise getrennt voneinander, so dass zwei Teilkühlsysteme vorgesehen sind. Auf diese Weise werden das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug unabhängig voneinander mit Kühlmittel versorgt, so dass keine Hochdruckleitungen direkt zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug verlegt werden müssen.
- Bei einem für die Praxis besonders vorteilhaften Warmformwerkzeug sind der Druckerzeuger und der Druckspeicher kühlmittelleitend miteinander verbunden, wobei in die Verbindungsleitung zwischen Druckerzeuger und Druckspeicher ein Überdruckventil und vorzugsweise ein weiteres Rückschlagventil integriert sind.
- Für die Praxis ist es vorteilhaft, wenn in das Kühlsystem und den Kühlmittelkreislauf eine Filtereinrichtung integriert ist. Des Weiteren können im Kühlsystem ein Wärmetauscher und/oder ein Kühler vorgesehen sein. Dieser ist vor oder nach der Filtereinrichtung geschaltet oder auch in einem Filterbecken angeordnet. Gebrauchtes Kühlmittel tritt aus dem Warmformwerkzeug aus und wird in einem Auffangsystem aufgenommen und der Wiedernutzung zugeführt.
- Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Figuren und durch Erläuterung von verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Figuren zeigen:
- Figur 1
- schematisch eine erste Ausführungsform eines Warmformwerkzeuges in einer vertikalen Schnittdarstellung;
- Figur 2
- schematisch eine zweite Ausführungsform eines Warmformwerkzeuges in einer vertikalen Schnittdarstellung;
- Figur 3
- die Dampfdruckkurve von Wasser;
- Figur 4
- die Dampfdruckkurve von Wasser mit der Darstellung von zwei Punkten unterschiedlicher Druckhöhe bei denen unterschiedliche Aggregatzustände des Wassers vorliegen;
- Figur 5
- ein Warmformwerkzeug entsprechend der
Figur 2 in der Offenstellung mit der Darstellung des Kühlsystems; - Figur 6
- das Warmformwerkzeug entsprechend der
Figur 5 in der Schließstellung und - Figur 7
- eine Variante des Warmformwerkzeugs wie in der
Figur 5 dargestellt. -
Figur 1 zeigt ein Warmformwerkzeug 1. Das Warmformwerkzeug 1 umfasst im Wesentlichen ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3, die relativ zueinander verlagerbar sind und zwischen denen ein Formraum 4 ausgebildet ist. - Im Formraum 4 eingespannt erkennt man ein umgeformtes Formbauteil 5 aus Stahl. Der beim geschlossenen Formraum 4 zwischen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 ausgebildete Werkzeugspalt ist mit 6 bezeichnet. Zur Herstellung des Formbauteils 5 ist eine Platine aus härtbarem Stahl auf eine Härtetemperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt, dann in das Warmformwerkzeug 1 überführt und umgeformt worden. Im Formraum 4 eingespannt wird das Formbauteil 5 durch eine schnelle Abkühlung unterhalb der Martensit-Starttemperatur abgekühlt und gehärtet.
- Im Oberwerkzeug 2 und im Unterwerkzeug 3 sind Versorgungsleitungen 7 vorgesehen, von denen Einspritzleitungen 8 zum Formraum 4 abgehen. Zur Kühlung des Formbauteils 5 wird Kühlmittel KM, in der Regel Wasser, von den Versorgungsleitungen 7 über die Einspritzleitungen 8 in den Formraum 4 bzw. den Werkzeugspalt 6 und in zwischen dem Formbauteil 5 und den Kontaktflächen 9 des Formraums 4 vorhandene Luftspalte 10 eingespritzt. Zum Warmformwerkzeug 1 gehören weiterhin hier nicht dargestellte Druckerzeuger und/oder ein Druckspeicher sowie Steuer- und Regelgeräte für die Einstellung des Kühlmitteldrucks sowie der Kühlmittelmenge, der Zeitdauer der Kühlmittelzufuhr und Temperaturmesselemente.
