Verfahren zur Umformung einer Platine und Kühlvorrichtung für eine Platine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung einer metallenen Platine, wobei die Platine auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, dann mittels einer Kühlvorrichtung ab- gekühlt und anschließend in eine Presse eingelegt und umgeformt wird. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung für eine metallene Platine.

Unter dem Begriff "Platine" wird im Folgenden vorzugsweise ein ebenes Metallblech verstanden, jedoch kann die Platine auch bereits vorverformt sein und eine von einer ebenen Ausrichtung abweichende Gestaltung besitzen. Beispielhaft soll jedoch von einer ebenen Platine ausgegangen werden.

Es ist seit langem bekannt und üblich, eine metallene Platine in eine hydraulische Presse zwischen ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug einzulegen und dann die Werkzeuge gegeneinander zu verfahren und dabei die Platine entsprechend den Formgebungen auf den Formflächen der Werkzeuge umzufor- men.

Beim sogenannten Presshärten wird die Platine zum Zwecke der Härtung zunächst auf eine Temperatur von ca. 800 ⁰ C bis 1000 ⁰ C aufgeheizt, dann in die Presse eingelegt und umge- formt und solange unter der Umform- bzw. Presskraft in der

Presse gehalten, bis die Platine bzw. das daraus geformte Bauteil bis auf eine Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Zieltemperatur abgekühlt ist. Die Abkühlung dauert jedoch relativ lange. Da die Presse während dieser Zeit nicht weiter benutzt werden kann, ist die Herstellung eines einzelnen Bauteils sehr zeitaufwendig und relativ unwirtschaftlich.

Zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens ist es bekannt, die aufgeheizte Platine vor dem Einlegen in die Umformpresse einer Vorkühlung zu unterziehen, indem die Platine durch einen Tunnel geführt wird, in dem sie mit Luft und/oder Inertgas angeblasen und dadurch auf eine Temperatur von ca. 400 ⁰ C bis 500 ⁰ C abgekühlt wird. Auf diese Weise ist die Zeit, die die Platine bzw. das umgeformte Bauteil in der

Presse verbringen muss, wesentlich verringert, jedoch benötigt ein entsprechender Kühltunnel einen großen Bauraum, da eine relativ lange Kühlstrecke vorgesehen sein muss, um die Bauteile in genannter Weise herunterzukühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umformung einer metallenen Platine zu schaffen, mit dem eine schnelle und effiziente Kühlung und Umformung der Platine erreicht wird. Darüber hinaus soll eine Kühlvorrichtung für eine metallene Platine geschaffen werden, mit der sich das Verfahren in einfacher und platzsparender Weise ausführen lässt.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Platine in der Kühlvorrichtung zumindest auf einer ihrer Plattenflächen und vorzugsweise auf ihren beiden entgegengesetzten Plattenflächen mit einem Kühlelement in direkte Anlage gebracht wird.

Die Erfindung geht von der Grundüberlegung aus, die aufgeheizte Platine durch direkte Anlage von Kühlelementen, d.h.

durch Kontaktkühlung herunterzukühlen. Die aufgeheizte Platine wird zwischen die auseinandergefahren Kühlelemente eingelegt, woraufhin diese zusammenfahren und sich von entgegengesetzten Seiten vorzugsweise vollflächig an die Pla- tine anlegen und diese herunterkühlen. Es hat sich gezeigt, dass durch die direkte Kontaktkühlung einerseits eine sehr schnelle Abkühlung der Platine zu erreichen ist und dass darüber hinaus der Platzbedarf einer entsprechenden Kühlvorrichtung relativ gering ist .

Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung nach Art einer hydraulischen Zuhaltevorrichtung aufgebaut, die ein 1. vorzugsweise unteres Kühlelement und ein 2. vorzugsweise oberes Kühlelement aufweist, die mittels einer hydraulischen An- triebs- oder Verstellvorrichtung zwischen einer zusammengefahrenen Spannstellung und einer auseinandergefahrenen Offenstellung verstellbar sind. Zum Zwecke der Kühlung wird die Platine zwischen die Kühlelemente gelegt, woraufhin diese soweit zusammengefahren werden, dass die Platine zwi- sehen den Kühlelementen gehalten und vorzugsweise eingespannt ist. Die von den Kühlelementen auf die Platine ausgeübte Spannkraft kann dabei zur Ausbildung von Verformungen der Platine verwendet werden. Insbesondere ist vorgesehen, in die Platine mittels der Spannkraft der Kühlelemente eine plastische Vorverformung einzubringen. Alternativ ist es auch möglich, dass die von den Kühlelementen auf die Platine ausgeübte Spannkraft so gering ist, dass die Kühl- elemente in der Platine keine oder allenfalls ausschließlich elastische Verformungen hervorrufen, so dass die PIa- tine nach Beendigung des KühlVorgangs wieder ihre ursprüngliche Geometrie insbesondere als ebene Platine besitzt.

