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Title:
TOOL FOR CASTING AND/OR SHAPING A MOLDED PART, CASTING DEVICE, PRESS AND METHOD FOR COMPENSATING A THERMAL LOAD OF A MOLDED PART
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/103787
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a tool for casting and/or shaping a molded part, which tool has a first tool part and a second tool part, wherein, in the case of closing of the tool, the first tool part and the second tool part form a mold, and a temperature-control device is arranged at a temperature-control distance from the mold, which temperature-control device increases, decreases, or holds constant a temperature in the mold by temperature control of a mold-surrounding material in the first tool part and/or in the second tool part such that a thermal load in the molded part is compensating during casting and/or shaping. The invention further relates to a casting device for casting a molded part, a press for casting and/or shaping a molded part and a method for compensating a thermal load of a molded part during casting and/or shaping.

Inventors:
GAEBGES MARTIN (DE)
WERBS MICHAEL (DE)
SCHWARZ TOBIAS (DE)
RICHTER MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/DE2017/101014
Publication Date:
June 14, 2018
Filing Date:
November 23, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SCHULER PRESSEN GMBH (DE)
International Classes:
B22C9/06; B21D37/06; B22D17/22; B29C33/02
Domestic Patent References:
WO2012159898A12012-11-29
Foreign References:
DE102014001563A12015-08-06
DE102007017690A12008-10-16
DE102006019395A12007-10-25
EP0914925A11999-05-12
JPS62130762A1987-06-13
JPS62130761A1987-06-13
DE102015118901A12017-05-04
DE4307347A11994-09-22
DE10138597A12002-05-29
DE470196C1929-01-07
DE102010054660A12012-06-21
DE3506599A11986-01-02
DE69610550T22001-05-10
DE602004007162T22008-02-28
DE10112126A12002-12-05
Attorney, Agent or Firm:
WEIDNER STERN JESCHKE PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche :

Werkzeug (105) zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil (107) und ein zweites Werkzeugteil (109) aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form (113) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperiereinrichtung (125, 127) in einer Temperierentfernung zur Form angeordnet ist, welche durch ein Temperieren eines formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil erhöht, erniedrigt oder konstant hält, sodass eine thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.

Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte Temperiereinrichtung, eine vierte

Temperiereinrichtung und/oder eine weitere

Temperiereinrichtung aufweist.

3. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung oder die

Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung (125 ) und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung (127) ist oder sind.

4. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil mindestens einen Temperatursensor (133) aufweist oder aufweisen.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet ist, sodass die Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors einstellbar ist.

Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil unterschiedliche Temperierzonen (205, 207, 209, 211, 213) in Abhängigkeit von einer lokalen thermischen Belastung des Formteils aufweist.

Gießvorrichtung (103) zum Gießen eines Formteils, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

Gießvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels einer Werkzeugaufnahme (111) horizontal oder vertikal ausgerichtet sind.

Presse (101) zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, wobei die Presse einen Antrieb (115) zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine

Werkzeugaufnahme (111) zum Aufnehmen eines Werkzeuges aufweist, gekennzeichnet durch ein Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8.

Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen mittels eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und/oder einer Presse nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil , - Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,

- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, sodass die thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.

Verfahren zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils mittels eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 und/oder einer Presse nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,

- Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,

- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung oder der Temperiereinrichtungen und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, und

- insbesondere Kompensieren der thermischen Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens, sodass ein homogen gefertigtes Formteil vorliegt.

2. Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach einem Verfahren nach Anspruch 11 gefertigt ist.

Description:
Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, Gießvorrichtung, Presse und Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils

[Ol] Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Formteils, eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils und ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen.

[02] Bei Verfahren zum Warmumformen, beispielsweise beim Gießen und/oder Pressen eines Werkstoffes oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur, erfahren das Umformwerkzeug und/oder die Form Temperaturänderungen während des Prozesses .