- Im Formraum 4 erfolgt eine direkte Kühlung durch Einspritzen bzw. Einpressen von Kühlmittel KM und dem Kontakt des Kühlmittels KM mit dem Formbauteil 5. Die Kühlmittelversorgung einschließlich der Versorgungsleitung 7, der Einspritzleitung 8 und der zugehörigen drucktechnischen Apparate und Geräte gehören zu einem ersten Kühlsystem. Das erste Kühlsystem arbeitet im Hochdruckbereich, wobei der Druck und der Aggregatzustand des Kühlmittels KM einstellbar sind.
- Im Oberwerkzeug 2 und im Unterwerkzeug 3 erkennt man ferner Kühlkanäle 11. Diese gehören zu einem zweiten Kühlsystem, über welches eine indirekte Kühlung des Formbauteils 5 erfolgt. Durch die Kühlkanäle 11 wird ein Kühlmittel geführt, das die von dem warmen Formbauteil 5 an das Warmformwerkzeug 1 bzw. das Oberwerkzeug 2 und das Unterwerkzeug 3 abgegebene Wärme aufnimmt und nach außen abführt. Als Kühlmittel kommt auch hier bevorzugt Wasser zum Einsatz. Vorzugsweise wird das Kühlmittel beim zweiten Kühlsystem in einem Kühlkreislauf mit Rückkühlung geführt. Während das Kühlmittel KM im ersten Kühlsystem unter Hochdruck steht, liegt das Kühlmittel im zweiten Kühlsystem mit Betriebsdrücken von bis zu 0,6 MPa vor.
- Das in der
Figur 2 dargestellte Warmformwerkzeug 12 entspricht vom grundsätzlichem Aufbau mit Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 dem zuvor anhandFigur 1 erläuterten Warmformwerkzeug 1. Demzufolge sind einander entsprechende Bauteile bzw. Bauteilkomponente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auf eine nochmalige Erläuterung wird verzichtet. - Das Warmformwerkzeug 12 unterscheidet sich vom Warmformwerkzeug 1 dadurch, dass eine indirekte Kühlung entfällt und im Oberwerkzeug 2 und im Unterwerkzeug 3 keine separaten Kühlkanäle vorgesehen sind, über welche Wärme vom Warmformwerkzeug 12 abgeführt wird.
- Die
Figuren 5 und 6 zeigen ein Warmformwerkzeug 12 - wie auch anhand derFigur 2 erläutert - zusammen mit einem Kühlsystem KS. DieFigur 5 zeigt das Warmformwerkzeug 12 in der Offenstellung. DieFigur 6 zeigt das Warmformwerkzeug 12 in der Schließstellung mit umgeformten und eingespannten Formbauteil 5. - Das Warmformwerkzeug 12 weist, wie vorstehend beschrieben, ein Oberwerkzeug 2 und ein Unterwerkzeug 3 auf, die relativ zueinander verlagerbar sind und zwischen denen ein Formraum 4 ausgebildet ist.
- Im Oberwerkzeug 2 und im Unterwerkzeug 3 sind Versorgungsleitungen 7 vorgesehen, von denen Einspritzleitungen 8 abgehen, die in den Formraum 4 münden. Das Kühlmittel KM wird über ein Kühlsystem KS bereitgestellt. Zum Kühlsystem KS gehören Druckerzeuger 13 und ein Druckspeicher 14 nebst steuer-und regeltechnischen Apparaten und Geräten sowie Absperrorgane und eine Vorfüllpumpe 15.
- Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Kühlsystem KS zwei Druckerzeuger 13 auf in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17. Diese sind antriebstechnisch mit dem Warmformwerkzeug 12 gekoppelt und werden durch das Oberwerkzeug 2 betätigt. Die Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17 bestehen jeweils im Wesentlichen aus einem Zylinder 18 mit einem darin geführt verlagerbaren Kolben 19 sowie einer Kolbenstange 20, die mechanisch mit dem Oberwerkzeug 2 in Verbindung steht. Die Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17 sind untereinander synchronisiert, wobei die Zylinderräume 21 kühlmittelleitend kommunizieren. Durch die Kommunikation der Drucksysteme auf allen Seiten kann insbesondere bei einer Fehlfunktion, wie zum Beispiel einer Undichtigkeit in einem der Druckhaltesysteme eine Verkeilung der Presse unterbunden werden.
- Die Vorfüllpumpe 15 versorgt das Kühlsystem KS mit Kühlmittel KM und sorgt für den nötigen Vordruck. Durch die Vorfüllpumpe 15 wird das Kühlmittel KM über eine Zuführleitung 22 in den Zylinderraum 21 der Kolben-Zylinder-Einheit 16 überführt (Pfeil P1). In die Zuführleitung 22 ist ein Rückschlagventil 23 integriert. Das Rückschlagventil 23 erlaubt den freien Durchfluss des Kühlmittels KM in Richtung zum Druckerzeuger 13 bzw. der Kolben-Zylinder-Einheit 16 und sperrt ihn in der umgekehrten Richtung. In die Zuführleitung 22 zwischen Vorfüllpumpe 15 und Rückschlagventil 23 ist des Weiteren ein Überdruckventil 30 integriert.
- Die Vorfüllpumpe 15 liefert kontinuierlich Kühlmittel KM in die Druckerzeuger 13. Die Vorfüllpumpe 15 kann kontinuierlich laufen, was die Standzeit erhöht, weil die An-und Abschaltvorgänge minimiert werden können.
- Von der Kolben-Zylinder-Einheit 16 wird das Kühlmittel KM über eine Hauptversorgungsleitung 24 in die Versorgungsleitungen 7 im Oberwerkzeug 2 und im Unterwerkzeug 3 überführt. In der Hauptversorgungsleitung 24 ist ein Schließventil 25 angeordnet, über welches die Zufuhr von Kühlmittel KM zum Warmformwerkzeug 12 geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
- Der Druckspeicher 14 ist an die Hauptversorgungsleitung 24 angeschlossen. In die Hauptversorgungsleitung 24 ist zwischen dem Druckerzeuger 13 bzw. der Kolben-Zylinder-Einheit 16 und dem Druckspeicher 14 vorgeschaltet ein Überdruckventil 26 und ein Rückschlagventil 27 integriert.
- Der Druckspeicher 14 ist ausgeführt als Blasenspeicher und fungiert als Volumenpuffer und Energiespeicher. Der Druckspeicher 14 besteht aus einem hochfesten Stahlbehälter 28. Im Stahlbehälter 28 ist eine geschlossene, elastische Speicherblase 29 integriert. Die Speicherblase 29 ist mit Gas, in der Regel Stickstoff, befüllt. Durch die Speicherblase 29 werden das Gas und das Kühlmittel KM voneinander getrennt.
- Auch wenn in dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel nur ein Druckspeicher 14 nebst Steuer- und Ventilorganen dargestellt ist, ist in der Praxis eine symmetrische Auslegung des Kühlsystems KS zweckmäßig. Demnach ist auch der in der Bildebene links dargestellte Druckerzeuger 13 in Form der Kolben-Zylinder-Einheit 17 mit den vorerläuterten Ventilen sowie einem Druckspeicher 14 ausgerüstet sowie mit Leitungen zum Überführen des Kühlmittels KM in die Versorgungsleitungen 7.
- Die Arbeitsweise und das Funktionsprinzip zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen werden im Folgenden beschrieben.
