Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Herstellung von warmumgeformten Bauteilen.

Im heutigen Automobilbau erhöht sich der Komfort für die Fahrzeuginsassen zunehmend, durch den Einsatz von Sonderausstattungen. Diese umfassen viele elektromechanische Bauteile wie Sensoren, Motoren, Aktuatoren, und dienen dazu dem Fahrer die Fahraufgabe zu erleichtern. Gleichzeitig mit dem Komfortzuwachs erhöht sich jedoch auch das Fahrzeuggewicht. Um dem entgegen zu wirken, wird im Stand der Technik versucht, die Strukturbauteile der Karosserie gewichtsreduziert auszugestalten.

Die Strukturbauteile der Karosserie sind nicht nur maßgeblich an der Stabilität des Fahrzeugs beteiligt, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Sicherheit im Crash-Fall. Um diesen Zielkonflikt zwischen Reduktion des Bauteilgewichts von Strukturbauteilen bei gleichzeitiger Beibehaltung bzw. Realisierung hoher mechanischer Kennwerte aufzulösen, hat es sich in der Vergangenheit bewährt, Strukturbauteile mittels Warmumformung herzustellen. Warmumformprozesse sind in der Literatur auch als Formhärten oder Presshärten beschrieben. Zur Herstellung formgehärteter Bauteile, insbesondere zur Herstellung von Karosseriebauteilen sind zwei prinzipiell unterschiedliche Verfahren bekannt. Bei dem direkten Warmumformverfahren wird zunächst eine Platine in einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Stahls erwärmt und in einem Werkzeug anschließend zeitgleich umgeformt und abgekühlt d.h. formgehärtet. In dem indirekten Warmumformverfahren wird aus einer Platine zuerst durch Kaltumformen ein fertig geformtes und beschnittenes Bauteil aus Stahl erzeugt. Dieses wird dann in einer Erwärmungsanlage auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Stahls erwärmt und in einem Werkzeug anschließend durch rasches Abkühlen formgehärtet. In beiden Warmumformverfahren, wird die Platine oder ein bereits fertig geformtes und beschnittenes Bauteil aus Stahl im Anschluss an die Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur in dem Werkzeug thermomechanisch umgeformt, wobei die thermomechanische Umformung bei einer Temperatur oberhalb der Austinitisierungsendtemperatur Ac3 (ca. 830°C) bevorzugt zwischen 900 und 1 100°C erfolgt. Die Abkühlung der umgeformten Werkstücke erfolgt mittels einer Kühlungseinheit, die sich in einem geschlossenen Werkzeugkörper befindet. Dadurch können Bauteile mit besonders hohen mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit hohen Festigkeiten erzeugt werden.

Die Patentschrift DE 19723655 B4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblechprodukten durch Erwärmen eines abgemessenen Stahlblechs, Warmverformung des Stahlblechs in einem Werkzeugpaar, Härten des gebildeten Produkts durch schnelles Abkühlen von einer austenitischen Temperatur, während es weiterhin in dem Werkzeugpaar gehalten ist und anschließende Bearbeitung des Produkts.

Durch die thermische Reaktion zwischen der Ofenatmosphäre und dem Material des Bauteiles, das beschichtet oder unbeschichtet sein kann, kommt es zur Zunderbildung auf der Oberfläche des Bauteils. Diese Zunderbildung kann bereits im Ofen oder nach dem Ofen auftreten. Auch eine Schutzgasatmosphäre im Ofen kann die Zunderbildung nicht verhindern sondern nur in bestimmten Grenzen eindämmen. Im Warmumformwerkzeug führen diese Zunderablagerungen zu einem massiven Verschleiß des Werkzeuges, im speziellen der Einsätze mit integrierten Kühlsystemen, die an der Formgebung des Bauteils beteiligt sind. Dies führt dazu, dass während des Prozesses die Warmumformanlage immer wieder angehalten werden muss, um mittels Druckluft oder Trockeneis die Zunderablagerungen aus den Werkzeug kavitäten des Warmformwerkzeugs zu entfernen. Hierbei besteht die Gefahr, dass es zu einer Verschmutzung der gesamten Anlage und zu einer gesundheitlichen Beeinträchtigung der Mitarbeiter kommt.

