WO2019015928A1 - Verfahren und vorrichtung zum umformen von magnesiumblech sowie damit hergestellte bauteile - Google Patents

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WO2019015928A1
WO2019015928A1 PCT/EP2018/067249 EP2018067249W WO2019015928A1 WO 2019015928 A1 WO2019015928 A1 WO 2019015928A1 EP 2018067249 W EP2018067249 W EP 2018067249W WO 2019015928 A1 WO2019015928 A1 WO 2019015928A1
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transverse
magnesium
induction coil
conductors
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Eberhard Josef FISCHER
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Adval Tech Holding Ag
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/362—Coil arrangements with flat coil conductors

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of three-dimensionally shaped workpieces from sheet metal, in particular in the form of a magnesium sheet, as well as an apparatus for carrying out such a method and workpieces, which are obtained using the method or the device.
  • Punching and forming technology is standard in the production of metal workpieces from supplied sheet metal sections or fed sheet metal tracks.
  • the sheet metal sections are first punched into the required outer contour, and then formed in a tool with die and punch to form the three-dimensional shape.
  • the forming can be carried out without warming up (so-called cold forming) or with warming up before the forming process (so-called hot forming).
  • KR-B-101419040 describes a continuous processing system for a magnesium plate which is difficult to process at room temperature in a heating atmosphere capable of continuously performing the multi-step pressing work of magnesium plates with a constant length to produce magnesium products having excellent productivity and uniform quality manufacture. This is provided by providing a supply part, a preheating part, a hot press processing part, a molding temperature maintenance part, and a control part.
  • the continuous processing system for a magnesium plate is to produce the magnesium products by continuously performing the pressing work of the constant length magnesium plates.
  • the continuous processing system for a magnesium plate comprises the feeding part for feeding the plates stepwise; a preheating part for preheating the plates supplied from the feeding part; the hot pressing processing part in which a plurality of press forming machines are arranged in series for longitudinally and successively performing the pressing work of the plates passing through the preheating part in the heating atmosphere; a molding temperature maintenance member disposed between the plurality of press molding machines for maintaining the thermoforming temperature of the disks by heating the through plates; and a control part for controlling the operation of the feeding part, the preheating part, the hot-pressing molding and the molding temperature-maintaining part.
  • a method and a plant for the production of a magnesium sheet member comprising a punch and a die having forming tool for forming a semi-finished magnesium sheet, in particular a semi-finished product in the form of a magnesium sheet, and a device for heating of the semifinished product before forming to an elevated temperature.
  • the invention proposes that the forming tool is carried out without an internal heat source, provided with a semifinished product holder, on which the heated semifinished product can be placed without direct contact with the punch and the die in the forming tool, and has a drive, the closing speed of punch and die in the range of 15 mm / s to 500 mm / s causes.
  • WO03076096 describes that some metals, for example a magnesium alloy, require preheating prior to manufacturing processes, such as molding.
  • a common preheat practice is to place these metals in ovens but is time consuming.
  • An alternative practice of preheating the shape of a forming machine can result in shortening the life of the mold or reducing the productivity of a production line.
  • the invention achieves a shorter heating time and reduces the induced thermal shock by progressively heating the metal using a heating device.
  • the heating process of the metal is separated: first by heating a second portion of a metal by thermal conduction from a first portion of the metal being heated and next by directly heating the partially heated second portion of the metal to the moldable temperature.
  • US2010192659 describes a high temperature forming system in which a sheet metal workpiece is provided in a first stage position of a multi-stage preheater, heated to a first stage temperature lower than a desired preheat temperature, and moved to a final stage position where it is heated to a desired end stage temperature. Then it is transferred to a molding press and it is molded by the molding press.
  • the preheater includes upper and lower plates that transfer heat to workpieces located between the plates. A spacer space separates the top plate from the bottom plate by a distance greater than a thickness of the workpieces to be heated by the plates and less than a distance at which the top plate would require an undesirably high energy input to effectively support the workpiece heat.
  • EP-A-2886216 describes that the weight-saving use of sheet metal parts made of magnesium and high-strength aluminum in the automotive industry requires an industrial production process with a high level of vertical integration without quality defects.
  • Characteristic of the method is hereafter a thorough thorough heating of the sheet metal parts in the input position and multiple supplementary and controllable warm-up at the individual tool stages in the production positions, the Both in progressive tools as well as in transfer tools are feasible.
  • JPHO 1275744 arranges a bent coil alternately with a symmetrical coil.
  • a clad steel sheet is heated by induction by passing a high frequency current through the coils to alloy the clad metal.
  • the conductor wire of the coil is successively bent on a surface of the plated steel sheet in the transverse direction in the longitudinal direction and then in the transverse direction.
  • the lead wire is then bent toward the other surface and bent successively in the same manner as before.
  • JPH06188068 provides a high-frequency induction heating apparatus with which a steel plate material to be supported can be heated to a uniform temperature.
  • a heating coil including first and second coil portions is provided with its axial center perpendicular to a carrier passage to support a plurality of steel plate materials.
  • the first and second coil portions of the heating coil are provided with overhang portions respectively facing an upper surface and a lower surface of the steel plate material carried along the carrier channel.
  • the high frequency current is supplied to the heating coil to heat the steel plate material.
  • a problem in this context among all the advantageous properties of the finished metal component, inter alia, the fact that, especially when the sheet is formed in the form of a magnesium sheet, magnesium, when it exceeds a critical temperature of under normal conditions in the range of 470 ° C is spontaneously ignited spontaneously, which complicates the appropriate processing with the required security. Nevertheless, a temperature of typically at least 300 ° C must be achieved so that the required ductility is ensured and the material does not break in the forming tool. Furthermore, in particular thin supplied cool Magnesium sheet sections after warming up quickly due to the large surface area. Thus, the temperature processing window for magnesium is particularly small, so far really economic conditions have not yet been achieved.
  • the present invention relates to a method for producing three-dimensionally shaped workpieces from a sheet, in particular in the form of a magnesium sheet, in a combined stamping and hot forming process.
  • the method has at least the following steps:
  • the heating unit has an induction coil with a winding formed from a winding interior forming conductor sections with at least five windings, and the area to be reshaped is arranged for heating substantially completely in this winding interior.
  • magnesium sheet If in the sequence of a magnesium sheet is mentioned, this is to be understood as a preferred embodiment.
  • the proposed method although not necessarily with all the advantages described here in connection with magnesium sheet, can also be applied to other metal sheets, e.g. on aluminum sheet, iron sheet, etc.
  • a first preferred embodiment of the proposed method is characterized in that before step a) and / or after step c) the magnesium sheet is punched, preferably in a synchronously clocked sequential tool.
  • a contour can be formed leaving elements by means of which the magnesium sheet can be conveyed. These elements are in particular when a continuous sheet metal strip is supplied preferably at least two lateral carrier strips, with which the contour is connected via sheet-metal connecting webs.
  • the magnesium sheet may preferably be supplied as a sheet metal strip, preferably continuously.
  • magnesium content in the alloy of the magnesium sheet is preferably at least 90% by weight, preferably at least 92% by weight, and more preferably at least 95% by weight.
  • the magnesium sheet preferably has a thickness in the range of 0.5-3 mm, in particular in the range of 1-2 mm. Surprisingly, the proposed method can also be performed even at these low sheet thicknesses, without problems due to softening in the heating unit or rapid cooling after induction heating are insoluble.
  • the winding of the induction coil of the heating unit may be constituted by a series of straight parallel transversal conductors and straight lower transverse conductors (typically 5-20, preferably 8-15 such transverse conductors on each side, arranged substantially opposite to each other) along a feed direction offset) which extend in a transverse direction transverse to the feed direction and parallel to the sheet plane, and which are spaced in a Z-direction perpendicular to the transverse direction and perpendicular to the feed direction.
  • a gap is formed therebetween, in the Z-direction a height of at least twice the sheet thickness, and preferably less than 20 times the sheet thickness 1-1.5 mm thick, and the gap width is 10-15 mm), and wherein the transverse conductors are connected to each other via opposite curvature areas to form the winding.
  • the sheet is then guided.
  • these conductors are designed as waveguides, in the closed interior of which a cooling fluid circulates.
  • the transverse conductors preferably have a length in the transverse direction, which corresponds essentially to the width of the magnesium sheet, which is preferably supplied as a sheet-metal strip.
  • the length of the transverse conductors in the transverse direction can also be slightly lower, then the curvature areas must go far enough, or they can be slightly longer, so that the track laterally has a little more play.
  • the web should preferably have no more than 5-25 mm clearance on each side, preferably no more than 5-15 mm clearance.
  • the winding of the induction coil can be at least partially surrounded by electrically insulating guide elements (for example of ceramic or stone, preferably granite) on at least one, preferably on the two outer sides of the transverse conductors facing away from the gap.
  • electrically insulating guide elements for example of ceramic or stone, preferably granite
  • the elongate or strip-shaped guide elements extending parallel to the feed direction have a series of preferably uniformly spaced recesses in which the transverse conductors are arranged (the transverse conductors can touch the filling elements, but preferably they do not touch them ).
  • the projections of the guide elements arranged between the recesses preferably project partially beyond the transverse conductors into the gap.
  • these projections are available as contact surfaces for optionally sagging sheet metal, in particular on the underside. It may happen that the sheet becomes so soft in the course of heating that it sags partly, but it should not come into contact with the induction winding in order to avoid a short circuit or other problems.
  • the projections or the tips of these projections which are preferably rounded in the feed direction, provide a very simple and efficient means, which is important in that it can really be heated to a sufficiently high temperature with the lowest possible heat dissipation, and that then a reshaping even considering the respective transfer times is possible.
  • a magnesium sheet-metal strip supplied in a horizontal plane preferably at least two, preferably at least three (two outer and one in the middle), in the feed direction, preferably uniformly spaced in the transverse direction, are arranged on the upper side and on the lower side of the induction coil.
  • These are preferably made of ceramic or stone, in particular granite, for example, cut in a blasting process.
  • they preferably have recesses for all transverse conductors, and preferably the tips of the projections projecting into the gap are preferably rounded in the feed direction.
  • the conductors of the induction coil can be configured as hollow profiles through which a cooling medium is passed.
  • the conductors of the induction coil have a rectangular or square wall cross-section.
  • Step a) may be performed in a position where the magnesium sheet in the heating unit and the induction coil having the portion to be formed therein are not located at the bottom dead center of the tool, but above it.