- Die
Figur 5 zeigt das Warmformwerkzeug 12 in der Offenstellung. In derFigur 6 erkennt man die Schließstellung des Warmformwerkzeugs 12. Beim Hochfahren des Oberwerkzeugs 2 wird Kühlmittel KM über die Vorfüllpumpe 15 in die Druckerzeuger 13 gepumpt (Pfeil P1) oder über die Zuführleitung 22 aus einem hier nicht dargestellten Kühlmittelbehälter eingesaugt. Zum Füllen des Kühlsystems KS mit Kühlmittel KM kann auch die Schwerkraft ausgenutzt werden, wenn der Kühlmittelbehälter oberhalb des Warmformwerkzeugs 12 angeordnet ist. Auch eine Kombination zwischen der Ausnutzung des geodätischen Drucks und dem Ansaugen des Kühlmittels KM über die Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17 ist möglich. Während dieser Phase ist der Druckspeicher 14 entspannt. Das Schließventil 25 ist geschlossen. - Eine Metallplatine, insbesondere eine Platine aus härtbarem Stahl, wird bis auf eine Temperatur im spezifischen Austenitisierungstemperaturbereich des Werkstoffs erwärmt und anschließend in den Formraum 4 des Warmformwerkzeugs 12 auf das Unterwerkzeug 3 aufgelegt.
- Das Warmformwerkzeug 12 wird geschlossen. Hierzu wird das Oberwerkzeug 2 nach unten in Richtung zum Unterwerkzeug 3 bewegt. Bei der Schließbewegung werden die Kolben 19 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17 im Zylinder 18 abwärts bewegt. Hierbei wird Kraft auf das Kühlmittel KM in den Zylinderräumen 21 der Kolben-Zylinder-Einheiten 16, 17 ausgeübt, was zu einem Druckanstieg führt. Das Kühlmittel KM wird aus den Zylindern 18 über die Hauptversorgungsleitung 24 in Richtung zum Warmformwerkzeug 12 in den Druckspeicher 14 gedrückt (Pfeil P2). In der Praxis kann der Blasenvordruck bis zu 25 MPa, beispielsweise 13 MPa, betragen. Der Druck in den Druckspeichern 14 kann variieren, da diese während des Kühlmittelversorgungszyklusses nicht immer vollständig entleert werden. Zur Verhinderung eines Überdrucks im Druckspeicher 14 ist das Überdruckventil 26 vorgesehen. Das Rückschlagventil 27 verhindert einen Rückfluss vom Druckspeicher 14 in Richtung des vorgeschalteten Druckerzeugers 13.
- Es hat sich gezeigt, dass bei einem Vordruck von kleiner als 6 MPa eine unvollständige Wärmeübertragung zu einer signifikanten Verringerung der Abkühlung des Werkstücks und damit der Festigkeit des fertigen Formbauteils 5 führt.
- Durch Schließen des Warmformwerkzeugs 12 wird die Platine im warmen Zustand umgeformt. Nach Beendigung der Schließbewegung ist das Formbauteil 5 fertig geformt, der Umformvorgang also abgeschlossen. Mit Beendigung der Schließbewegung wird das Schließventil 25 geöffnet und Kühlmittel KM wird durch Entspannen des Druckspeichers 14 über die Hauptversorgungsleitung 24 sowie die Versorgungsleitungen 7 und die Einspritzleitungen 8 in den Formraum 4 überführt (Pfeil P3).
- Das Kühlmittel KM flutet die Luftspalte 10 zwischen dem Formbauteil 5 und den Kontaktflächen 9 des Formraums 4. Es kommt zum unmittelbaren Kontakt des Kühlmittels KM mit dem Formbauteil 5 und dem Oberwerkzeug 2 sowie dem Unterwerkzeug 3 bzw. den Kontaktflächen 9, wodurch eine direkte Kühlung des Formbauteils 5 und der damit einhergehenden Härtung erfolgt. Hierbei kommt es zu einem teilweisen Verdampfen des Kühlmittels. Der Druckspeicher 14 stellt einen Gegendruck von mindestens 0,5 MPa, vorzugsweise höher, sicher, um ein weiteres Einspritzen und Aufrechterhalten des Drucks des Kühlmittels KM zu gewährleisten.