Ein weiterer Nachteil der Verunreinigung durch Zunderablagerungen ist in dem zum Teil stark abrasivem Verschleiß der Formwerkzeugeinsätze zu sehen. In schwerwiegenden Fällen kann die Verschmutzung so stark sein, dass die Werkzeuge nach jeder Abpressung einer Reinigung, beispielsweise durch Bestrahlen mit Druckluft oder Trockeneis, unterzogen werden. Je nach Abnutzungsgrad werden die Einsätze zusätzlich überfräst oder aufgeschweißt um wieder die ursprüngliche Formkontur zu erhalten. Da die Kühlleitungen des Kühlsystems in einem geringen Abstand unter der Wirkoberfläche verlaufen, können diese Instandsetzungsarbeiten nicht beliebig oft wiederholt werden. Nach einer bestimmten Standzeit müssen diese Einsätze komplett ausgetauscht werden. Dies ist einerseits sehr kostspielig und andererseits nicht nachhaltig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Formwerkzeug anzugeben zur Herstellung von warmumgeformten Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugbauteilen aus Blech, mit einer hohen Lebensdauer.

Diese Aufgabe wird mit einem Formwerkzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Formwerkzeug zur Herstellung von warm umgeformten Bauteilen, insbesondere Blechformteilen aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder einer Kombination davon, mit einem Werkzeugunterteil und einem Werkzeugoberteil, die zueinander relativ beweglich sind und die mit korrespondierenden Wirkflächen zur Formgebung des Bauteils ausgebildet sind, wobei mindestens die Wirkfläche eines Werkzeugteils zumindest abschnittsweise kühlbar ausgebildet ist. Das Formwerkzeug kann weiterhin mindestens eine Entzunderungseinrichtung umfassen. Durch die Entzunderungseinrichtung werden Zunder und Zunderstaub direkt am Entstehungsort oder unmittelbar vor dem Warmumformen von dem erwärmten Blechteil entfernt. Dadurch wird vermieden, dass sich in dem Formwerkzeug oder auf dessen Wirkflächen Ablagerungen bilden.

In einer ersten Ausführungsform kann die Entzunderungseinrichtung als Absaug- und Ausblaseinrichtung ausgebildet sein. Über diese speziell konstruierten Blas- Ansaugdüsen wird ein Luftstrom erzeugt, der in Richtung des Blechteils gelenkt wird. Beim Auftreffen des Luftstroms auf das Blechteil wird der Zunder aufgewirbelt, bzw. von dem Blechteil getrennt. Durch einen zweiten Luftstrom, der ebenfalls von der Entzunderungseinrichtung erzeugt wird, wird der aufgewirbelte Zunder abgesaugt. Optional kann der abgesaugte Zunder anschließend Wiederaufbereitungsanlagen, Big-Bags, Brikettierpressen, Containern oder ähnlichem zugeführt werden. Dadurch kann ein besonders nachhaltiger Fertigungsprozess realisiert werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann die Entzunderungseinrichtung als Luftvorhang ausgebildet sein. Luftvorhänge sind auch als Torluftschleier bekannt und funktionieren auf Basis einer Kombination aus Ausblasen und Absaugen.

Gemäß einer dritten Ausführungsform kann die Entzunderungseinrichtung auch als eine im Werkzeug integrierte Trockeneisreinigung ausgebildet sein. Mit Hilfe eines Roboters oder einer anderen mechanischen Aufhängung kann das Blechteil mittels Trockeneis abgestrahlt werden, zur Entfernung von Zunder.

In beiden Ausführungsformen kann die Entzunderungseinrichtung in Einbringrichtung des Bauteils vor dem Formwerkzeug angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass bereits vor dem Einführen des Blechteils in das Warmformwerkzeug der Zunder entfernt wird und somit die Gefahr einer Verschmutzung des Formwerkzeugs minimiert wird.