[03] Durch unterschiedliche Wärmeflüsse innerhalb der Umformvorrichtung, beispielsweise aufgrund der Montage des Werkzeuges am Pressenstößel oder an der Pressentischplatte, und durch unterschiedliche Wärmeeinträge beim Warmumformen, beispielsweise wenn das umzuformende Werkstück Asymmetrien und/oder unterschiedliche Materialstärken aufweist, entstehen Temperaturdifferenzen innerhalb eines Werkzeuges, zwischen gegenüberliegenden Bereichen von Werkzeugteilen und/oder in der Form sowie am umzuformenden Werkstück.

[04] Diese Temperaturdifferenzen können dazu führen, dass beim Warmumformen lokal nicht die optimale Temperatur vorliegt. Folglich besteht die Gefahr, dass das Werkstück in bestimmten Bereichen bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur umgeformt wird. Nachteilig hierbei ist, dass der Werkstoff beispielsweise dadurch nicht die gewünschte Gefügeänderung annimmt.

[05] Unerwünschte Temperaturdifferenzen innerhalb eines Werkzeuges und/oder einer Form und/oder des Werkstücks sowie ein Warmumformen bei der nicht optimalen lokalen Temperatur führen zu einem erhöhten Verschleiß des Werkzeuges und/oder der Form und/oder zu einer unerwünschten Gefügeanordnung des Werkstücks. Zudem führen Temperaturdifferenzen zwischen zwei gegenüberliegenden Werkzeugteilen, beispielsweise einem Ober- und

Unterwerkzeug, zu einer Verlagerung der Kontaktflächen und somit auch der Dichtflächen zwischen beiden Werkzeugteilen.

[06] Insbesondere beim Gießen kann es durch diese Verlagerung zum unerwünschten Austreten von flüssiger, heißer Schmelze aus dem Werkzeug kommen.

[07] In der DE 10 2015 118 901 AI ist ein Verfahren zur konturnahen flächenhaften Temperierung von schalenförmigen, vertikal ausgerichteten Formwerkzeugen offenbart, wobei das Temperieren durch Kühlen und/oder externes Heizen des schalenförmigen Formwerkzeuges von dessen Rückseite her erfolgt. Die DE 43 07 347 AI beschreibt ein Verfahren zum Temperieren einer Spritzgießform, wobei um die Formausnehmung herum Leitungen für ein Kühlmedium oder ein Heißmedium angeordnet sind. Die DE 101 38 597 AI beschreibt eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Temperatur einer Spritzgussmaschine durch externe Speisewasserzufuhr aus einem Kühlturm. In der DE 470 196 A ist ein Verfahren zum Gießen von nicht-metallischen Gussstücken, wie beispielsweise Wachs, offenbart, bei welchem ein Metallkörper in die Formmasse eingelegt wird, um durch Kurzschluss- und Wirbelströme in dieser Wärme zu erzeugen.

[08] In der DE 10 2010 054 660 AI weist eine Spritzgussformwerkzeug Kühlkanäle sowie zum Erwärmen einen induktiven Leiter außerhalb des Formwerkzeuges auf. In der DE 35 06 599 wird das Erstarren der Schmelze nach dem erfolgten Befüllen der Form mittels paarweise in den Formwerkzeughälften gegenüberliegenden, halbkreisförmig ausgeführten Elektroden verzögert.

[09] In der DE 696 10 550 T2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pressgießen beschrieben, bei welcher eine Heizung zum Einstellen einer Arbeitstemperatur des Formwerkzeuges von außen dem zugeordneten Präge-, Ummantelungs- und/oder Tragblock zugeführt wird.

[10] Ein Verfahren zum Gießen eines Metallgegenstandes in einer Kokille und eine entsprechende zugehörige Vorrichtung ist in der DE 60 2004 007 162 T2 beschrieben, wobei zum Aufheizen der Kokille vor dem Gießen des Gegenstandes eine Induktionsspule die Kokille umgibt. [11] Um die Taktzeit beim Gießen zu verringern, schlägt die WO 2012/159898 AI ein Dauergießverfahren sowie ein Gießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens vor, wobei nach dem Befüllen der Form mittels Kühlkanäle und/oder externen Beaufschlagen mit einem externen Kühlmedium das Erstarren des gegossenen Metalls beschleunigt wird.