  • the heating unit before taking the position for step a) not only along the Z-direction, but also along or against the feed direction to avoid the coupling of the induction field with metallic tools upstream or downstream stations and / or for optimal positioning of the moved to be heated sheet metal section in the coil, and moved back in the context of step b).
  • this specific guidance of the process i.
  • the inductive heating phase in a follow-on composite tool prior to the forming process not at bottom dead center, but above it, and in particular also with a displaced in or against the feed direction heating unit, is also independent of the above-described specific geometry of the heating unit is an invention in connection with such inductive heating and subsequent deformation of a magnesium sheet.
  • the magnesium sheet may be sprayed with a lubricant for the forming process, which lubricant preferably contains at least one solvent, preferably water, which substantially evaporates as part of the heating, as well as particles.
  • a lubricant preferably contains at least one solvent, preferably water, which substantially evaporates as part of the heating, as well as particles.
  • the particles may be selected preferably from the following group: organic particles, inorganic particles, or mixtures thereof.
  • the induction coil is preferably, adjusted to the induction behavior of magnesium, with a frequency in the range of 90-120 kHz, preferably in the range of 100-1 10 kHz driven.
  • the temperature of the area to be reshaped is preferably measured with the magnesium region to be formed arranged in the induction coil, and the displacement according to step b) is preferably not triggered until the desired target temperature has been reached.
  • the target temperature in step a) is preferably in the range of 380-410 ° C, especially preferably in the range of 390-305 ° C.
  • the temperature of the magnesium sheet section can be determined optically, preferably with a (laser) pyrometer.
  • the present invention relates to an apparatus for carrying out a method as described above.
  • the device is characterized in that it comprises at least one heating unit and an immediately following forming unit connected in a feed direction of the magnesium sheet, preferably supplied as a web, downstream.
  • the heating unit has an induction coil with a winding formed from a winding interior forming conductor sections with at least five windings, and the area to be formed is arranged for heating substantially completely in this winding interior.
  • At least one punching unit is arranged before and / or after the heating unit and the forming unit, wherein, if punched before step a), preferably a contour is formed leaving elements by means of which the magnesium sheet can be conveyed, and wherein The elements are preferably at least two lateral carrier strips, with which the contour is connected via sheet-metal connecting webs. If punching is performed after step c), the final contour of the three-dimensionally shaped workpiece may be punched or at least metal joining webs may be separated to form the three-dimensionally shaped workpiece.
  • the winding of the induction coil of the heating unit can be formed by a sequence of substantially parallel arranged straight upper Querleitem and straight lower transverse conductors arranged along a feed direction, which extend in a transverse direction transverse to the feed direction and parallel to the sheet plane, and which in a Z- Directed perpendicular to the transverse direction and perpendicular to the feed direction.
  • This is preferably such that a gap is formed therebetween which has a height in the Z-direction of at least twice the sheet thickness, and preferably less than 20 times the sheet thickness, and wherein the transverse conductors are preferably connected to each other via opposite curvature areas to form the winding ,
  • the height of the gap is in the range of 8-25 mm, more preferably in the range of 10-15 mm.
  • the transverse conductors may have a length in the transverse direction, which corresponds essentially to the width of the magnesium sheet, which is preferably supplied as a sheet-metal strip.
  • the winding of the induction coil is preferably at least partially encompassed by at least one, preferably on the two outer sides of the transverse conductor facing away from the gap by electrically insulating guide elements, preferably by the guide elements extending parallel to the feed direction in the surface facing the respective transverse conductor in their number of transverse conductors have corresponding row of preferably uniformly spaced recesses, in which the transverse conductors are arranged, and wherein the protrusions of the guide elements arranged between the recesses partially project beyond the transverse conductors into the gap, with a projection of preferably in the range of 0.5-5 mm, in particular preferably in the range of 1-4 mm.
  • At least 2, preferably at least 3 guide elements extending in the direction of advance, preferably uniformly spaced in the transverse direction, may be arranged on the upper side and on the underside of the induction coil, which consist of ceramic or stone, in particular granite. and in which recesses are provided for all transverse conductors, and preferably the tips of the projecting into the gap Projections are rounded.
  • the head of the induction coil can be configured as hollow profiles, through which a cooling medium is guided, wherein preferably the conductors of the induction coil have a rectangular or square wall cross-section.
  • It may be a preferably synchronously clocked sequential lifting tool, in which the tools of the various stations are controlled synchronously, wherein preferably the heating unit is mounted on a carrier unit, which not only along the Z direction but also along or when opening the tool moves against the feed direction.
  • the present invention relates to a three-dimensionally shaped workpiece made of a magnesium sheet produced by a method as described above and / or in a device as described above
  • Fig. 5 section of the progressive tool (stations 2-4) in the TDC position;
  • FIG. 6 further section of the progressive tool (stations 2-4) in the
  • Fig. 7 step 3 with the processed sheet metal web in TDC position, induction unit to Z and X offset for the heating cycle.
  • FIG. 1 A follow-on composite tool without machined magnesium sheet metal is shown in Figure 1 in a perspective plan view.
  • the sheet metal strip is fed along the feed direction 24 from the right and passes first through the punching unit 2, then the heating unit 3, then the forming unit 4, then follows an emptying station 5, and finally a punching unit 6 is discharged with ejection down the finished component ,
  • the required contour is first provided from the sheet metal strip. This is done by leaving a lateral carrier strip 26 standing on the two outer sides, and the actual desired contour is connected via connecting webs 27 to these strips. With the strip 26, the leadership of the process respectively the feed and the control of the sheet metal web is guaranteed.
  • the circumferential contour of the desired shape in the station 2 is then not punched out, but rather individual openings are formed which, however, do not really coordinate properly with the clock / feed of the remaining stages.
  • this punching unit 2 there is first a transverse punching contour 8 and then two lateral punching contours 9, in between the contours for the web formation between 8 and 9 are arranged.
  • a die 11 for the tip on the far right and further forward in the feed direction a die 12 for the main region of the stamped part.
  • the upper tool parts are not shown, that is, here the areas 8 and 9 austde and moved from the stroke in the Z direction cutting tool part.
  • the tip of the stamped part shown here by way of example reaches, as it were, quite far into the next station, the heating station 3.
  • the heating unit 3 has an important element on the actual inductor 15, which is formed by a winding 16, the winding axis is arranged parallel to the feed direction 24.
  • the winding is designed to a certain extent flat and adapted to the supplied sheet metal web, that is, there is an elongated transverse slot which forms the actual winding interior, and through which the sheet metal strip is guided.
  • three combs are respectively arranged on the top and the bottom, namely two external lateral combs 17 and a central comb 18.
  • These combs are, just like the actual winding 16, self-supporting in itself, that is, the winding is not supported by these combs 17, 18, but only by these embraced.
  • the combs 17, 18 are held in position by two transverse support rods 19 supported by support columns 20 on a support unit 36.
  • an arm 13 for the temperature measurement here a pyrometer, is provided.
  • the inductor 15 has a supply unit, which will be discussed below.
  • the forming unit 4 It then follows in the feed direction, the forming unit 4. It has a die 21 and a punch 52 (see Figure 6). Based on this forming unit 4 will be explained how the stamped sheet metal is guided in the context of this progressive tool. There are strip guides 22 on both sides, between which the lateral carrier strips 26 are clamped. By means of these lateral strip guides 22, with the stationary lower tool parts always being in the process, the sheet metal strip being processed is shifted from bottom dead center (UT) to top dead center (TDC) during the step changes, and back again.
  • UT bottom dead center
  • TDC top dead center
  • an emptying station 5 in which no further processing steps take place.
  • the emptying station serves to be able to discharge the process steps conducted in the cycle as quickly as possible from the forming tool, but on the other hand leave sufficient time for the still fresh workpiece to be formed in the forming station 4 to cool, and then without further deformation in the final punching unit with ejection 6, the finished workpiece can be provided.
  • there are in the station 6 a complete punching contour 23 and a downwardly open passage opening as ejection opening 7.
  • the connecting webs 27 are capped and possibly also made a definitive circumferential or partially circumferential contouring of the component.
  • FIG. 3 shows the follow-on composite tool in a side view in the UT position in a further overview.
  • the arm 13 serves to support a laser unit, so that the laser beam 35 of the pyrometer can be directed between the windings of the induction unit onto the magnesium component for measuring the temperature and the associated control.
  • transverse support rods 19 for supporting the combs 17 and 18 are guided through transverse openings 37, and are supported at their ends on both sides by the columns 20.
  • the columns 20 stand on the carrier unit 36 of the induction unit, this carrier unit is, as will be explained below, offset in the displacement from bottom dead center to the top dead center not only along the Z direction, but also in the feed direction.
  • the adjusting aids 34 are shown for the upper tool parts of the various stations, for simplicity, the upper tool parts are not shown in the figures.
  • FIG. 4 shows the coil geometry of the actual induction coil for better visualization without the mentioned combs. It can be recognized how the actual winding is self-supporting connected to a mounting block 42.
  • the conductors are designed as rectangular or square waveguide in the interior of this waveguide flows a cooling medium, which ensures that the coil is held approximately in the range between 30 and 40 degrees Celsius.
  • the induction coil first branches apart from the attachment block 42 via two connection regions 41, and then follows the actual winding, which is formed by extending in each case in a transverse direction 46 upper transverse conductor 45 and lower transverse conductor 44, which are mutually connected on the front side here on outer curvature regions 38 and on the side shown here rear over inner curvature regions 40.
  • a slot-like winding inside, with an elongated gap 43, which is adapted to the width and the thickness of the supplied metal strip forms.
  • the height in Z-direction 47 of this gap is typically 10-20 millimeters.
  • the gap width should be just as large as required and as small as possible in order to allow the most efficient heating of the sheet metal sections.
  • FIG 4b the circuit diagram of the induction coil and its control is shown schematically.
  • an AC voltage provided by a corresponding frequency generator is applied at the desired frequency, typically about 105 kHz.
  • a voltage / current is brought to the desired values via a transformer 56, and then followed by a series resonant circuit whose capacitances C1-C4 can be adjusted to set the exact resonant frequency.
  • the equivalent circuit for the induction coil is shown on the right side. This is composed by an inductive component L and a resistive component R. Capacitive contributions of the induction coil are neglected in this diagram.
  • the stations 2-4 are now shown at top dead center (TDC).
  • TDC top dead center
  • the proposed method is particularly advantageous in that the heating step does not take place at bottom dead center, that is to say during the processing steps of the other stations, but at top dead center.