- Das gebrauchte Kühlmittel KM läuft aus dem Warmformwerkzeug 12 ab und wird in einer Auffangwanne aufgenommen und/oder über eine Sammelrinne abgeführt.
- Nach dem Umformen bleibt das Warmformwerkzeug 12 kurz für die benötigte Haltezeit zur Sicherstellung der Gefügeumwandlung zum Härten geschlossen. Anschließend wird das Schließventil 25 geschlossen und das Warmformwerkzeug 12 fährt auseinander, so dass der Zyklus von neuem beginnen kann.
- Das erfindungsgemäß vorgesehene Kühlsystem KS ermöglicht ein sehr schnelles Einspritzen von Kühlmittel KM ohne Verzögerung im Druckaufbau. Vorteilhaft hierzu sind insbesondere die kurzen Kühlmittelwege, weil das Kühlsystem KS im Warmformwerkzeug 12 bzw. unmittelbar in räumlicher Nähe des Warmformwerkzeugs 12 angeordnet ist. Die Integration des Kühlsystems KS in das Warmformwerkzeug 12 führt zu einem wesentlich reduzierten Platzbedarf. Durch die Integration des Kühlsystems KS in das Warmformwerkzeug 12 ist auch eine Mobilität des Warmformwerkzeugs 12 möglich. Das Warmformwerkzeug 12 kann in verschiedenen Pressen genutzt werden. Ein Umrüsten des Warmformwerkzeugs 12 von einer Presse zu einer anderen Presse erfolgt komplett mit Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 einschließlich Kühlsystem KS.
- Anlagentechnisch zeichnet sich das Kühlsystem KS weiterhin dadurch aus, dass kaum Druckschwankungen im System festzustellen sind.
- Das Warmformwerkzeug 12, wie in der
Figur 7 dargestellt entspricht vom grundsätzlichen Aufbau dem Warmformwerkzeug 12 entsprechend denFiguren 5 und 6 . Die Bauteile bzw. Bauteilkomponenten sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Die Modifikation besteht in der Anordnung einer Mess- und Auswerteeinheit ME, die zur Ermittlung des Verschleißzustandes des Oberwerkzeugs 2 und/oder des Unterwerkzeugs 3 dient. Die Abblasmenge des Überdruckventils 26 kann gemessen werden und als Verschleißanzeiger für die Werkzeuginstandhaltungsplanung genutzt werden. Dazu ist die Abblasseite des Überdruckventils 26 mit einer Mess- und Auswerteeinheit ME verbunden. Die Abblasmenge sinkt mit zunehmendem Werkzeugverschleiß bzw. zunehmendem Volumen der Luftpolster zwischen Werkzeug und Werkstück an. Das bedeutet, je größer der Verschleiß ist, umso mehr Wasser geht in die Luftspalte und umso weniger wird je Hub des Werkzeugs als Überschuss ausgeblasen. Durch Überwachung und Auswertung der Abblasmenge können Rückschlüsse auf den Werkzeugverschleiß gezogen und damit eine Werkzeugdiagnose durchgeführt werden. - Nachfolgend sind das Grundprinzip und vier mögliche Ausführungsbeispiele der Kühlung des Formbauteils in einem Warmformwerkzeug 1 bzw. 12 erläutert.