[12] In der DE 101 12 126 AI ist ein Verfahren zum automatischen Ausgleich der volumetrischen Füllung von Kavitäten bei Mehrfach-Sprit zgießwerkzeugen mit Heißkanälen in Zuführdüsen für die Kunststoffschmelze sowie mit Kühlkanälen zum Erstarren der Schmelze offenbart.

[13] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .

[14] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Werkzeug zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, welches ein erstes Werkzeugteil und ein zweites Werkzeugteil aufweist, wobei im Falle eines Schließens des Werkzeuges das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil eine Form ausbilden, und eine Temperiereinrichtung in einer Temperierentfernung zur Form angeordnet ist, welche durch ein Temperieren eines formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil erhöht, erniedrigt oder konstant hält, sodass eine thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens kompensiert wird.

[15] Somit wird durch Temperieren eines Werkzeuges eine Temperatur in der thermisch belasteten Form und/oder dem thermisch belasteten Formteil gezielt konstant gehalten, gezielt erniedrigt oder gezielt erhöht. Folglich werden auch eine übermäßige thermische Belastung des Werkzeuges, eine Verlagerung von Kontaktflächen, ein Berühren der Werkzeugteile und somit ein Werkzeugbruch verhindert.

[16] Vor allem wird oder werden in der Form und/oder in dem Formteil die optimale Temperatur für ein Warmumformen eingestellt. Folglich wird ein qualitativ hochwertiges Bauteil gefertigt.

[17] Es ist besonders vorteilhaft, dass die lokal vorliegende Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil an die Kontur und/oder Wandstärke des Formteils sowie an den lokal erforderlichen Gießdruck und/oder die erforderliche Presskraft angepasst wird. Somit werden zu hohe oder zu niedrige thermische Belastungen in dem Formteil während des Gießens und/oder Pressens vermieden.

[18] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass bei einem mindestens zweiteiligen Werkzeug das formumgebende Material mindestens eines der beiden Werkzeugteile mittels einer Temperiereinrichtung temperiert wird, sodass eine optimale Temperatur in der Form und/oder dem Formteil beim Warmumformen vorliegt. Somit können thermische Belastungen des Formteils beispielsweise aufgrund der eingefüllten heißen Schmelze beim Gießen in der Form und/oder aufgrund einer nicht optimalen Warmumformtemperatur in Kombination mit der mechanischen Belastung aufgrund der Presskraft ausgeglichen werden. [19] Selbstverständlich kann auch bei noch offenem Werkzeug das formumgebende Material der Formhälfte des ersten und/oder des zweiten Werkzeugteils vorgekühlt oder vorgewärmt werden und erst anschließend das Werkzeug geschlossen und das Gießen und/oder Umformen begonnen werden .

[20] Mithin kann lokal auf die Temperatur eines Teils des Werkzeugs, eines Teils der Form oder eines Teils des Werkstücks/Formteils eingewirkt werden.

[21] Folgendes Begriffliche sei erläutert:

[22] Ein „Werkzeug" ist insbesondere ein Objekt, mit dem ein Bearbeiten eines Werkstückes und/oder ein Gießen zum Fertigen eines Formteils erfolgt, wobei das Werkzeug durch einen Menschen und/oder eine Maschine geführt wird. Bei einem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Formwerkzeug. Das Werkzeug wird insbesondere in einem formgebenden Fertigungsverfahren wie Vorformen, Umformen und/oder Gießen verwendet. Das Werkzeug wird insbesondere in einer Werkzeugmaschine, einer Gießvorrichtung und/oder einer Presse eingesetzt. Das Werkzeug besteht insbesondere aus mindestens zwei Werkzeugteilen, beispielsweise einem Unter- und/oder einem Oberwerkzeug, oder aus mehr als zwei Werkzeugteilen, wobei im Falle des Schließens des Werkzeuges diese mehreren Werkzeugteile die Form ausbilden. Das Werkzeug kann eine Innenkontur aufweisen, welche als Außenkontur einem Werkstück oder einem Formteil aufgeprägt wird. Insbesondere weist das Werkzeug und/oder sein Werkzeugteil oder seine Werkzeugteile eine

Temperiereinrichtung auf.