  • the induction coils not only the sheet metal section, but also any other surrounding metallic part, which can be inductively excited heated. If the induction coil were operated at bottom dead center and perhaps even when the punching tool and the forming tool were closed, the induction energy would be discharged mainly into these neighboring tools and would not end up in magnesium sheet at all.
  • the transverse conductors do not touch the combs 17, 18, in other words the recesses do not serve to hold the transverse conductors or the induction coil.
  • the protrusions 49 and in particular the tips rounded and projecting into the gap 43, are effectively used by these combs 17, 18. They serve to ensure that the sheet metal web, even if it is not properly positioned in the Z direction, for example, or if it sags as a result of the heating, does not touch the conductors of the induction coil.
  • FIG. 6 an analogous representation is reproduced as in FIG. 5, but further here the punch 52 and the rear part 53 thereof of the upper tool of the forming unit are additionally shown.
  • the illustration is also at top dead center and is intended to show how this upper tool part is arranged as far as possible upwards and thus away from the induction unit during the warm-up phase.
  • the stage 3 is shown with the processed sheet metal web in the TDC position, wherein the induction unit is offset to Z and X for the heating cycle.
  • the contour 59 to be heated is arranged nicely within the induction coil or in the gap 43.
  • gas pressure springs 48 serve to guide the carrier unit 36 not only in Z direction. Direction, but just to move in the direction of feed 24 for the heating step.
  • a station in which the sheet metal web is subjected to a lubricant.
  • the lubricant may be applied before the second station or between the second and third stations, and has a solvent and particulate lubricating particles.
  • the solvent advantageous water, evaporates when heated in the heating station 3, so that only the lubricating particles, typically graphite and / or ceramic particles, adhere to the surface.
  • a binder may also be present which ensures that the particles will safely adhere to the surface when the solvent has evaporated.
  • the lubricant is then used primarily to ensure in the forming stage 4 that the material slides well on the tool surfaces and the workpiece is not torn in the tool.
  • Forming unit 27 connecting webs
  • Inductor 37 openings in 17/18 for 19
  • heated blank immediately L inductive portion of 16 before machining in 4R resistive portion of 16

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Werkstücken aus einem (Magnesium-)Blech (25) in einem kombinierten Stanz-und Warmumformverfahren mit folgenden Schritten: a) induktives Erwärmen wenigstens eines umzuformenden Bereichs (59) des Blechs auf eine Temperatur im Bereich von 300-410 °C in einer Erwärmungseinheit (3); b) Verschiebung des erwärmten umzuformenden Bereichs (59) aus der Erwärmungseinheit (3) in eine Umformeinheit (4); c) Umformen des erwärmten umzuformenden Bereichs (51) zwischen wenigstens einer Matrize (21) und wenigstens einem Stempel (52, 53) in der Umformeinheit (4). Dabei weist die Erwärmungseinheit (3) eine Induktionsspule (16) mit einer Wicklung gebildet aus einen Wicklungsinnenraum (43) bildenden Leiterabschnitten (38, 40, 44, 45) mit wenigstens fünf Wicklungen auf, und der umzuformende Bereich (59) zur Erwärmung im wesentlichen vollständig in diesem Wicklungsinnenraum (43) angeordnet ist.

Description

TITEL
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM UMFORMEN VON MAGNESIUMBLECH SOWIE DAMIT HERGESTELLTE BAUTEILE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Werkstücken aus Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens sowie Werkstücke, die unter Verwendung des Verfahrens respektive der Vorrichtung erhalten werden.
STAND DER TECHNIK
Die Stanz- und Umformtechnik findet standardmässig Anwendung bei der Herstellung von metallischen Werkstücken aus zugeführten Blechabschnitten oder zugeführten Blechbahnen. Typischerweise werden dabei die Blechabschnitte zunächst in die geforderte Aussenkontur gestanzt, und anschliessend in einem Werkzeug mit Matrize und Stempel unter Ausbildung der dreidimensionalen Form umgeformt. Je nach Werkstoff und gewünschter Form kann die Umformung ohne Aufwärmung (sogenannte Kaltumformung) oder unter Aufwärmung vor dem Umformprozess (sogenannte Warmumformung) durchgeführt werden.
Normalerweise werden in derartigen Verfahren die üblichen Werkstoffe, insbesondere Stahl, und andere Eisen-Legierungen, und für Leichtbau und Ähnliches Aluminium und Aluminiumlegierungen eingesetzt.
Insbesondere für den Automobilbereich wäre wegen der hohen Festigkeit, des geringen Gewichts und weiterer vorteilhafter Eigenschaften die Verwendung von Magnesium respektive Magnesium-Legierungen in solchen Verfahren wünschenswert. Bisher konnten aber leider entsprechende Stanz- und Umformverfahren für Magnesiumblech noch nicht wirklich wirtschaftlich umgesetzt werden. Hier setzt die vorliegende Erfindung ein.
Aus der US 2,247,979 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Magnesium- Blechabschnitt in eine eine einzelne Windung aufweisende Induktionsspule eingeführt wird, und anschliessend im einen Querstreifen bildenden aufgewärmten Bereich um einen Winkel umgelegt wird. Aus der US 4,250,727 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, in welchem Blech aus Aluminium- oder Magnesium-Legierungen in einer Warmumformung zu dreidimensionalen Teilen geformt wird.
KR-B-101419040 beschreibt ein kontinuierliches Verarbeitungssystem für eine Magnesiumplatte, die schwierig zu verarbeiten ist bei Raumtemperatur in einer Heizatmosphäre, das in der Lage ist, kontinuierlich die mehrstufige Pressarbeit von Magnesiumplatten mit einer konstanten Länge durchzuführen, um Magnesiumprodukte mit ausgezeichneter Produktivität und gleichmäßiger Qualität herzustellen. Dies indem ein Zuführteil, ein Vorwärmteil, ein Warmpressverarbeitungsteil, ein Formungstemperaturaufrechterhaltungsteil und ein Steuerteil vorgesehen sind. Das kontinuierliche Verarbeitungssystem für eine Magnesiumplatte besteht darin, die Magnesiumprodukte herzustellen, indem die Pressarbeit der Magnesiumplatten mit der konstanten Länge kontinuierlich durchgeführt wird. Das kontinuierliche Verarbeitungssystem für eine Magnesiumplatte umfasst den Zuführteil zum schrittweisen Zuführen der Platten; ein Vorwärmteil zum Vorwärmen der vom Zuführteil zugeführten Platten; der Warmpressverarbeitungsteil, in dem mehrere Pressformmaschinen zum Längsund sukzessiven Durchführen der Pressarbeit der Platten, die den Vorheizteil in der Heizatmosphäre passieren, in Reihe angeordnet sind; ein Formungstemperaturaufrechterhaltungsteil, das zwischen den mehreren Pressformungsmaschinen angeordnet ist, um die Warmformtemperatur der Platten durch Erwärmen der Durchgangsplatten aufrechtzuerhalten; und ein Steuerteil zum Steuern des Betriebs des Zuführteils, des Vorheizteils, des Warmpressformteils und des Formungstemperaturaufrechterhaltungsteils.
Aus der DE-A- 102010060207 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Bauteils aus Magnesiumblech bekannt, mit einem einen Stempel und eine Matrize aufweisenden Umformwerkzeug zum Umformen eines Halbzeuges aus Magnesiumblech, insbesondere eines Halbzeuges in Form einer Magnesiumblechplatine, und einer Vorrichtung zum Erwärmen des Halbzeugs vor dem Umformen auf eine erhöhte Temperatur. Um die Bauteilkosten zu verringern, schlägt die Erfindung vor, dass das Umformwerkzeug ohne interne Wärmequelle ausgeführt wird, mit einem Halbzeughalter versehen wird, auf dem das erwärmte Halbzeug ohne direkten Kontakt mit dem Stempel und der Matrize im Umformwerkzeug platzierbar ist, und einen Antrieb aufweist, der eine Schliessgeschwindigkeit von Stempel und Matrize im Bereich von 15 mm/s bis 500 mm/s bewirkt.
Die WO03076096 beschreibt, dass einige Metalle, beispielsweise eine Magnesiumlegierung, ein Vorheizen vor Herstellungsprozessen, wie zum Beispiel Formen, erfordern. Eine herkömmliche Vorwärmpraxis besteht darin, diese Metalle in Öfen zu platzieren, ist aber zeitaufwendig. Eine alternative Praxis des Vorwärmens der Form einer Umformmaschine kann zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Form oder zu einer Verringerung der Produktivität einer Produktionslinie führen. Die Erfindung erreicht eine kürzere Aufheizzeit und reduziert den induzierten Wärmeschock, indem das Metall progressiv unter Verwendung einer Heizvorrichtung erhitzt wird. Der Erwärmungsprozeß des Metalls wird aufgetrennt: zuerst durch Erhitzen eines zweiten Teils eines Metalls durch Wärmeleitung von einem ersten Teil des Metalls, das erhitzt wird, und als nächstes durch direktes Erhitzen des teilweise erhitzten zweiten Teils des Metalls auf die formbare Temperatur.
US2010192659 beschreibt ein Hochtemperaturformsystem, in dem ein Blechwerkstück in einer ersten Stufenposition eines mehrstufigen Vorwärmers bereitgestellt wird, auf eine Temperatur der ersten Stufe niedriger als eine gewünschte Vorheiztemperatur erwärmt wird und zu einer Endstufenposition bewegt wird, wo es auf eine gewünschte Endstufentemperatur erwärmt wird. Dann wird zu einer Formpresse übertragen und es wird durch die Formpresse geformt. Der Vorwärmer umfasst obere und untere Platten, die Wärme in Werkstücke übertragen, die zwischen den Platten angeordnet sind. Ein Abstandsstück beabstandet die obere Platte von der unteren Platte um einen Abstand, der größer ist als eine Dicke der von den Platten zu erwärmenden Werkstücke und weniger als eine Strecke, bei der die obere Platte einen unerwünscht hohen Energieeintrag erfordern würde, um das Werkstück effektiv zu erwärmen.