- Die apparative Ausgestaltung des Warmformwerkzeug 1 oder 12 ermöglicht es, dass das Kühlmittel KM mit einem Druck pKM oberhalb des Dampfdrucks pD des Kühlmittels KM in den Formraum 4 und in den Werkzeugspalt 6 eingebracht wird. Dies gewährleistet eine stabile Flüssigkeitsphase des Kühlmittels KM. Hierdurch wird ein hoher Wärmeübergang bzw. eine hohe Wärmeabfuhr gewährleistet und damit eine sehr gute Kühlung. Fertigungs- und/oder verschleißbedingte Luftspalte 10 zwischen der Kontaktfläche 9 des Formraums 4 und dem Formbauteil 5 werden durch das Kühlmittel KM geschlossen. Da das Kühlmittel KM, vorliegend Wasser, unter einem hohen Druck PKM oberhalb des Dampfdrucks pD steht, wird ein Verdampfen beim Kontakt mit der heißen Bauteiloberfläche des Formbauteils 5 verhindert. Die Kühlung erfolgt gleichmäßig über die gesamte Formbauteiloberfläche. Zonen schlechter Wärmeleitung durch Dampfbildung werden vermieden.
Figur 3 zeigt die Kurve des Dampfdrucks pD von Wasser. Beim grundlegenden Prinzip der Erfindung wird ein flüssiger Aggregatzustand des Kühlmittels KM eingestellt, in dem der Druck pKM des Kühlmittels KM während der Kühlphase in einem Bereich oberhalb des Dampfdrucks pD eingestellt wird. Das Wasser wird zeitlich gesteuert mit Drücken pKM bis zu 25 MPa bei sehr hohen Volumenströmen in den Formraum 4 des geschlossenen Warmformwerkzeugs 1, 12 bzw. in die Luftspalte 10 gepresst. Durch das in den Formraum 4 bzw. den Werkzeugspalt 6 und in die Luftspalte 10 eingespritzte, unter hohem Druck stehende Wasser wird ein sehr guter Wärmeübergang und damit eine hohe Kühlwirkung sichergestellt. Das Verdampfen des Wassers und ein für die Wärmeabfuhr nachteiliger, isolierender Dampffilm wird vermieden. Der Wärmeübergang entspricht zumindest nahezu dem Wärmeübergang bei vollflächigem Werkzeugkontakt. - Durch die zeitliche Steuerung von Einspritzanfang und Einspritzende sowie die Druckhöhe kann die Bauteilhärte gezielt gesteuert werden. Die Mindesthärte bildet hierbei die Härte, die bei einer bestimmten Zuhaltezeit ohne Einspritzkühlung in dem Formbauteil erreicht wird, bis hin zur maximalen Härte, die von den Werkstoffeigenschaften und dem Legierungskonzept des Bauteilwerkstoffes abhängt. Die Steuerung von Einspritzanfang und Einspritzende ist auch durch eine Onlinemessung der Formbauteiltemperatur im oder vergleichend am Werkzeug möglich. Hierzu wird die Bauteiltemperatur TB des Formbauteils 5 im Formraum 4 gemessen. Weiterhin kann die Werkzeugtemperatur Tw im Bereich der Kontaktflächen 9 des Formraums 4 gemessen werden. Der Anfangszeitpunkt TA (Einspritzanfang) und der Endzeitpunkt TE (Einspritzende) der Kühlmittelzufuhr wird in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur TB und/oder der Werkzeugtemperatur TW gesteuert.
- Durch die möglichen extrem kurzen Zuhaltezeiten des Warmformwerkzeugs 1 bzw. 12 lassen sich partiell gehärtete Formbauteile 5 herstellen, in dem nur bestimmte Bereiche des Formbauteils 5 im Formraum 4 mit Kühlmittel KM beaufschlagt werden. Es erfolgt eine sektionale Kühlmitteleinspritzung in ansteuerbare Bereiche des Formraums 4 und korrespondierend hierzu auf die Bereiche des Formbauteils 5, die nach der Entnahme hart sein sollen. In den Bereichen des Formbauteils 5, die nach dem Warmform- und Presshärtvorgang eine geringere Festigkeit haben sollen, kann die Abkühlung noch zusätzlich durch den Einsatz von Mitteln zur Beeinflussung der Wärmeübertragung verzögert werden, die in den Kontaktflächen 9 des Formraums 4 angeordnet sind. Bei solchen Mitteln kann es sich beispielsweise um Heizelemente, Freimachungen, Luftspalte, Einsätze aus Materialien mit geringerer oder höherer Wärmeleitfähigkeit oder Keramikeinsätze handeln.