[23] „Gießen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren bei dem aus einem flüssigen Werkstoff (Schmelze) nach einem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form entsteht. Zum Gießen wird insbesondere ein Werkzeug als Dauerform verwendet. Zum Gießen gehören insbesondere das Druckgießen, Kokillengießen und/oder das Stranggießen.

[24] „Umformen" ist insbesondere ein Fertigungsverfahren, bei dem ein Werkstück aus Metall und/oder Metalllegierung gezielt plastisch in eine andere Form gebracht wird. Insbesondere wird ein Werkstück durch Umformen in ein Formteil überführt. Beim Umformen kann es sich um Tiefziehen und/oder Pressen handeln. Das Umformen ist insbesondere ein Halbwarmumformen und/oder ein

Warmumformen, wobei bei letzterem das Werkstück vor dem Umformen auf eine Temperatur beispielsweise über der Rekristallisationstemperatur seines Werkstoffes erwärmt wird .

[25] Ein „Formteil" ist insbesondere ein aus einem Werkstück gefertigtes oder ein gegossenes Einzelteil. Das gefertigte Formteil kann als Bauteil eines technischen Komplexes dienen, wie zum Beispiel einer Maschine und/oder eines Apparates. Das Formteil entsteht insbesondere plastisch aufgrund einer Formveränderung durch gezieltes Gießen und/oder Umformen. Somit weist ein Formteil insbesondere fast fertige Formen oder Geometrien auf. [26] Unter einer „Form" wird insbesondere ein Hohlraum des Werkzeuges verstanden, dessen Innenkontur als Außenkontur einem Werkstück aufgeprägt wird, und/oder bei dem der Hohlraum der Form mit Schmelze zum Fertigen des Formteils ausgegossen wird. Eine Form wird insbesondere auch als „Formkavität" bezeichnet.

[27] Eine „Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung zum Temperieren eines formumgebenden Materials. Somit kann mittels der Temperiereinrichtung die Temperatur des formumgebenden Materials sowie eine Temperatur in der Form und/oder dem Formteil eingestellt und/oder geregelt werden. Mittels der Temperiereinrichtung wird die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil insbesondere erhöht, gesenkt oder konstant gehalten. Die

Temperiereinrichtung ist insbesondere innerhalb des Werkzeuges und/oder eines Werkzeugteils angeordnet. Ebenso kann die Temperiereinrichtung am Werkzeug und/oder Werkzeugteil insbesondere in unmittelbarer Nähe formumgebenden Material angeordnet sein.

[28] Eine „Temperierentfernung" ist insbesondere eine Entfernung, in welcher die Temperiereinrichtung zur Form angeordnet ist. Innerhalb der Temperierentfernung findet insbesondere ein Temperieren des formumgebenden Materials statt .

[29] Unter „Temperieren" wird insbesondere die Temperaturanpassung des formumgebenden Materials durch ein Erhöhen, Erniedrigen und/oder Konstanthalten der Temperatur verstanden . [30] Unter „formumgebendes Material" wird insbesondere das Material eines Werkzeugteils verstanden, welches an einer Seite der Form angeordnet ist. Das formumgebende Material liegt insbesondere am und/oder in der Nähe der Form des Werkzeugteiles vor.

[31] Eine „Temperatur" ist insbesondere eine physikalische Größe, welche das thermodynamische Gleichgewicht kennzeichnet. Insbesondere weisen zwei Körper, welche in direktem Kontakt zueinander stehen, unterschiedliche Temperaturen auf, so fließt Wärme vom wärmeren Körper zum kälteren. Die Temperatur wird in der Einheit Kelvin (K) oder Celsius (°C) angegeben.