EP-A-2886216 beschreibt, dass der gewichtseinsparende Einsatz von Blechteilen aus Magnesium und aus hochfestem Aluminium im Automobilbau ein industrielles Herstellungsverfahren mit großer Fertigungstiefe ohne Qualitätsmängel bedingt. Dazu sind das von einem Coil abgerollte, gerichtete Blechband oder geschnittene Platinen in einem angrenzenden mehrstufigen Werkzeug auf 120 bis 380°C Arbeitstemperatur zu erwärmen und in dieser konstant gehaltenen Temperatur durchgängig auf allen Einzelwerkzeugstufen zu fertigen. Verfahrenskennzeichnend ist hiernach eine grundhafte durchgängige Erwärmung der Blechteile in der Eingangsposition und mehrfacheergänzende sowie regelbare Aufwärmungen an den Einzelwerkzeugstufen in den Fertigungspositionen, die sowohl in Folgeverbundwerkzeugen wie auch in Transferwerkzeugen durchführbar sind. Um die auf ein Stahlblech ausgeübte Kraft uneinheitlich zu machen und die Erzeugung eines Streifenmusters zu vermeiden, wird nach der JPHO 1275744 eine gebogene Spule abwechselnd mit einer symmetrischen Spule angeordnet. Ein plattiertes Stahlblech wird durch Induktion erhitzt, indem ein Hochfrequenzstrom durch die Spulen geleitet wird, um das Plattierungsmetall zu legieren. In dem Induktionsheizgerät zum Legieren wird der Leitungsdraht der Spule nacheinander auf einer Oberfläche des plattierten Stahlblechs in der Querrichtung in der Längsrichtung und dann in der Querrichtung gebogen. Der Leitungsdraht wird dann zu der anderen Oberfläche hin gebogen und nacheinander auf die gleiche Weise wie zuvor gebogen.
JPH06188068 stellt eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung bereit, mit der ein zu tragendes Stahlplattenmaterial auf eine gleichförmige Temperatur erwärmt werden kann. Eine Heizspule, die einen ersten und einen zweiten Spulenteil umfasst, ist mit ihrer axialen Mitte senkrecht zu einer Trägerpassagevorgesehen, um mehrere Stahlplattenmaterialien zu tragen. Der erste und der zweite Spulenteil der Heizspule sind mit Überhangteilen versehen, die jeweils einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche des Stahlplattenmaterials gegenüberliegen, die entlang des Trägerkanals getragen werden Der Hochfrequenzstrom wird der Heizspule zugeführt, um das Stahlplattenmaterial zu erwärmen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist entsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche es erlaubt, Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, zugeführt als Blechabschnitt oder als (kontinuierliches) Band, effizient in einem Warm-Umformprozess in eine 3-dimensionale Form zu bringen.
Problematisch in diesem Zusammenhang ist, bei allen vorteilhaften Eigenschaften des fertigen Metall-Bauteils, unter anderem die Tatsache, dass, insbesondere wenn das Blech in Form eines Magnesium-Blechs ausgebildet ist, Magnesium, wenn es über eine kritische Temperatur von unter Normalbedingungen im Bereich von ca. 470 °C erhitzt wird, spontan von selbst entzündet, was die entsprechende Verarbeitung mit der erforderlichen Sicherheit erschwert. Trotzdem muss eine Temperatur von typischerweise mindestens 300 °C erreicht werden, damit die erforderliche Duktilität gewährleistet ist und das Material im Umformwerkzeug nicht reisst. Weiterhin kühlen insbesondere dünne zugeführte Magnesium-Blechabschnitte nach der Aufwärmung infolge der grossen Oberfläche schnell ab. Damit ist das Temperatur- Verarbeitungsfenster für Magnesium besonders klein, wirklich wirtschaftliche Bedingungen konnten bisher deswegen noch nicht erreicht werden.
Dieses Problem löst die vorliegende Erfindung durch das vorgeschlagene Verfahren respektive die vorgeschlagene Vorrichtung wie in den Ansprüchen definiert.
Konkret betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Werkstücken aus einem Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, in einem kombinierten Stanz- und Warmumformverfahren.
Das Verfahren weist dabei wenigstens folgende Schritte auf:
a) induktives Erwärmen wenigstens eines umzuformenden Bereichs des Blechs, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, auf eine Temperatur im Bereich von 300- 410 °C in einer Erwärmungseinheit;
b) Verschiebung des erwärmten umzuformenden Bereichs aus der Erwärmungseinheit in eine Umformeinheit (es kann dabei entweder die Erwärmungseinheit oder der entsprechende Blechabschnitt verschoben werden oder beides);
c) Umformen des erwärmten umzuformenden Bereichs zwischen wenigstens einer Matrize und wenigstens einem Stempel in der Umformeinheit.
Die Erwärmungseinheit weist dabei eine Induktionsspule mit einer Wicklung gebildet aus einen Wicklungsinnenraum bildenden Leiterabschnitten mit wenigstens fünf Wicklungen auf, und der umzuformende Bereich ist zur Erwärmung im wesentlichen vollständig in diesem Wicklungsinnenraum angeordnet.
Durch die Führung des Werkstücks durch eine Wicklung einer Induktionsspule mit mehreren Windungen ist es möglich, einen Blechabschnitt über eine erhebliche Länge in Vorschubrichtung in kürzester Zeit auf die erforderliche Temperatur aufzuwärmen, und unerwarteter Weise ist es möglich, das Werkstück anschliessend genügend schnell aus diesem Wicklungsinnenraum in die nächste Bearbeitungsstation zu verschieben.
Wenn in der Folge von einem Magnesium-Blech die Rede ist, so ist das als bevorzugte Ausführungsform zu verstehen. Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich, wenn auch nicht notwendigerweise mit allen hier im Zusammenhang mit Magnesium-Blech geschilderten Vorteilen, auch an anderen Blechen aus Metall anwenden, z.B. an Aluminiumblech, Eisenblech, etc.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) und/oder nach Schritt c) das Magnesium-Blech, vorzugsweise in einem synchron getakteten Folgewerzeug, gestanzt wird.
Wenn vor Schritt a) gestanzt wird, kann vorzugsweise eine Kontur unter Belassung von Elementen, mittels welcher das Magnesium-Blech gefördert werden kann, ausgebildet werden. Bei diesen Elementen handelt es sich insbesondere wenn ein kontinuierlicher Blechstreifen zugeführt wird vorzugsweise wenigstens um zwei seitliche Trägerstreifen, mit welchen die Kontur über Blech-Verbindungsstege verbunden ist.
Wenn, was alternativ oder zusätzlich zu einem Stanzen vor Schritt a) möglich ist, nach Schritt c) gestanzt wird, kann die endgültige Kontur des dreidimensional geformten Werkstücks gestanzt werden oder es können wenigstens Blech-Verbindungsstege unter Ausbildung des dreidimensional geformten Werkstücks vom finalen Teil getrennt werden. Das Magnesium-Blech kann vorzugsweise als Blechstreifen, vorzugsweise kontinuierlich, zugeführt werden.
Wenn von einem Magnesium-Blech gesprochen wird, so muss dieses nicht zu 100 % aus Magnesium bestehen. Tatsächlich sind die meisten wirklich in einem Umformprozess verarbeitbaren Magnesium- Werkstoffe, die zur Hauptsache aus Magnesium bestehen, Legierungen. Der Magnesium-Anteil in der Legierung des Magnesium-Blechs beträgt vorzugsweise wenigstens 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise wenigstens 92 Gewichtsprozent, und insbesondere vorzugsweise wenigstens 95 Gewichtsprozent.
Bevorzugtermassen verfügt das Magnesium-Blech über eine Dicke im Bereich von 0.5-3 mm, insbesondere im Bereich von 1-2 mm. Überraschenderweise kann das vorgeschlagene Verfahren eben auch bei diesen geringen Blechstärken durchgeführt werden, ohne dass Probleme infolge des Erweichens in der Erwärmungseinheit oder der schnelle Abkühlung nach der induktiven Erwärmung unlösbar sind.
Die Wicklung der Induktionsspule der Erwärmungseinheit kann gebildet werden durch eine entlang einer Vorschubrichtung angeordnete Abfolge von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten geraden oberen Querleitern und geraden unteren Querleitern (typischerweise 5-20, vorzugsweise 8-15 derartige Querleiter auf jeder Seite, im wesentlichen gegenüber angeordnet oder versetzt), die sich in einer Querrichtung quer zur Vorschubrichtung und parallel zur Blechebene erstrecken, und welche in einer Z-Richtung senkrecht zur Querrichtung und senkrecht zur Vorschubrichtung beanstandet sind. Dies so, sodass dazwischen ein Spalt gebildet wird, der in Z-Richtung eine Höhe von wenigstens der doppelten Blechdicke, und von vorzugsweise weniger als der 20 fachen Blechdicke aufweist (typischerweise ist das Blech ca. 1-1.5 mm dick, und die Spaltweite beträgt 10-15 mm), und wobei die Querleiter über gegenüberliegende Krümmungsbereiche unter Ausbildung der Wicklung miteinander verbunden sind. Durch diesen Spalt wird das Blech dann geführt. Bevorzugtermassen sind diese Leiter als Hohlleiter ausgebildet, in deren geschlossenem Innenraum eine Kühlflüssigkeit zirkuliert.
Die Querleiter weisen vorzugsweise in Querrichtung eine Länge auf, welche im wesentlichen der Breite des vorzugsweise als Blechstreifen zugeführten Magnesium- Blechs entspricht. Die Länge der Querleiter in Querrichtung kann auch etwas geringer sein, dann müssen die Krümmungsbereiche genügend weit ausholen, oder sie kann etwas länger sein, damit die Bahn seitlich etwas mehr Spiel hat. Aus Effizienzgründen sollte die Bahn auf jeder Seite vorzugsweise nicht mehr als 5-25 mm Spiel haben, vorzugsweise nicht mehr als 5-15 mm Spiel.