Weiterhin kann das Formwerkzeug auch mehrere Entzunderungseinrichtungen umfassen, die um die Wirkfläche des Werkzeugs herum angeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform, erfolgt ein Ausblasen und Absaugen an mehreren Stellen des Formwerkzeugs. Die Entzunderungseinrichtungen sind in Umfangsrichtung um das Formwerkzeug herum positioniert. Dadurch kann das Blechteil von mehreren Seiten gleichzeitig von Zunderbildung befreit werden. Femer können die Entzunderungseinrichtungen auch direkt auf das Formwerkzeug gerichtet werden, so dass die damit erzeugt Strömungen unmittelbar auch die Wirkoberfläche der Formwerkzeughälften wirken. Falls eine Übertragung von Zunder von dem Blechteil auf das Formwerkzeug stattgefunden hat, kann damit der Zunder wieder entfernt werden und dadurch das Formwerkzeug gereinigt werden.

In allen beschriebenen Ausführungsformen kann die Entzunderungseinrichtung an dem Werkzeugoberteil oder an dem Werkzeugunterteil oder an beiden Werkzeugteilen angeordnet sein.

Darüber hinaus kann die Entzunderungseinrichtung intermittierend betreibbar sein, wobei sie zumindest in einem vollständig geschlossenem Zustand des Formwerkzeug ausgeschaltet ist und in einem vollständig geöffnetem Zustand des Formwerkzeugs eingeschaltet ist. Somit wird das Anblasen und Absaugen derart angesteuert, dass nur dann wenn das Blechteil oder die Wirkfläche des Formwerkzeugs durch die Strömungen erreichbar sind auch eine energieverbrauchende Reinigung durchgeführt wird. Vorteilhafterweise erhöht sich dadurch die Nachhaltigkeit des Fertigungsprozesses.

Die Entzunderungseinrichtung kann nach jedem Umformvorgang oder nach einer vorbestimmten Anzahl an Ilmformvorgängen eingeschaltet werden. Dies bietet den Vorteil, dass Ablagerungen durch Zunder vorbeugend entgegengewirkt werden kann.

Alternativ dazu kann die Entzunderungseinrichtung in Abhängigkeit des Werkzeugzustandes aktiviert werden. Das Ausblasen und Absaugen des Zunders kann nach Grad der Werkzeugverunreinigung durch Zunder gesteuert werden. Der Verschmutzungsgrad kann über ein Kamerasystem des Werkzeuges erfasst werden.

Weiterhin können in mindestens einem Werkzeugteil Luftkanäle vorgesehen sein, über die Luft auf die Wirkfläche des Werkzeugteils aufbringbar ist. Diese feinen Luftkanäle können den Ausblasvorgang unterstützen, so dass eine besonders gründliche Zunderentfernung sichergestellt werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Figurenbeschreibung, die Ansprüche sowie die Zeichnungen enthalten Merkmale, die ein Fachmann ggf. auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um sie an entsprechende Anwendungsfälle der Erfindung anzupassen.

Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Formwerkzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein Formwerkzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der Luftkanäle in den Werkzeughälften angeordnet sind, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Werkzeugunterteil. Fig. 1 zeigt ein Formwerkzeug 10, das in Pressen einsetzbar ist zur Warmumformung von Blechplatinen zu Blechbauteilen 17. Das Formwerkzeug 10 weist eine untere Werkzeughälfte 12u auf, die auf einer Grundplatte 11 aufsitzt. Die untere Formwerkzeughälfte 12u wirkt mit einer oberen Formwerkzeughälfte 12o zusammen. Die einander zugewandten Wirkflächen der oberen Formwerkzeughälfte 12o und der unteren Formwerkzeughälfte 12u sind korrespondierend ausgebildet, so dass sie wie Matrize und Stempel eines Pressenwerkzeugs fungieren. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die Werkzeughälfte 12o als Stempel und die Werkzeughälfte 12u als Matrize ausgebildet. Ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, können die obere und die untere Formwerkzeughälfte ihre Anordnung betreffend vertauscht werden, so dass das Oberwerkzeug als Matrize und das Unterwerkzeug als Stempel fungiert. Die obere Werkzeughälfte 12o und die untere Werkzeughälfte 12u sind relativ zueinander beweglich. Die in Fig. 1 dargestellten Formwerkzeughälften 12o, 12u können auseinander- und wieder zusammengefahren werden. Beim Zusammenfahren der Formwerkzeughälften gerät ein Blechstück bzw. eine Blechplatine zwischen die Formwerkzeughälften, und wird von den Wirkflächen umfasst und umgeformt. Der in Fig. 1 dargestellte Zustand entspricht einer geöffneten Position der Werkzeughälften 12u, 12o bei einem Umformvorgang in der das Bauteil 17 fertig umgeformt ist und aus dem Formwerkzeug 10 entnommen werden kann.

In der unteren Formwerkzeughälfte 12u ist ein Einsatz 13 vorgesehen, in dem ein Kühlsystem, das mehrere Kühlkanäle oder Kühlleitungen 14 aufweist, integriert ist. Die Verwendung derartiger Einsätze 13 bietet zum einen den Vorteil, dass verschiedene Bauteilkonturen geprägt werden können mit einem unteren Formwerkzeug 12u, indem der Einsatz 13 entsprechend der gewünschten Bauteilform ausgewechselt werden kann. Die Kühlleitungen 14 verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Bauteils 17 und damit auch im Wesentlichen parallel zu der Wirkfläche der Formwerkzeughälften 12u, 12o. Die Kühlleitungen 14 folgen damit der Bauteiloberfläche in einem gewissen Abstand in den Einsatz 13 der unteren Formwerkzeughälfte 12u. Mit den Kühlkanälen wird eine gezielte Abkühlung des Bauteils 17 im Bereich der Kühlkanäle 14 ermöglicht, so dass in diesem Bereich ein Gefüge in dem Bauteil realisiert wird, mit hohen mechanischen Festigkeiten.

An den Werkzeug hälften 12u, 12o sind Entzunderungseinrichtungen 18, 18' vorgesehen, wobei jeweils eine Entzunderungseinrichtung 18' am Werkzeugoberteil 12o und eine Entzunderungseinrichtung 18 am Werkzeugunterteil 12u angeordnet ist. Beide Entzunderungseinrichtungen sind über eine gemeinsame Leitung 19 verbunden. Über diese Leitung kann Druckluft zu zugeführt werden, die mit dann auf das Bauteil 17 bzw. aus das noch nicht umgeformte Blechteil gesprüht wird. Gleichzeitig wird über eine weitere Luftströmung der gelöste Zunderstaub aufgefangen und mit der Entzunderungseinrichtung abgesaugt. Die mit Zunderstaub kontaminierte Luft wird über die Leitung 19 abgeführt und gegebenenfalls einer Wiederaufbereitungsanlage zugeführt. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, befindet sich die Entzunderungseinrichtung in Einbringrichtung des Blechteils vor dem Formwerkzeug. Das Blechteil wird in Figur 1 von links in das Warmformwerkzeug eingebracht und somit vor Einbringung zwischen die Werkzeughälften 12u, 12o von Zunder gereinigt. Wenn eine der Entzunderungseinrichtungen 18, 18' als Luftvorhang ausgebildet ist, kann sie über die ganze Länge des Blechteils verlaufen so, dass beim Einbringen des Blechteils, dieses vollständig von Zunder gereinigt wird.