[32] Unter einer „thermischen Belastung" wird insbesondere verstanden, dass das Formteil nicht bei einer optimalen Temperatur gegossen und/oder umgeformt wird. Insbesondere tritt die thermische Belastung in einem begrenzten Bereich des Formteils auf, wobei das Formteil unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen thermischen Belastungen aufweisen kann. Bei einer thermischen Belastung kann es sich um eine zu niedrige oder eine zu hohe Temperatur handeln. Eine thermische Belastung umfasst insbesondere auch eine Wärmebelastung aufgrund einer zu hohen und/oder nicht angepassten Presskraft.

[33] In einer weiteren Ausführungsform weist das Werkzeug eine zweite Temperiereinrichtung, eine dritte

Temperiereinrichtung, eine vierte Temperiereinrichtung und/oder eine weitere Temperiereinrichtung auf. [34] Somit kann in jedem der sich gegenüberliegenden Werkzeugteile jeweils eine eigene Temperiereinrichtung angeordnet werden.

[35] Zudem können in einem Werkzeugteil mehrere Temperiereinrichtungen angeordnet werden, sodass insbesondere bei großflächigen und/oder komplexen Formteilen mehrere unterschiedliche lokale Temperaturen entsprechend den jeweils vorliegenden thermischen Belastungen des Formteils eingestellt werden.

[36] Folglich können durch mehrere Temperiereinrichtungen in einem Werkzeugteil lokal sehr fein abgestimmt unterschiedliche Wärmeflüsse und/oder Wärmeeinträge in das Werkzeug, in die Form und/oder dem Formteil kompensiert werden. So können sich beispielsweise erwärmende und kühlende Temperiereinrichtungen in einem Werkzeugteil abwechseln .

[37] Eine zweite, dritte, vierte und/oder weitere Temperiereinrichtung entspricht in ihrer Ausführungsform und Funktion der oben definierten Temperiereinrichtung.

[38] Um die Temperiereinrichtung optimal an die Geometrie und/oder die Position der Werkzeugteile und/oder der Form anzupassen, ist oder sind die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen eine induktive Temperiereinrichtung und/oder eine konduktive Temperiereinrichtung.

[39] Zudem kann durch die Wahl der Art der Temperiereinrichtung auch die Geschwindigkeit des Wärmeflusses von dem formumgebenden Material zur Form und/oder dem Formteil beeinflusst werden.

[40] Bei einer „induktiven Temperiereinrichtung" handelt es sich insbesondere um eine Induktionsspule, welche von nieder- und/oder mittelfrequentem Wechselstrom durchflössen wird und dadurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld induziert insbesondere im formumgebenden Material eines Werkzeugteils Wirbelströme, wodurch das formumgebende Material und/oder das Werkzeugteil erwärmt wird oder werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Wärme unmittelbar im formumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil selbst entsteht und nicht durch Wärmeleitungen zum formumgebenden Material übertragen werden muss. Für das induktive Erwärmen des formumgebenden Materials ist insbesondere ein weiterer Spalt und/oder ein Abstand zwischen der Induktionsspule und/oder dem formumgebenden Material innerhalb des Werkzeugteils einzuhalten.

[41] Eine „konduktive Temperiereinrichtung" ist insbesondere eine Temperiereinrichtung, bei der ein Erwärmen des formumgebenden Material und/der des Werkzeugteils aufgrund eines Wärmeflusses in dem formumgebenden Material und/oder dem Werkzeugteil infolge eines Temperaturunterschiedes erfolgt. Bei einer konduktiven Temperiereinrichtung kann der Wärmefluss beispielsweise aufgrund einer Wasserkühlung oder -heizung und/oder durch direkte Leitung von Gleich- oder Wechselstrom durch das formumgebende Material erfolgen. [42] Um die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil bestimmen zu können, weist oder weisen das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil mindestens einen Temperatursensor auf.

[43] Somit kann über die Temperatur eine unerwünschte thermische Belastung des Formteils frühzeitig erkannt werden .