Die Wicklung der Induktionsspule kann auf wenigstens einer, vorzugsweise auf den beiden dem Spalt abgewandten Aussenseiten der Querleiter durch elektrisch isolierende Führungselemente (beispielsweise aus Keramik oder Stein, vorzugsweise Granit) wenigstens teilweise umgriffen werden. Dies vorzugsweise, indem die parallel zur Vorschubrichtung verlaufenden länglichen oder streifenförmigen Führungselemente in der dem jeweiligen Querleiter zugewandten Oberfläche eine Reihe von vorzugsweise gleichmässig beanstandeten Ausnehmungen aufweisen, in welchen die Querleiter angeordnet sind (die Querleiter können die Fülirungselemente dabei berühren, vorzugsweise berühren sie sie aber nicht). Die zwischen den Ausnehmungen angeordneten Vorsprünge der Führungselemente ragen vorzugsweise über die Querleiter hinaus in den Spalt teilweise hin. Dies hat zur Folge, dass gewissermassen diese Vorsprünge als Kontaktflächen für gegebenenfalls durchhängendes Blech insbesondere auf der Unterseite bereitstehen. Es kann nämlich vorkommen, dass das Blech im Rahmen der Erwärmung so weich wird, dass es teilweise durchhängt, es sollte aber, um einen Kurzschluss oder andere Probleme zu vermeiden, nicht mit der Induktionswicklung in Kontakt kommen. Die Vorsprünge respektive die Spitzen dieser Vorsprünge, die in Vorschubrichtung vorzugsweise abgerundet sind, stellen ein sehr einfaches und effizientes Mittel zur Verfügung, welches wichtig dafür ist, dass wirklich auf eine genügend hohe Temperatur erwärmt werden kann unter möglichst geringem Wärmeabluss, und dass anschliessend ein Umformen überhaupt unter Berücksichtigung der entsprechenden Transfer-Zeiten möglich ist. Bei einem in einer horizontalen Ebene zugeführten Magnesium-Blechband sind vorzugsweise auf der Oberseite und auf der Unterseite der Induktionsspule wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei (zwei aussen und eines in der Mitte) in Vorschubrichtung verlaufende, vorzugsweise in Querrichtung gleichmässig beanstandete derartige Führungselemente angeordnet. Diese bestehen bevorzugtermassen aus Keramik oder Stein, insbesondere Granit, z.B. in einem Strahlverfahren geschnitten. Weiter verfügen sie bevorzugtermassen über Ausnehmungen für sämtliche Querleiter, und vorzugsweise sind die Spitzen der in den Spalt hineinragenden Vorsprünge vorzugsweise in Vorschubrichtung abgerundet.
Die Leiter der Induktionsspule können, wie oben erwähnt, als Hohlprofile ausgestaltet sein, durch welche ein Kühlmedium geführt wird- Vorzugsweise weisen die Leiter der Induktionsspule einen rechteckigen oder quadratischen Wand-Querschnitt auf.
Schritt a) kann in einer Position durchgeführt werden, bei welcher das Magnesium-Blech in der Erwärmungseinheit und die Induktionsspule mit darin angeordnetem umzuformenden Bereich nicht im unteren Totpunkt des Werkzeugs angeordnet ist, sondern oberhalb davon. Vorzugsweise wird dabei die Erwärmungseinheit vor der Einnahme der Position für Schritt a) nicht nur entlang der Z-Richtung, sondern auch noch entlang oder entgegen der Vorschubrichtung zur Vermeidung der Kopplung des Induktionsfeldes mit metallischen Werkzeugen vorgeschalteter oder nachgeschalteter Stationen und/oder zur optimalen Positionierung des zu erwärmenden Blechabschnitts in der Spule verschoben, und im Rahmen von Schritt b) wieder zurück verschoben. Wichtig, diese spezifische Führung des Prozesses, d.h. dass die induktive Heizphase in einem Folgeverbundwerkzeug vor dem Umformprozess nicht im unteren Totpunkt, sondern oberhalb davon, und insbesondere auch noch mit einer in oder entgegen der Vorschubrichtung verschobenen Erwärmungseinheit, durchgeführt werden kann, ist auch unabhängig von der oben beschriebenen spezifischen Geometrie der Erwärmungseinheit eine Erfindung im Zusammenhang mit einer solchen induktiven Erwärmung und anschliessenden Umformung eines Magnesium-Blechs.
Vor Schritt a) kann das Magnesium-Blech mit einem Schmiermittel für den Umformprozess besprüht werden, welches Schmiermittel vorzugsweise wenigstens ein Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, enthält, welches im Rahmen der Aufwärmung im wesentlichen verdampft, sowie Partikel. Die Partikel können ausgewählt sein vorzugsweise aus folgender Gruppe: organische Partikel, anorganische Partikel, oder Mischungen davon. Insbesondere vorzugsweise handelt es sich um Graphit-Partikel, Keramik-Partikel, ganz besonders bevorzugt um Oxide oder/und Phosphide im wesentlichen auf Basis von Aluminium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink, Zinn, Graphit, Sulfid, Selenid oder/und Tellurid, insbesondere aus Graphit, Antimon-haltigem Sulfid, Zinn-haltigem Sulfid, Molybdän-haltigem Sulfid oder/und Wolfram-haltigem Sulfid, oder Bor-haltigen Partikeln, oder einer Mischung derartiger Partikel.
Die Induktionsspule wird vorzugsweise, angepasst auf das Induktionsverhalten von Magnesium, mit einer Frequenz im Bereich von 90-120 kHz, vorzugsweise im Bereich von 100- 1 10 kHz angesteuert.
Bevorzugtermassen wird zur Steuerung des Prozesses die Temperatur des umzuformenden Bereichs bei in der Induktionsspule angeordnetem umzuformendem Bereich auf dem Magnesium selber gemessen und die Verschiebung gemäss Schritt b) wird vorzugsweise erst ausgelöst, wenn die gewünschte Zieltemperatur erreicht ist.
Die Zieltemperatur im Schritt a) liegt vorzugsweise im Bereich von 380-410 °C, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 390-305 °C.
Die Temperatur des Magnesium-Blechabschnittes kann optisch, vorzugsweise mit einem (Laser )Pyrometer bestimmt werden.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Bevorzugtermassen ist die Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Erwärmungseinheit und eine in einer Vorschubrichtung des, vorzugsweise als Bahn, zugeführten Magnesium-Blechs, nachgeschaltete unmittelbar folgende Umformeinheit aufweist.
Die Erwärmungseinheit weist eine Induktionsspule mit einer Wicklung gebildet aus einen Wicklungsinnenraum bildenden Leiterabschnitten mit wenigstens fünf Wicklungen auf, und der umzuformende Bereich ist zur Erwärmung im wesentlichen vollständig in diesem Wicklungsinnenraum angeordnet.
Vorzugsweise ist vor und/oder nach der Erwärmungseinheit und der Umformeinheit wenigstens eine Stanzeinheit angeordnet, wobei, wenn vor Schritt a) gestanzt wird, vorzugsweise eine Kontur unter Belassung von Elementen, mittels welcher das Magnesium-Blech gefördert werden kann, ausgebildet wird, und wobei es sich bei den Elementen vorzugsweise wenigstens um zwei seitliche Trägerstreifen handelt, mit welchen die Kontur über Blech-Verbindungsstege verbunden ist. Wenn nach Schritt c) gestanzt wird, kann die endgültige Kontur des dreidimensional geformten Werkstücks gestanzt werden oder wenigstens Blech- Verbindungsstege unter Ausbildung des dreidimensional geformten Werkstücks getrennt werden.
Die Wicklung der Induktionsspule der Erwärmungseinheit kann gebildet werden durch eine entlang einer Vorschubrichtung angeordnete Abfolge von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten geraden oberen Querleitem und geraden unteren Querleitern, die sich in einer Querrichtung quer zur Vorschubrichtung und parallel zur Blechebene erstrecken, und welche in einer Z-Richtung senkrecht zur Querrichtung und senkrecht zur Vorschubrichtung beanstandet sind. Dies vorzugsweise so, dass dazwischen ein Spalt gebildet wird, der in Z-Richtung eine Höhe von wenigstens der doppelten Blechdicke, und von vorzugsweise weniger als der 20 fachen Blechdicke aufweist, und wobei die Querleiter vorzugsweise über gegenüberliegende Krümmungsbereiche unter Ausbildung der Wicklung miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise ist die Höhe des Spaltes im Bereich von 8-25 mm, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 10-15 mm.
Die Querleiter können in Querrichtung eine Länge aufweisen, welche im wesentlichen der Breite des vorzugsweise als Blechstreifen zugeführten Magnesium-Blechs entspricht. Die Wicklung der Induktionsspule wird vorzugsweise auf wenigstens einer, vorzugsweise auf den beiden dem Spalt abgewandten Aussenseiten der Querleiter durch elektrisch isolierende Führungselemente wenigstens teilweise umgriffen, vorzugsweise indem die parallel zur Vorschubrichtung verlaufenden Führungselemente in der dem jeweiligen Querleiter zugewandten Oberfläche eine in ihrer Zahl der Anzahl Querleiter entsprechende Reihe von vorzugsweise gleichmässig beanstandeten Ausnehmungen aufweisen, in welchen die Querleiter angeordnet sind, und wobei die zwischen den Ausnehmungen angeordneten Vorsprünge der Führungselemente über die Querleiter hinaus in den Spalt teilweise hineinragen, mit einem Überstand von vorzugsweise im Bereich von 0.5-5 mm, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 1-4 mm.
Bei einem in einer horizontalen Ebene zugeführten Magnesium-Blechband können auf der Oberseite und auf der Unterseite der Induktionsspule wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 in Vorschubrichtung verlaufende, vorzugsweise in Querrichtung gleichmässig beanstandete Führungselemente angeordnet sein, welche aus Keramik oder Stein, insbesondere Granit, bestehen, und bei welchen Ausnehmungen für sämtliche Querleiter vorgesehen sind, und vorzugsweise die Spitzen der in den Spalt hineinragenden Vorsprünge abgerundet sind.
Auch hier können die Leiter der Induktionsspule als Hohlprofile ausgestaltet sein, durch welche ein Kühlmedium geführt wird, wobei vorzugsweise die Leiter der Induktionsspule einen rechteckigen oder quadratischen Wand-Querschnitt aufweisen.
Es kann sich um ein vorzugsweise synchron getaktetes Folge-Hubwerkzeug handeln, bei welchem die Werkzeuge der verschiedenen Stationen synchron angesteuert werden, wobei vorzugsweise die Erwärmungseinheit auf einer Trägereinheit gelagert ist, welche sich beim Öffnen des Werkzeugs nicht nur entlang der Z Richtung sondern zusätzlich entlang oder entgegen der Vorschubrichtung verschiebt.