Nach Beendigung des Kühlvorgangs wird die hydraulische Verstellvorrichtung, die die Kühlelemente in direkte Anlage mit den Plattenflächen der Platine hält, so aktiviert, dass die Kühlelemente auseinandergefahren werden und die Platine entnommen und in die vorzugsweise hydraulische Presse umge-

setzt werden kann, in der der eigentliche Umformvorgang durchgeführt wird.

In einer möglichen Ausgestaltung des Kühlvorgangs kann vor- gesehen sein, dass der Benutzer die von den Kühlelementen auf die Platine ausgeübte Spannkraft und auch die Zeit, in der die Platine zwischen den Kühleleinenten eingespannt sein soll, vorwählt und der Kühlvorgang entsprechend abläuft.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die IST-Temperatur der Platine während des Kühlvorgangs erfasst und die Kühlung solange fortgeführt wird, bis eine vorgegebenen Zieltemperatur erreicht oder unterschritten ist. Der Vergleich zwischen der IST- Temperatur und der Soll- bzw. Zieltemperatur wird in üblicher Weise in einer Steuervorrichtung vorgenommen, die den KühlVorgang beendet und die Kühlelemente auseinander fährt, wenn die Zieltemperatur erreicht oder unterschritten ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die IST-Temperatur der Platine nicht nur an einer Stelle, sondern gleichzeitig in verschiedenen Bereichen der Platine erfasst wird.

um eine definierte Abkühlung der Platine sicherzustellen, sollte diese möglichst gleichzeitig auf ihren beiden Plattenflächen mit dem jeweiligen Kühlelement in Anlage kommen. Um dabei den Wärmeübergang vor dem Aufbau der Spannkraft der Kühlelemente möglichst gering zu halten, ist in Weiter- bildung der Erfindung vorgesehen, dass die Platine vor Beginn des KühlVorgangs mit Abstand zu den Kühlelementen zwischen diesen gehalten ist und erst beim Zusammenfahren der Kühlelemente mit diesen in Anlage kommt. Zu diesem Zweck können in der Kühlvorrichtung verstellbare Abstandshalter vorgesehen sein, die über insbesondere das untere Kühlelement nach oben herausragen und auf die die Platine mit Abstand zum Kühlelement auflegbar ist. Wenn die Kühlelemente

gegeneinander fahren und geschlossen werden, drückt das o- bere Kühlelement auf die Oberseite der Platine, wodurch die verstellbaren Abstandshalter in das untere Kühlelement vollständig eingeschoben werden, so dass die Platine auch auf ihrer Unterseite mit dem unteren Kühlelement in Anlage kommt .

Hinsichtlich der Kühlvorrichtung wird die obenstehenden Aufgabe durch ein 1. Kühlelement und ein 2. Kühlelement ge- löst, die relativ zueinander verstellbar sind und zwischen denen die Platine einspannbar ist . Die Kühlelemente sind Teil einer insbesondere hydraulischen Zuhaltevorrichtung und können mittels einer hydraulischen Antriebs- oder Verstellvorrichtung relativ zueinander in oben genannter Weise verfahren werden.

Vorzugsweise besitzt zumindest eines der Kühlelemente und insbesondere das untere Kühlelement verstellbare Abstands- halter, auf die die Platine mit Abstand zum Kühlelement auflegbar ist, so dass die aufgeheizte Platine erst unmittelbar vor dem Schließen der Kühlelemente mit dem unteren Kühlelement in Anlage kommt .

Nach Beendigung des KühlVorgangs kann es vorkommen, dass die Platine am oberen Kühlelement haften bleibt und beim Auseinanderfahren der Kühlelemente mit angehoben wird. Um die Platine in diesem Fall vom oberen Kühlelement zu lösen, können in das obere Kühlelement vorzugsweise hydraulisch aktivierbare Auswerferstifte integriert sein.

Neben Platinen, die über ihre Fläche eine zumindest annähernd konstante Dicke aufweisen, sind auch Platinen bekannt, die über ihre Fläche Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen und als "Tailored Blanks" oder "Patchwork Blanks" bezeichnet werden. Wenn derartige Platinen zwischen Kühlelementen eingespannt werden, die jeweils auf ihrer der Platine zugewandten Oberfläche eben ausgebildet sind, steht

die Platine nur in den dickeren Bereichen mit den Kühlelementen in Anlage, so dass eine ungleichmäßige Kühlung gegeben ist. Um auch eine Platine mit einer über die Fläche variierenden Dicke zuverlässig und effizient kühlen zu kön- nen, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass jedes Kühlelement aus mehreren Kühlelementteilen aufgebaut ist, wobei die Kühlelementteile unabhängig voneinander verstellbar sind. Beispielsweise kann ein Kühlelement aus 6 bis 8 Kühlelementteilen aufgebaut sein, die nebenein- ander angeordnet sind und zusammen das Kühlelement bilden. Jedes Kühlelementteil ist über einen hydraulischen Antrieb unabhängig von den anderen Kühlelementteilen anhebbar und absenkbar, so dass sich das Kühlelement durch entsprechende Verstellung der Kühlelementteile an die Oberflächenkontur der zu kühlenden Platine anpassen kann.