[44] Ein „Temperatursensor" ist insbesondere eine technisches Bauteil, welches eine Temperatur seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ erfasst. Die erfasste Temperatur als qualitative oder quantitative Messgröße wird insbesondere durch den Temperatursensor in ein verarbeitbares elektrisches Messsignal umgeformt. Es ist insbesondere vorteilhat, wenn der Temperatursensor im Hinblick auf die Energieverwendung ein passiver Sensor ist, sodass dieser keine elektrische Hilfsenergie zur Erzeugung eines elektrischen Messsignals benötigt. Bei einem Temperatursensor kann es sich insbesondere um einen SAW- Sensor (Surface Acoustic Wave) mit einem weiten Temperaturbeständigkeitsbereich von -50°C bis über 400°C handeln .

[45] In einer weiteren Ausführungsform ist dem Werkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeordnet, sodass die Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil in Abhängigkeit eines Messwertes des Temperatursensors einstellbar ist.

[46] Somit kann die Temperatur der Form und/oder des Formteils erfasst und während des Umform- und/oder Gießprozesses in Echtzeit angepasst werden. Vor allem kann die Temperatur und/oder die thermische Belastung entsprechend den Anforderungen des zu fertigenden Formteils und/oder den verschiedenen Phasen des Gieß- und/oder Umformvorganges gesteuert und/oder geregelt werden.

[47] Eine „Steuer- und/oder Regeleinrichtung" ist eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Größe und/oder eines Parameters. Beim Steuern durch die Steuereinrichtung beeinflussen insbesondere eine Größe oder mehrere Größen als Eingangsgrößen eine andere Größe als Ausgangsgröße. Die Steuereinrichtung beeinflusst insbesondere gezielt die Temperatur in der Form und/oder dem Formteil. Beim „Regeln" durch die Regeleinrichtung wird insbesondere fortlaufend eine Regelgröße erfasst und mit einer anderen Größe (Führungsgröße) verglichen und zum Angleichen an die Führungsgröße beeinflusst. Durch die Regeleinrichtung wird beispielsweise die Temperatur der Form und/oder des Formteils auf eine vorgegebene Solltemperatur angepasst.

[48] Um eine optimale Temperaturverteilung über die Form und/oder entlang der Kontur des Formteils zu erzielen, weist das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil unterschiedliche Temperierzonen in

Abhängigkeit von einer lokalen thermischen Belastung des Formteils auf.

[49] Es ist besonders vorteilhaft, wenn in sich gegenüberliegenden Werkzeugteilen jeweils entsprechende Temperierzonen angeordnet werden. Dadurch können gezielt gegenüberliegende Kühl- und/oder Heizzonen in sich gegenüberliegenden Werkzeugteilen mit gleicher

Temperaturzone und somit sehr geringer Temperaturdifferenz, insbesondere zwischen ± 5°C, bevorzugt zwischen ± 3°C realisiert werden. Folglich wird oder werden die Form und/oder das Formteil beidseitig über die Werkzeugteile auf eine identische oder sehr ähnliche Temperatur gebracht. Somit wird eine lokale thermische Belastung komplett umlaufend um die Form und/oder das Formteil kompensiert.

[50] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Gießvorrichtung zum Gießen eines Formteils mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug.

[51] Dadurch werden lokal unterschiedliche

Schmelzetemperaturen beim Gießen durch die thermische Kompensation in der Form und/oder dem Formteil mittels der Temperiereinrichtung ausgeglichen und ein optimales Gießen gewährleistet

[52] Zudem kann durch die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen der Schmelzetluss in der Form gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise kann durch eine lokale Erwärmung mittels einer Temperiereinrichtung der Schmelzetluss innerhalb der Form verbessert oder durch ein Abkühlen der Schmelzetluss verringert und/oder verlangsamt werden .

[53] Eine „Gießvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung zum Gießen eines Formteils. Eine Gießvorrichtung weist insbesondere einen Schmelzebehälter, eine Schmelzezufuhr, eine Gießform und/oder ein formbildendes Werkzeug auf.

[54] In einer weiteren Ausführungsform der Gießvorrichtung sind das erste Werkzeugteil und das zweite Werkzeugteil mittels einer Werkzeugaufnahme horizontal und/oder vertikal ausgerichtet .