Zu guter Letzt betrifft die vorliegende Erfindung ein dreidimensional geformtes Werkstück aus einem Magnesium-Blech hergestellt nach einem Verfahren wie oben beschrieben und/oder in einer Vorrichtung wie oben beschrieben
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Übersicht über ein Folgeverbundwerkzeug ohne Blechbahn mit 5
Stufen;
Fig. 2 Übersicht über das Folgeverbundwerkzeug mit der bearbeiteten Blechbahn; Fig. 3 Folgeverbundwerkzeug mit der bearbeiteten Blechbahn in der unteren
Totpunkt (UT) Position von der Seite;
Fig. 4 a) Spulengeometrie mit der bearbeiteten Blechbahn in der oberen Totpunkt
(OT) Position, b) Schaltdiagramm für die Ansteuerung der Induktionsspule;
Fig. 5 Ausschnitt aus dem Folgeverbundwerkzeug (Stationen 2-4) in der OT- Position;
Fig. 6 weiterer Ausschnitt aus dem Folgeverbundwerkzeug (Stationen 2-4) in der
OT-Position mit Stempel;
Fig. 7 Stufe 3 mit der bearbeiteten Blechbahn in OT-Position, Induktionseinheit nach Z und nach X versetzt für den Heiztakt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Ein Folgeverbundwerkzeug ohne bearbeitete Magnesium-Blechbahn ist in Figur 1 in einer perspektivischen Aufsicht dargestellt. Das Blechband wird entlang der Vorschubrichtung 24 von rechts zugeführt und durchläuft zunächst die Stanzeinheit 2, dann die Erwärmungseinheit 3, anschliessend die Umformeinheit 4, dann folgt eine Leerstation 5, und zu guter Letzt wird ein einer Stanzeinheit 6 mit Auswurf nach unten das fertige Bauteil abgeführt.
In der Stanzeinheit 2 wird zunächst aus dem Blechband die erforderliche Kontur bereitgestellt. Dies, indem auf den beiden äusseren Seiten jeweils ein seitlicher Trägerstreifen 26 stehen gelassen wird, und die eigentliche gewünschte Kontur über Verbindungsstege 27 mit diesen Streifen verbunden ist. Mit den Streifen 26 wird die Führung des Prozesses respektive der Vorschub und die Kontrolle der Blechbahn gewährleistet.
Entsprechend wird dann auch nicht eigentlich die umlaufende Kontur der gewünschten Form in der Station 2 ausgestanzt, sondern vielmehr einzelne Öffnungen ausgebildet, welche sich aber nicht wirklich mit dem Takt/Vorschub der restlichen Stufen richtig koordinieren. So gibt es in dieser Stanzeinheit 2 zunächst eine quer verlaufende Stanzkontur 8 und dann zwei seitliche Stanzkonturen 9, dazwischen sind die Konturen für die Stegbildung zwischen 8 und 9 angeordnet. Dadurch gibt es eine Matritze 11 für die Spitze ganz rechts und weiter vorne in Vorschubrichtung eine Matritze 12 für den Hauptbereich des Stanzteils. In der Figur sind die oberen Werkzeugteile nicht dargestellt, das heisst hier der die Bereiche 8 respektive 9 ausschneidende und vom Hub in Z Richtung verschobene Schneidwerkzeugteil.
Damit reicht gewissermassen die vorn liegende Spitze des hier beispielhaft angegebenen Stanzteils recht weit in die nächste Station, die Erwärmungsstation 3 hinein.
Die Erwärmungseinheit 3 verfügt als wichtiges Element über den eigentlichen Induktor 15, der durch eine Wicklung 16 gebildet wird, dessen Wicklungsachse parallel zur Vorschubrichtung 24 angeordnet ist. Die Wicklung ist dabei gewissermassen flach ausgelegt und der zugeführten Blechbahn angepasst, das heisst, es gibt einen länglichen quer verlaufenden Schlitz, der das eigentliche Wicklungsinnere bildet, und durch welchen das Blechband geführt wird.
Zur Führung des Blechstreifens in diesem Induktor sind jeweils auf der Oberseite und der Unterseite drei Kämme angeordnet, und zwar zwei aussenliegende seitliche Kämme 17 und ein zentraler Kamm 18. Diese Kämme sind, genau wie die eigentliche Wicklung 16, für sich allein selbsttragend, das heisst die Wicklung wird durch diese Kämme 17, 18 nicht getragen, sondern nur von diesen umgriffen. Die Kämme 17, 18 werden durch zwei quer verlaufende Trägerstangen 19, die über Stützsäulen 20 auf einer Trägereinheit 36 getragen werden, in Position gehalten.
Oberhalb (oder unterhalb) der Induktor-Einheit 15 ist ein Arm 13 für die Temperaturmessung, hier ein Pyrometer, vorgesehen.
Weiterhin verfügt der Induktor 15 über eine Versorgungseinheit, auf die weiter unten eingegangen werden soll.
Dann folgt in Vorschubrichtung die Umformeinheit 4. Sie verfügt über eine Matrize 21 und einen Stempel 52 (vergleiche Figur 6). Anhand dieser Umformeinheit 4 soll dargelegt werden, wie die gestanzte Blechbahn im Rahmen dieses Folgeverbundwerkzeuges geführt wird. Es gibt auf beiden Seiten jeweils Streifenführungen 22, zwischen welchen die seitlichen Trägerstreifen 26 geklemmt sind. Über diese seitlichen Streifenführungen 22 wird, bei stets stationären unteren Werkzeugteilen, die in Bearbeitung befindliche Blechbahn vom unteren Totpunkt (UT) in den oberen Totpunkt (OT) bei den Schrittwechseln verschoben, und wieder zurück.
Anschliessend folgt eine Leerstation 5, in welcher keine weiteren Bearbeitungsschritte erfolgen. Die Leerstation dient dazu, die im Takt geführten Prozessschritte so schnell wie möglich aus dem Umformwerkzeug abführen zu können, andererseits aber dem in der Umformungsstation 4 frisch umgeformten noch heissen Werkstück genügend Zeit zu lassen, um abzukühlen, damit dann ohne weitere Deformation in der abschliessenden Stanzeinheit mit Auswurf 6 das fertige Werkstück bereit gestellt werden kann. Dazu gibt es in der Station 6 eine vollständige Stanzkontur 23 und eine nach unten offene Durchgangsöffnung als Auswurföffnung 7. In dieser Station werden die Verbindungsstege 27 gekappt und gegebenenfalls auch noch eine definitive umlaufende oder teilweise umlaufende Konturierung des Bauteils vorgenommen.
In Figur 2 ist das gleiche Folgeverbundwerkzeug dargestellt, hier nun aber mit der bearbeiteten Blechbahn. Hier können nun die Stege 27 erkannt werden und die beiden seitlichen Trägerstreifen 26. Ebenfalls ist die Kontur 28 des Stanzlings nach der Bearbeitung in der Stanzeinheit erkennbar. Es ist auch erkennbar, wie der vordere Spitzenbereich 29 weit in Vorschubrichtung nach vorne ragend ausgebildet ist, was dazu führt, unter anderem, dass vorteilhafterweise, wie weiter unten dargelegt wird, die Erwärmungseinheit 3 dann angesteuert wird, wenn das Werkzeug im oberen Totpunkt angeordnet ist und die Erwärmungseinheit gleichzeitig etwas nach vorne in Vorschubrichtung 24 verschoben angeordnet wird, so dass eben nicht der vordere Spitzenbereich 29 des erst anfolgend bearbeiteten Abschnittes aufgewärmt wird, sondern der richtige vorderen Spitzenbereich des anschliessend dem Umformprozess zu unterwerfenden Abschnittes.
Ebenfalls erkennbar ist, wie der umgeformte Rohling 31 in der Leerstation 5 durch die seitlichen Stege 27 gehalten wird, und wie die seitlichen Trägerstreifen 27 in den beiden seitlichen Steghaltern 26 geklemmt sind. Ebenfalls ist erkennbar, wie am Ende die Trägerstreifen 32 mit den Verbindungsstegen sowie gegebenenfalls weiteren in der Station 6 geschnittenen Randbereich abgeführt werden.
Figur 3 zeigt das Folgeverbundwerkzeug in einer Seitenansicht in der UT-Position in einer weiteren Übersicht. Hier kann insbesondere erkannt werden, wie der Arm 13 dazu dient, eine Lasereinheit zu tragen, sodass der Laserstrahl 35 des Pyrometers zwischen den Wicklungen der Induktionseinheit hindurch auf das Magnesiumbauteil zur Messung der Temperatur und der damit verbundenen Steuerung gerichtet werden kann.
Weiterhin kann in dieser Darstellung gut erkannt werden, wie die quer verlaufenen Trägerstangen 19 für die Halterung der Kämme 17 und 18 durch quer verlaufende Öffnungen 37 hindurch geführt sind, und an ihren Enden beidseits von den Säulen 20 getragen werden. Die Säulen 20 stehen auf der Trägereinheit 36 der Induktionseinheit, diese Trägereinheit wird, wie weiter unten dargelegt werden wird, bei der Verschiebung vom unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt nicht nur entlang Z-Richtung, sondern auch in Vorschubrichtung versetzt.
Weiterhin sind in dieser Figur die Einstellhilfen 34 für die oberen Werkzeugteile der verschiedenen Stationen dargestellt, der Einfachheit halber werden die oberen Werkzeugteile in den Figuren nicht abgebildet.
In Figur 4 ist nun die Spulengeometrie der eigentlichen Induktionswicklung zur besseren Visualisierung ohne die genannten Kämme dargestellt. Es kann erkannt werden, wie die eigentliche Wicklung selbsttragend an einen Befestigungsblock 42 angeschlossen ist. Die Leiter sind dabei als rechteckige oder quadratische Hohlleiter ausgebildet, im Innenraum dieser Hohlleiter fliesst ein Kühlmedium, welches sicherstellt, dass die Spule ungefähr im Bereich zwischen 30 und 40 Grad Celsius gehalten wird.
Die Induktionsspule zweigt zunächst vom Befestigungsblock 42 über zwei Anschlussbereiche 41 auseinander, und dann folgt die eigentliche Wicklung, welche gebildet wird durch jeweils in einer Querrichtung 46 verlaufende obere Querleiter 45 und untere Querleiter 44, welche auf der hier vorderen Seite über äussere Krümmungsbereiche 38 und auf der hier hinten dargestellten Seite über innere Krümmungsbereiche 40 wechselseitig verbunden sind.
So bildet sich ein schlitzartiges Wicklungsinneres, mit einem länglichen Spalt 43, der der Breite und der Dicke des zugeführten Blechstreifens angepasst ist. Die Höhe in Z-Richtung 47 dieses Spaltes beträgt typischerweise 10-20 Millimeter. Die Spaltbreite sollte gerade so gross wie erforderlich und so klein wie möglich gewählt werden, um eine möglichst effiziente Erwärmung der Blechabschnitte zu ermöglichen.