- Aus dem Warmformwerkzeug 1 bzw. 12 wird ein Formbauteil 5 entnommen, welches zumindest zwei Zonen bzw. Bereiche aufweist, die voneinander verschiedene Temperaturen haben. Dieses Formbauteil 5 wird zur weiteren Abkühlung in einer gesonderten Abkühlstation fixiert gehalten. Diese Maßnahme wirkt sich vorteilhaft auf die definierte Abkühlung der weichen, nicht oder weniger stark gehärteten Bereiche aus und verhindert ein Verziehen des Formbauteils 5.
- Durch eine Variation der Einspritzdauer in Verbindung mit einer Variation des Einspritzdruckes pKM können frei unterschiedliche Wärmeübergangskoeffizienten über ein Formbauteil 5 verteilt eingestellt werden. Je nach Einspritzdruck ist es möglich, im Formraum 4 bzw. im Werkzeugspalt 6 zwischen Oberwerkzeug 2 und Unterwerkzeug 3 eine Wasserschicht mit einer guten Wärmeleitung und einen Nassdampf mit einer anderen, schlechteren Wärmeleitfähigkeit zu erzeugen. Die beiden Betriebspunkte des Kühlmitteldrucks sind in der
Figur 4 gekennzeichnet. Punkt 1 liegt im Bereich einer stabilen Flüssigphase oberhalb der Kurve des Dampfdrucks pD. Punkt 2 liegt im Nassdampfbereich unterhalb der Kurve des Dampfdrucks pD. Hierdurch besteht eine weitere Möglichkeit, die Bauteileigenschaften gezielt einzustellen. - Durch ein Betreiben der Hochdruckeinspritzkühlung im Nassdampfbereich können Warmformwerkzeuge günstig ohne eine konventionelle Kühlung aufgebaut werden. Es kann folglich ein Warmformwerkzeug 12 wie in
Figur 2 sowie denFiguren 5 und 6 dargestellt zum Einsatz gelangen, bei dem auf ein indirektes Kühlsystem verzichtet ist. - Beim Betreiben im Nassdampfbereich wird die Wärmeenergie aus dem Formbauteil flächig dazu genutzt das Wasser aus der flüssigen Phase in die gasförmige Phase zu überführen. Um keinen geschlossenen Wasserfilm im Werkzeugspalt 6 zu erzeugen, wird der Einspritzdruck pKM zeitgesteuert oder über eine Temperaturmessung am Formbauteil 5 angepasst. Alternativ wird vergleichend die Werkzeugtemperatur Tw am Warmformwerkzeug 1 bzw. im Bereich der Kontaktflächen 9 des Formraums 4 gemessen und ständig an den Dampfdruck pD angepasst.
- Bei den vorerläuterten Ausführungsbeispielen 1 bis 4 kann vorgesehen sein, das Überdruckventil 26 zusätzlich zu indirekten Verschleißanzeige des Warmformwerkzeugs 1 bzw. 12 zu nutzen. Dazu wird die Ablassmenge am Überdruckventil 26 messtechnisch durch die Mess- und Auswerteeinheit ME erfasst und ausgewertet. Damit kann im laufenden Betrieb über die Zeit eine Aussage über die Abnutzung des Formwerkzeugs 1, 12 getroffen werden, um rechtzeitig Werkzeugüberholungen bzw. -instandhaltungen einplanen und durchführen zu können.