Da jedem Kühlelementteil ein eigener hydraulischer Antrieb zugeordnet ist, können die einzelnen Kühlelementteile auch unterschiedliche Spannkräfte auf die Platine ausüben, indem die hydraulischen Antriebe der Kühlelementteile in unterschiedlicher Weise angesteuert werden.

Darüber hinaus kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Kühlelementteile auch unabhängig voneinander temperier- bar sind, so dass die Platine bereichsweise einer unterschiedlichen Kühlung ausgesetzt werden kann, um beispielsweise die dickeren Platinenbereiche stärker zu kühlen als die dünnen Platinenbereiche und um auf diese Weise annähernd gleichzeitig in der ganzen Platine die gewünschte Zieltemperatur zu erreichen.

Unter dem Begriff "Kühlen" ist eine Absenkung der IST-Tem- peratur der Platine auf die gewünschte Zieltemperatur zu verstehen. Zu diesem Zweck sollten die Kühlelemente eine Ausgangstemperatur aufweisen, die unterhalb der Zieltempe- ratur liegt, wobei die Temperatur der Kühlelemente aber oberhalb der Umgebungstemperatur liegen kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnitten dargestellte Vorderansicht einer Kühlvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht der Kühlvorrichtung gemäß Figur 1 und

Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung des unteren Kühlelementes.

Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kühlvorrichtung 10 umfasst vier vertikale Stützen 12, die jeweils am Erdboden E abgestützt und in den Eckpunkten eines Rechtecks angeord- net sind. Jeweils zwei benachbarte Stützen 12 sind an ihrem oberen und ihrem unteren Ende über Querträger 12a und 12b zu einem Rahmen miteinander verbunden. Auf der Oberseite jedes oberen Querträgers 12a ist ein nach oben ragender feststehender Kolben 22a montiert, auf dem am oberen Ende ein Zylinder 22b verschieblich aufgesetzt ist. Der Kolben 22a und der Zylinder 22b bilden zusammen eine hydraulische Verstellvorrichtung 11. Die beiden Zylinder 22b sind über eine Brücke 17 fest miteinander verbunden, an deren Unterseite ein Oberwerkzeug 18 gehalten ist. Das Oberwerkzeug 18 umfasst eine an der Brücke 17 angebrachte obere Grundplatte 18a, an deren Unterseite ein plattenfδrmiges Kühlelement 19 gehalten ist. In die Grundplatte 18a sind eine Vielzahl von hydraulischen Betätigungseinrichtungen 24 in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet, die jeweils mit einem das Kühlelement 19 durchdringenden Auswerferstift 25 in Verbindung stehen.

Im unteren Bereich der Kühlvorrichtung 10 ist ein Tisch 13 angeordnet, der über Stützen 14 zwischen den vertikalen Stützen 12 abgestützt ist, wobei die Stützen 14 mittels einer Einstellvorrichtung 23 höhenverstellbar sind, wie es durch die Doppelpfeile B angedeutet ist. Auf der Oberseite des Tisches 13 unterhalb des Oberwerkzeugs 18 ist ein Unterwerkzeug 15 angeordnet, das eine untere Grundplatte 15a aufweist, auf deren Oberseite ein plattenförmiges Kühlelement 16 angeordnet ist . In die Grundplatte 15a sind eine Vielzahl von hydraulischen Betätigungseinrichtungen 20 in Form von Kolben-Zylinder-Einheiten integriert, die jeweils mit einem das Kühlelement 16 durchdringenden, stiftförmigen Abstandshalter 21 verbunden sind.

Durch Aktivierung der hydraulischen Verstellvorrichtungen 11 kann die Brücke 17 mit dem Oberwerkzeug 18 in Richtung des Unterwerkzeugs 15 soweit abgesenkt werden (siehe Doppelpfeil A) , dass eine ebene, metallene Platine P zwischen dem Oberwerkzeug 18 und dem Unterwerkzeug 15 bzw. zwischen den entsprechenden Kühlelementen 19 und 16 eingespannt ist.