In Figur 4b ist schematisch das Schaltbild der Induktionsspule und deren Ansteuerung dargestellt. Auf der linken Seite wird eine von einem entsprechenden Frequenzgenerator bereitgestellte Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz von typischerweise ca. 105 kHz angelegt. Über einen Transformator 56 werden Spannung/Strom auf die gewünschten Werte gebracht, und dann folgt ein Serie-Schwingkreis, dessen Kapazitäten C1-C4 zur Einstellung der genauen Resonanzfrequenz justiert werden können. In diesem Serieschwingkreis 57 im Schaltbild 55 ist auf der rechten Seite die Ersatzschaltung für die Induktionsspule dargestellt. Diese setzt sich zusammen durch einen induktiven Anteil L und einen resistiven Anteil R. Kapazitative Beiträge der Induktionsspule sind in diesem Schaltbild vernachlässigt.
Aufgrund der hohen eingesetzten Energien muss in einer derartigen Schaltung typischerweise der Transformator und die Kapazitäten in einem weiteren Kühlkreis gekühlt werden.
In Figur 5 sind die Stationen 2-4 nun im oberen Totpunkt (OT) dargestellt. Besonders am vorgeschlagenen Verfahren ist unter anderem, dass bevorzugtermassen der Erwärmungsschritt nicht im unteren Totpunkt, das heisst während der Bearbeitungsschritte der anderen Stationen erfolgt, sondern im oberen Totpunkt.
Grund dafür ist einerseits der oben beschriebene durch die Anordnung der Stanzkonturen in der Station 2 erforderliche seitliche Versatz, der es erforderlich macht, dass die Induktionseinheit etwas in Vorschubrichtung nach vorne verschoben werden muss, damit auch der korrekte Blechbereich erwärmt wird.
Weiter ist aber auch im Zusammenhang mit einer derartigen Vorrichtung problematisch, dass natürlich die Induktionsspulen nicht nur den Blechabschnitt, sondern auch jedes andere umliegende metallische Teil, welches induktiv angeregt werden kann, erwärmt. Würde die Induktionsspule im unteren Totpunkt und vielleicht sogar noch bei geschlossenem Stanzwerkzeug und Umformwerkzeug betrieben, würde die Induktionsenergie hauptsächlich in diese benachbarten Werkzeuge ausgetragen und würde gar nicht in Magnesiumblech landen.
Entsprechend muss, damit die Induktionsenergie effektiv nur auf den Blechabschnitt eingetragen werden kann, im oberen Totpunkt und bei möglichst geöffneten oberen Werkzeugteilen, die damit allesamt möglichst weit von der Induktionsspule und den damit verbunden Induktionsfeld angeordnet sind, durchgeführt werden.
In der Figur 5 ist weiterhin gut erkennbar, wie die Kämme 17 und 18 über eine Reihe von Vorsprüngen 49 verfügen und eine Reihe von Ausnehmungen 50. Es gibt gerade so viele Ausnehmungen 50 wie Querleiter 40, 45, und die Querleiter liegen jeweils in diesen Ausnehmungen 50.
Die Querleiter berühren dabei die Kämme 17, 18 nicht, die Ausnehmungen dienen mit anderen Worten nicht dazu, die Querleiter respektive die Induktionsspule zu halten. Effektiv werden von diesen Kämmen 17, 18 vor allem die Vorsprünge 49, und dabei insbesondere die in den Spalt 43 abgerundeten und hineinragenden Spitzen wirksam eingesetzt. Sie dienen dazu, sicherzustellen, dass die Blechbahn, selbst wenn sie beispielsweise nicht richtig in Z-Richtung positioniert ist oder wenn sie infolge der Erwärmung anfängt, durchzuhängen, die Leiter der Induktionsspule nicht berührt. Durch die über die gesamte Vorschublänge angeordnete Serie von diesen Abstandhaltern gebildet durch die Vorsprünge 49 ist es möglich, den Prozess effektiv störungsfrei mit hohen Taktraten durchzuführen.
In Figur 6 ist eine analoge Darstellung wie in Figur 5 wiedergegeben, wobei hier aber weiter der Stempel 52 und der hintere Teil 53 davon des oberen Werkzeugs der Umformeinheit zusätzlich dargestellt ist. Die Darstellung ist ebenfalls im oberen Totpunkt und soll aufzeigen, wie dieser obere Werkzeugteil im Rahmen der Aufwärmungsphase möglichst weit nach oben und damit von der Induktionseinheit weg verschoben angeordnet wird.
Zu guter Letzt ist in Figur 7 die Stufe 3 mit der bearbeiteten Blechbahn in der OT Position dargestellt, wobei die Induktionseinheit nach Z und nach X versetzt ist für den Heiztakt. Einerseits ist hier erkennbar, wie die zu erwärmende Kontur 59 schön innerhalb der Induktionsspule respektive im Spalt 43 angeordnet ist. Weiter ist hier erkennbar, wie schräg angeordnete Gasdruckfedern 48 dazu dienen, die Trägereinheit 36 nicht nur in Z- Richtung, sondern eben auch noch in Vorschubrichtung 24 für den Heizschritt zu verschieben.
Nicht dargestellt aber ebenfalls wichtig und von Vorteil für das durchgefülirte Verfahren ist eine Station, bei welcher die Blechbahn mit einem Schmiermittel beaufschlagt wird. Das Schmiermittel kann vor der zweiten Station oder auch zwischen der zweiten und der dritten Station aufgebracht werden, und verfügt über ein Lösungsmittel und partikuläre Schmierpartikel.
Das Lösungsmittel, vorteilhafter Wasser, verdampft bei der Erwärmung in der Heizstation 3, so dass auf der Oberfläche nur noch die schmierenden Partikel, typischerweise Graphit und/oder Keramikpartikel, haften bleiben. Gegebenenfalls kann auch noch ein Bindemittel vorhanden sein, welches sicherstellt, dass die Partikel sicher auf der Oberfläche haften bleiben, wenn das Lösungsmittel verdampft ist. Das Schmiermittel dient dann vor allem dazu, in der Umformstufe 4 sicher zu stellen, dass der Werkstoff gut auf den Werkzeugoberflächen gleitet und das Werkstück nicht im Werkzeug zerrissen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
Werkzeug Richtung
Stanzeinheit 25 Magnesiumblechbahn
Erwärmungseinheit 26 seitlicher Trägerstreifen
Umformeinheit 27 Verbindungsstege
Leerstation 28 Kontur von Stanzling nach
Stanzeinheit und Auswurf Bearbeitung in 2
Auswurföffnung von 6 29 vorderer Spitzenbereich von quer verlaufende Stanzkontur 28
seitliche Stanzkontur 30 umgeformter Rohling nach
Kontur für Stegbildung Bearbeitung in 4
zwischen 8 und 9 31 umgeformter Rohling in 5
Matritze für Spitze von 32 abgeführter Trägerstreifen
Stanzteil mit Verbindungsstegen
Matritze für Hauptbereich 33 Widerlagerfläche von 6 von Stanzteil 34 Einstellhilfe
Arm für Pyrometer 35 Laserstrahl von Pyrometer
Versorgungseinheit für 36 Trägereinheit von 15
Induktor 37 Öffnungen in 17/18 für 19
Induktor 38 äussere Krümmungsbereiche
Wicklung von 15 von 16
seitlicher Kamm von 15 39 Sucherloch in 26 zentraler Kamm von 15 40 innere Krümmungsbereiche quer verlaufende von 16
Trägerstange von 15 41 Anschlussbereich von 16
Stützsäule von 19 42 Befestigungsblock von 16
Matrize von 4 43 Spalt zwischen 44 und 45
Streifenführung 44 unterer Querleiter von 16 vollständige Stanzkontur von 45 oberer Querleiter von 16
6 46 Y-Richtung,
Vorschubrichtung Querverlaufsrichtung
Magnesiumblechbahn, X- 47 Z-Richtung Gasdruckfeder für X/Z 57 Serie-Schwingkreis von
Verschiebung von 36 Ansteuerungseinheit
Vorsprung von 17/18 58 Aussenkreis Induktion
Ausnehmung von 17/18 für 59 zu erwärmender Bereich in 3
44/45
noch nicht umgeformter
erhitzter Rohling unmittelbar L induktiver Anteil von 16 vor Bearbeitung in 4 R resistiver Anteil von 16
Stempel von 4, vorderer Ci-4 Kondensatoren von
Bereich Serieschwingkreis in
Stempel von 4, hinterer Ansteuerungseinheit von 16
Bereich
Figure imgf000021_0001
Ausgangsspannung des
Induktor im Schaltbild Wechselrichters (des
Schaltbild von Netzteils)
Ansteuerungseinheit von 16
Transformator von
Ansteuerungseinheit

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Werkstücken aus einem Blech (25), insbesondere aus einem Magensium-Blech, in einem kombinierten Stanz- und Warmumformverfahren mit folgenden Schritten:
a) induktives Erwärmen wenigstens eines umzuformenden Bereichs (59) des Blechs auf eine Temperatur im Bereich von 300-410 °C in einer Erwärmungseinheit (3);
b) Verschiebung des erwärmten umzuformenden Bereichs (59) aus der Erwärmungseinheit (3) in eine Umformeinheit (4);
c) Umformen des erwärmten umzuformenden Bereichs (51) zwischen wenigstens einer Matrize (21) und wenigstens einem Stempel (52, 53) in der Umformeinheit (4)
wobei die Erwärmungseinheit (3) eine Induktionsspule (16) mit einer Wicklung gebildet aus einen Wicklungsinnenraum (43) bildenden Leiterabschnitten (38, 40, 44, 45) mit wenigstens fünf Wicklungen aufweist, und der umzuformende Bereich (59) zur Erwärmung im wesentlichen vollständig in diesem Wicklungsinnenraum (43) angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) und/oder nach Schritt c) das Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, gestanzt wird,
wobei vorzugsweise, wenn vor Schritt a) gestanzt wird, eine Kontur (28) unter Belassung von Elementen (26, 27), mittels welcher das Blech gefördert werden kann, ausgebildet wird, wobei es sich bei den Elementen (26, 27) vorzugsweise wenigstens um zwei seitliche Trägerstreifen (26) handelt, mit welchen die Kontur (28) über Blech-Verbindungsstege (27) verbunden ist, handelt,
und/oder wobei vorzugsweise, wenn nach Schritt c) gestanzt wird, die endgültige Kontur des dreidimensional geformten Werkstücks gestanzt wird oder wenigstens Blech-Verbindungsstege (27) unter Ausbildung des dreidimensional geformten Werkstücks getrennt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, als Blechstreifen, vorzugsweise kontinuierlich, zugeführt wird,
und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesium-Anteil in der Legierung des Magnesium-Blechs (25) wenigstens 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise wenigstens 92 Gewichtsprozent, und insbesondere vorzugsweise wenigstens 95 Gewichtsprozent beträgt