Claims (14)
- Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formbauteilen, insbesondere von Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, wobei eine Metallplatine erwärmt, anschließend im Formraum (4) eines Warmformwerkzeugs (1; 12) zum Formbauteil (5) warm umgeformt und durch Kontakt mit einem Kühlmittel (KM) im Formraum (4) des Warmformwerkzeugs (1; 12) gehärtet wird, wozu das Kühlmittel (KM) durch Zuflusskanäle (7, 8) in den Formraum (4) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatzustand des Kühlmittels (KM) durch den Druck und/oder die Einspritzdauer des Kühlmittels (KM) einstellbar ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (KM) mit einem Druck (pA) von bis zu 25 MPa in den Formraum (4) eingebracht wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelverteilung im Formraum (4) variabel steuerbar ist, insbesondere dass erste Bereiche des Formbauteil (5) mit Kühlmittel (KM) beaufschlagt werden und zweite Bereiche des Formbauteils (5) nicht mit Kühlmittel (KM) beaufschlagt werden oder ein erster Bereich und ein zweiter Bereich zeitlich versetzt mit Kühlmittel (KM) beaufschlagt werden.
- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (KM) mit einem Druck (pKM) in den Formraum (4) eingebracht wird und der Druck (pKM) während der Kühlphase steuerungstechnisch an den Dampfdruck (pD) des Kühlmittels angepasst wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (pKM) zeitgesteuert und/oder temperaturgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit einer Temperaturmessung am Formbauteil (5) im Warmformwerkzeug (1; 12) und/oder einer Temperaturmessung am Warmformwerkzeug (1; 12), eingestellt wird.
- Warmformwerkzeug zum Umformen und Härten von Metallblechen mit einem Oberwerkzeug (2) und einem Unterwerkzeug (3), wobei zumindest eines der Werkzeuge (2, 3) Zuflusskanäle (7, 8) aufweist, über welche ein Kühlmittel (KM) in den zwischen Oberwerkzeug (2) und Unterwerkzeug (3) ausgebildeten Formraum (4) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatzustand des Kühlmittels (KM) durch den Druck und/oder die Einspritzdauer des Kühlmittels (KM) einstellbar ist.
- Warmformwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (KM) mit einem Druck (pKM) in den Formraum (4) einspritzbar ist und die Höhe des Drucks (pKM) und/oder die Einspritzdauer (TE) steuerbar sind.
- Warmformwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Oberwerkzeug (2) und/oder im Unterwerkzeug (3) Versorgungsleitungen (7) für das Kühlmittel (KM) und von den Versorgungsleitungen (7) abzweigende und in dem Formraum (4) mündende Einspritzleitungen (8) vorgesehen sind.
- Warmformwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kontaktflächen (9) des Formraums (4) Mittel zur Beeinflussung der Wärmeübertragung angeordnet sind.
- Warmformwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mess- und Auswerteeinheit (ME) vorgesehen ist zur Ermittlung des Verschleißzustandes des Oberwerkzeugs (2) und/oder des Unterwerkzeugs (3).
- Warmformwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlsystem (KS) in dem Warmumformwerkzeug mindestens einen Druckerzeuger (13) umfasst, insbesondere in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit (16, 17), wobei der Druckerzeuger (13) zumindest mittelbar durch das Oberwerkzeug (2) und/oder das Unterwerkzeug (3) betätigbar ist.
- Warmformwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kühlsystem (KS) mindestens ein Druckspeicher (14) integriert ist.
- Warmformwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerzeuger (13) und der Druckspeicher (14) unter Eingliederung eines Überdruckventils (26) miteinander verbunden sind.
- Warmformwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckerzeuger (13) nachgeschaltet, insbesondere zwischen dem Druckerzeuger (13) und dem Druckspeicher (14), ein Überdruckventil (26) vorgesehen ist und das Überdruckventil (26) mit einer Mess- und Auswerteeinheit (ME) gekoppelt ist, wobei durch die Mess- und Auswerteeinheit (ME) der Verschleißzustand des Oberwerkzeugs (2) und/oder des Unterwerkzeugs (3) ermittelbar ist.
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