In Figur 2 ist ein Formwerkzeug dargestellt mit einem zu der in Figur 1 dargestellten analogen Aufbau. Zusätzlich weisen die Formwerkzeughälften 12u, 12o Luftleitungen 15 auf, die fluidisch mit einem Verteiler- oder Anschlusssystem 16 verbunden sind. Druckluft wird somit über das Anschlusssystem 16 eingebracht, und auf die Luftleitungen 15 verteilt. Am in Fig. 1 oberen Ende der Luftkanäle 15 sind Auslässe bzw. Öffnungen vorgesehen, aus denen die Druckluft in den Bereich zwischen die Formwerkzeughälften 12u und 12o strömt. Diese Luftleitungen 15 können in jeder beliebigen Rasterung und jedem beliebigen Durchmesser hergestellt werden und unterstützen die Wirkung der Entzunderungseinrichtung 18, 18'. Figur 2 zeigt eine geschlossene Position des Formwerkzeugs 10. In diesem Zustand wird das Blechteil 17 gehärtet. Die Entzunderungseinrichtung 18 ist ausgeschaltet.

In den Figuren ist lediglich die untere Werkzeughälfte 12u mit Kühlkanälen 14 versehen wobei Luftkanäle 15 in dem Werkzeugoberteil 12o und dem Werkzeugunterteil 12u vorgesehen sind. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung, kann alternativ dazu die Anordnung des Kühlsystems, d.h. das Anschlusssystem 16 und die Kühlkanäle 15 auch lediglich in einer der Werkzeughälfte 12u, 12o angeordnet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können sowohl in der oberen Werkzeug hälfte 12o als auch in der unteren Werkzeug hälfte 12u Kühlkanäle 14 vorgesehen sein.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Werkzeugunterteil 12u des Formwerkzeugs 10. Beispielshaft ist hier die Wirkfläche als B-Säule ausgebildet. Alternativ dazu kann die Wirkfläche auch in Form anderer Fahrzeugbauteile oder Fahrzeugstrukturbauteilen ausgebildet sein. In Figur 3 sind die Entzunderungseinrichtungen 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung als einzelne Absaug- und Ausblaseinrichtungen ausgebildet und im Wesentlichen um die Wirkfläche des Werkzeugunterteil 12u herum angeordnet. Die Entzunderungseinrichtungen 18 sind über ein gemeinsames Zu- und Ableitungssystem 19 verbunden. Die mit Bezug zu der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform beschriebenen Luftkanäle 15 können auch in der Ausführungsform gemäß Figur 3 vorgesehen sein.

Zusammengefasst sollen im Folgenden die Vorteile der Erfindung aufgezählt werden. Mit Hilfe der Entzunderungseinrichtung kann eine optimale Anlagenverfügbarkeit durch nahezu zunder- und zunderstaubfreie Arbeitsumgebung gewährleistet werden. Zudem wird eine Verbesserung der Arbeitssicherheit erzielt und die gesundheitliche Belastung der Arbeiter reduziert. Eine Zeit- und Kostenersparnis ergibt sich daraus, dass Zunderrückstände nicht manuell von Arbeitern entfernt werden müssen. Damit einher geht eine Erhöhung der Anlagengeschwindigkeit durch die integrierte Absaugung der Zunderrückstände. Bauteilseitig kann eine Qualitätsverbesserung durch hohe Qualitätssicherheit realisiert werden. Werkzeugseitig werden durch die Minimierung der internen Staubbelastung lassen sich die Standzeiten der Bearbeitungswerkzeuge erheblich verlängern (Kühleinsätze). Aufgrund der nun direkt innerhalb der Fertigungslinie installierten Absauganlage verschmutzen die Messinstrumente (thermografische Kamerasysteme) nicht mehr und somit lassen sich wesentlich präzisere Messungen während der Fertigung durchführen, was letztlich eine deutliche Qualitätsverbesserung zur Folge hat. Die Maschinen- Stillstandzeiten lassen sich aufgrund der weiter auseinander liegenden Reinigungszyklen deutlich verringern.

Bezugszeichenliste

10 Formwerkzeug

1 1 Werkzeug Grundplatte 12u Werkzeugunterteil 12o Werkzeugoberteil

13 Werkzeugeinsatz

14 Kühlleitungen

15 Luftkanäle

16 Zuführsystem

17 Bauteil

18 Entzunderungseinrichtung

19 Leitungssystem