Die Kühlelemente 16 und 19 sind in an sich bekannter Weise gekühlt und insbesondere von einem Kühlfluid durchflössen.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kühlvorrichtung 10 erläutert. Die Platine P, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine ebene metallene Platte konstanter Dicke ist, wird in einer nicht dargestellten, vorgeschalteten Station auf eine Temperatur von ca. 900 ⁰ C erwärmt und anschließend in die Kühlvorrichtung 10 eingelegt, indem sie mit ihrer

Unterseite auf die nach oben aus dem Kühlelement 16 des Unterwerkzeugs 15 hervorstehenden Abstandshalter 21 aufgelegt wird. Die Platine P ist dabei mit Abstand zu dem Kühlelement 16 gehalten. Dieser Zustand ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt.

Anschließend werden die hydraulischen Verstellvorrichtungen 11 aktiviert, wodurch sich die Brücke 17 mit dem Oberwerkzeug 18 absenkt, bis das Kühlelement 19 des Oberwerkzeugs 18 mit der Oberseite der Platine P in Anlage kommt. Die Be- tätigungseinrichtungen 24 des Oberwerkzeugs 18 sind dabei deaktiviert, so dass die Auswerferstifte 25 in das Kühlelement 19 eingeschoben werden.

Bei einer weiteren Absenkung des Oberwerkzeugs 18 wird die Platine P von oben auf die Oberseite des Kühlelementes 16 des Unterwerkzeugs 15 gedrückt, wobei die Abstandshalter 21 in das Kühlelement 16 eingeschoben werden. In diesem geschlossenen Zustand der Kühlvorrichtung 10 ist die Platine P zwischen den beiden Kühlelementen 16 und 19 mit geringer Kraft eingespannt. Die der Platine P zugewandte Unterseite des Kühlelementes 19 des Oberwerkzeugs 18 und die der Platine P zugewandte Oberseite des Kühlelementes 16 des Unterwerkzeugs 15 sind jeweils eben ausgebildet, so dass beim Schließen der Kühlvorrichtung 10 keine oder zumindest keine bleibende Verformung der Platine auftritt.

Während des KühlVorgangs wird die IST-Temperatur der Platine P an mehreren Stellen mittels entsprechender Sensoren erfasst und es werden TemperaturSignale an eine nicht dar- gestellte Steuervorrichtung gegeben, die die Kühlvorrichtung 10 durch Hochfahren der Brücke 17 und des Oberwerkzeugs 18 erst dann öffnet, wenn die IST-Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Zieltemperatur liegt .

Es kann vorkommen, dass die Platine P beim öffnen der Kühlvorrichtung 10 an der Unterseite des Kühlelementes 19 des Oberwerkzeugs 18 haften bleibt und mit diesem angehoben wird. In diesem Fall werden die Betätigungseinrichtungen 24 der Auswerferstifte 21 aktiviert, die die Platine P von dem Oberwerkzeug 18 lösen.

In Figur 1 ist eine ebene Platte P gezeigt, die über ihre gesamte Fläche eine konstante Dicke aufweist. Es sind jedoch auch Platinen bekannt, die Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweisen und deren Einspannung bei Verwendung eines einteiligen, ebenen Kühlelementes unzureichend wäre. Figur 3 zeigt eine Abwandlung des Unterwerkzeugs 15, bei dem das Kühlelement 16 aus drei nebeneinander angeordneten Kühlelementteilen 16a, 16b und 16c aufgebaut ist. Jedes Kühlelementteil 16a, 16b und 16c ist mit einer eigenen hydrauli- sehen Antriebsvorrichtung 26a, 26b und 26c ausgerüstet, wodurch die Kühlelementteile 16a, 16b uns 16c unabhängig voneinander angehoben und abgesenkt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlelementteile 16a, 16b und 16c zueinander so zu verstellen, dass auch bei einer Platine mit Bereichen unterschiedlicher Dicke eine gute Einspannung erreicht ist.

Obwohl in Figur 3 nur eine Abwandlung des Unterwerkzeugs dargestellt ist, kann alternativ oder zusätzlich dazu auch das Oberwerkzeug in gleichartiger Weise ausgebildet sein, indem dessen Kühlelement 19 in mehrere Kühlelementteile mit jeweils einer eigenen hydraulischen Antriebsvorrichtung ausgebildet ist .

In Figur 3 ist das Kühlelement 16 in drei Kühlelementteile 16a, 16b und 16c unterteilt. Das Kühlelement kann auch in mehrere Kühlelementteile unterteilt sein, wobei sich eine Unterteilung in 6 bi s8 Kühlelementteile als sinnvoll erwiesen hat, die in einem 2x3- oder einem 2x4-Feld angeord- net sind.

Die Hδhenvertellung des Tisches 13 und somit des Unterwerkzeugs 15 dient dazu, die Position der Oberkante des Unterwerkzeugs an die Transporthδhe von automatischen Umsetzein- richtungen, z.B. GreifVorrichtungen oder Robotern, anpassen zu können.