und/oder dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, eine Dicke im Bereich von 0.5-3 mm, insbesondere bevorzugtermassen im Bereich von 1 -2 mm aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung der Induktionsspule (16) der Erwärmungseinheit (3) gebildet wird durch eine entlang einer Vorschubrichtung (24) angeordnete Abfolge von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten geraden oberen Querleitern (44) und geraden unteren Querleitern (45), die sich in einer Querrichtung (46) quer zur Vorschubrichtung (24) und parallel zur Blechebene erstrecken, und welche in einer Z-Richtung (47) senkrecht zur Querrichtung (46) und senkrecht zur Vorschubrichtung (24) beabstandet sind, sodass dazwischen ein Spalt (43) gebildet wird, der in Z-Richtung (47) eine Höhe von wenigstens der doppelten Blechdicke, und von vorzugsweise weniger als der 20 fachen Blechdicke aufweist, und wobei die Querleiter (45, 46) über gegenüberliegende Krümmungsbereiche (38, 40) unter Ausbildung der Wicklung miteinander verbunden sind,
wobei vorzugsweise die Querleiter (45, 46) in Querrichtung (46) eine Länge aufweisen, welche im wesentlichen der Breite des vorzugsweise als Blechstreifen zugeführten Blechs (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung der Induktionsspule (16) auf wenigstens einer, vorzugsweise auf den beiden dem Spalt (43) abgewandten Aussenseiten der Querleiter (44, 45) durch elektrisch isolierende Führungselemente (17, 18) wenigstens teilweise umgriffen wird, vorzugsweise indem die parallel zur Vorschubrichtung (24) verlaufenden Führungselemente (17, 18) in der dem jeweiligen Querleiter (44, 45) zugewandten Oberfläche eine Reihe von vorzugsweise gleichmässig beanstandeten Ausnehmungen (50) aufweisen, in welchen die Querleiter (44, 45) angeordnet sind, und wobei die zwischen den Ausnehmungen (50) angeordneten Vorsprünge (49) der Führungselemente (17, 18) über die Querleiter (44, 45) hinaus in den Spalt (43) teilweise hineinragen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in einer horizontalen Ebene zugeführten Blechband (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechbandes, auf der Oberseite und auf der Unterseite der Induktionsspule wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 in Vorschubrichtung (24) verlaufende, vorzugsweise in Querrichtung (46) gleichmässig beanstandete Führungselemente (17, 18) angeordnet sind, welche aus Keramik oder Stein, insbesondere Granit, bestehen, und bei welchen Ausnehmungen (50) für sämtliche Querleiter (44, 45) vorgesehen sind, und vorzugsweise die Spitzen der in den Spalt (43) hineinragenden Vorsprünge (49) abgerundet sind,
und/oder dass die Leiter (38, 40, 44, 45) der Induktionsspule (15) als Hohlprofile ausgestaltet sind, durch welche ein Kühlmedium geführt wird, wobei vorzugsweise die Leiter (38, 40, 44, 45) der Induktionsspule (15) einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) in einer Position durchgeführt wird, bei welcher das Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, in der Erwärmungseinheit (3) und die Induktionsspule (15) mit darin angeordnetem umzuformenden Bereich (59) nicht im unteren Totpunkt des Werkzeugs angeordnet ist, sondern oberhalb davon, wobei vorzugsweise die Erwärmungseinheit vor der Einnahme der Position für Schritt a) nicht nur entlang der Z-Richtung (47), sondern auch noch entlang oder entgegen der Vorschubrichtung (24) zur Vermeidung der Kopplung des Induktionsfeldes mit metallischen Werkzeugen vorgeschalteter oder nachgeschalteter Stationen (2, 3) verschoben wird, und im Rahmen von Schritt b) wieder zurück verschoben wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) das Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, mit einem Schmiermittel besprüht wird, welches Schmiermittel vorzugsweise wenigstens ein Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, enthält, welches im Rahmen der Aufwärmung im wesentlichen verdampft, sowie Partikel, wobei die Partikel ausgewählt sind vorzugsweise aus folgender Gruppe: organische Partikel, anorganische Partikel, insbesondere vorzugsweise Graphit-Partikel, Keramik- Partikel, ganz besonders bevorzugt Oxide oder/und Phosphide im wesentlichen auf Basis von Aluminium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink, Zinn, Graphit, Sulfid, Selenid oder/und Tellurid, insbesondere aus Graphit, Antimon-haltigem Sulfid, Zinnhaltigem Sulfid, Molybdän-haltigem Sulfid oder/und Wolfram-haltigem Sulfid, oder Bor-haltigen Partikeln, oder einer Mischung derartiger Partikel.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (15) mit einer Frequenz im Bereich von 90-120 kHz, vorzugsweise im Bereich von 100-1 10 kHz angesteuert wird;
und/oder dass die Temperatur des umzuformenden Bereichs (59) bei in der Induktionsspule (15) angeordnetem umzuformendem Bereich (59) gemessen wird und die Verschiebung gemäss Schritt b) erst ausgelöst wird, wenn die gewünschte Zieltemperatur erreicht ist, wobei die Zieltemperatur vorzugsweise im Bereich von 380-410 °C, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 390-305 °C liegt, und wobei weiterhin vorzugsweise die Temperatur optisch, vorzugsweise mit einem Pyrometer bestimmt wird;
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Erwärmungseinheit (3) und eine in einer Vorschubrichtung (24) des, vorzugsweise als Bahn, zugeführten Blechs (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, nachgeschaltete unmittelbar folgende Umformeinheit (4) aufweist, wobei die Erwärmungseinheit (3) eine Induktionsspule (16) mit einer Wicklung gebildet aus einen Wicklungsinnenraum (43) bildenden
Leiterabschnitten (38, 40, 44, 45) mit wenigstens fünf Wicklungen aufweist, und der umzuformende Bereich (59) zur Erwärmung im wesentlichen vollständig in diesem Wicklungsinnenraum (43) angeordnet ist,
und wobei vorzugsweise vor und/oder nach der Erwärmungseinheit (3) und der Umformeinheit (4) wenigstens eine Stanzeinheit (2, 6) angeordnet ist, wobei wenn vor Schritt a) gestanzt wird, vorzugsweise eine Kontur (28) unter Belassung von Elementen (26, 27), mittels welcher das Blech, insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, gefördert werden kann, ausgebildet wird, wobei es sich bei den Elementen (26, 27) vorzugsweise wenigstens um zwei seitliche Trägerstreifen (26) handelt, mit welchen die Kontur (28) über Blech- Verbindungsstege (27) verbunden ist, handelt,
und/oder wobei vorzugsweise, wenn nach Schritt c) gestanzt wird, die endgültige Kontur des dreidimensional geformten Werkstücks gestanzt wird oder wenigstens Blech- Verbindungsstege (27) unter Ausbildung des dreidimensional geformten Werkstücks getrennt werden. 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung der Induktionsspule (16) der Erwärmungseinheit (3) gebildet wird durch eine entlang einer Vorschubrichtung (24) angeordnete Abfolge von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten geraden oberen Querleitern (44) und geraden unteren Querleitern (45), die sich in einer Querrichtung (46) quer zur Vorschubrichtung (24) und parallel zur Blechebene erstrecken, und welche in einer Z-Richtung (47) senkrecht zur Querrichtung (46) und senkrecht zur Vorschubrichtung (24) beabstandet sind, sodass dazwischen ein Spalt (43) gebildet wird, der in Z- Richtung (47) eine Höhe von wenigstens der doppelten Blechdicke, und von vorzugsweise weniger als der 20 fachen Blechdicke aufweist, und wobei die Querleiter (45, 46) über gegenüberliegende Krümmungsbereiche (38, 40) unter Ausbildung der Wicklung miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die Höhe des Spaltes (43) im Bereich von 8-25 mm, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 10-15 mm,
wobei vorzugsweise die Querleiter (45, 46) in Querrichtung (46) eine Länge aufweisen, welche im wesentlichen der Breite des vorzugsweise als Blechstreifen zugeführten Blechs (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, entspricht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung der Induktionsspule (16) auf wenigstens einer, vorzugsweise auf den beiden dem Spalt (43) abgewandten Aussenseiten der Querleiter (44, 45) durch elektrisch isolierende Führungselemente (17, 18) wenigstens teilweise umgriffen wird, vorzugsweise indem die parallel zur Vorschubrichtung (24) verlaufenden Führungselemente (17, 18) in der dem jeweiligen Querleiter (44, 45) zugewandten Oberfläche eine in ihrer Zahl der Anzahl Querleiter entsprechende Reihe von vorzugsweise gleichmässig beanstandeten Ausnehmungen (50) aufweisen, in welchen die Querleiter (44, 45) angeordnet sind, und wobei die zwischen den Ausnehmungen (50) angeordneten Vorsprünge (49) der Führungselemente (17, 18) über die Querleiter (44, 45) hinaus in den Spalt (43) teilweise hineinragen, mit einem überstand von vorzugsweise im Bereich von 0.5-5 mm, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 1-4 mm.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in einer horizontalen Ebene zugeführten Blechband (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechbandes, auf der Oberseite und auf der Unterseite der Induktionsspule wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3 in Vorschubrichtung (24) verlaufende, vorzugsweise in Querrichtung (46) gleichmässig beanstandete Führungselemente (17, 18) angeordnet sind, welche aus Keramik oder Stein, insbesondere Granit, bestehen, und bei welchen Ausnehmungen (50) für sämtliche Querleiter (44, 45) vorgesehen sind, und vorzugsweise die Spitzen der in den Spalt (43) hineinragenden Vorsprünge (49) abgerundet sind,
und/oder dass die Leiter (38, 40, 44, 45) der Induktionsspule (15) als Hohlprofile ausgestaltet sind, durch welche ein Kühlmedium geführt wird, wobei vorzugsweise die Leiter (38, 40, 44, 45) der Induktionsspule (15) einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Hubwerkzeug handelt, bei welchem die Werkzeuge der verschiedenen Stationen synchron angesteuert werden, wobei vorzugsweise die Erwärmungseinheit (3) auf einer Trägereinheit (36) gelagert ist, welche sich beim Öffnen des Werkzeugs nicht nur entlang der Z Richtung (47) sondern zusätzlich entlang oder entgegen der Vorschubrichtung (24) verschiebt.
15. Dreidimensional geformtes Werkstück aus einem Blech (25), insbesondere in Form eines Magnesium-Blechs, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-9 und/oder in einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 10-14.
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