[55] Bei der nach dem Stand der Technik üblichen vertikalen Ausrichtung der Werkzeugteile beim Gießen wird das Füllen der vertikalen Gießform durch die Gravitation gefördert.

[56] Es ist besonders vorteilhaft, dass bei einer horizontalen Ausrichtung der Werkzeugteile und somit der Gießform zusätzlich der Schmelzetluss und/oder die Schmelzeverteilung innerhalb der Form durch die Temperiereinrichtung oder die Temperiereinrichtungen optimiert werden kann.

[57] Eine „Werkzeugaufnahme" ist ein Bauteil, welches das Werkzeug und/oder die Werkzeugteile während der Bearbeitung aufnimmt und/oder hält. Die Werkzeugaufnahme erlaubt insbesondere einen schnellen Wechsel des Werkzeugs und stellt eine Schnittstelle zwischen Werkzeug und Antrieb dar .

[58] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Presse zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils, wobei die Presse einen Antrieb zum Aufbringen einer Presskraft und/oder eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeuges aufweist, mit einem zuvor beschriebenen Werkzeug und/oder einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung.

[59] Folglich kann ein optimales Warmumformen eines Werkstückes zu einem Formteil und/oder Gießen eines Formteiles in der Presse erfolgen. Zudem kann die thermische Beanspruchung eines Formteiles, welches zunächst gegossen und anschließend durch Pressen nachverdichtet wird, optimal über alle Fertigungsphasen angepasst werden.

[60] Vor allem wird eine Presse bereitgestellt, welche aufgrund der optimalen Temperaturen während der Fertigung ein qualitativ sehr hochwertiges und/oder homogenes gefertigtes Formteil ermöglicht.

[61] Insbesondere werden dadurch Defekte im Gefüge des Formteils vermieden.

[62] Eine „Presse" ist insbesondere eine Umformmaschine mit geradliniger Relativbewegung des Werkzeuges. In einer Presse werden insbesondere Fertigungsverfahren wie Urformen, Gießen, Umformen, Tiefziehen, Fügen, Beschichten, Trennen, Schneiden und/oder Änderungen von

Stoffeigenschaften durchgeführt. Eine Presse ist insbesondere eine weggebundene, energiegebundene oder kraftgebundene Presse.

[63] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen mittels eines zuvor beschriebenen Werkzeuges und/oder einer zuvor beschriebenen Gießvorrichtung und/oder einer zuvor beschriebenen Presse, mit folgenden Schritten:

- Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,

- Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,

- Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, sodass die thermische Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder des Umformens kompensiert wird.

[64] Somit wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die thermische Belastung eines Formteils beim Gießen und/oder Umformen gering gehalten oder vollständig kompensiert wird. Dadurch erlaubt das Verfahren die Fertigung eines qualitativ sehr hochwertigen Formteils ohne Defekte aufgrund von thermischen Beanspruchungen.

[65] In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Gießen und/oder Umformen eines Formteils mittels eines zuvor beschriebenen Werkzeuges und/oder einer zuvor beschriebenen

Gießvorrichtung und/oder einer zuvor beschriebenen Presse, mit folgenden Schritten: Schließen des Werkzeuges und Ausbilden einer Form zwischen dem ersten Werkzeugteil und dem zweiten Werkzeugteil ,

Gießen des Formteils aus einer Schmelze und/oder Umformen eines zuvor eingebrachten Werkstücks zu dem Formteil ,

Temperieren des formumgebenden Materials in dem ersten Werkzeugteil und/oder in dem zweiten Werkzeugteil mittels der Temperiereinrichtung oder der

Temperiereinrichtungen und Erhöhen, Erniedrigen oder Konstanthalten der Temperatur in der Form und/oder in dem Formteil, und insbesondere Kompensieren der thermischen Belastung in dem Formteil während des Gießens und/oder Umformens, sodass ein homogen gefertigtes Formteil vorliegt.

[66] Somit wird ein Verfahren zum Gießen und/oder umformen bereitgestellt, bei dem durch thermischen Ausgleich der Belastung des Formteils und/oder des Schmelzeflusses ein optimales Gießen und/oder Umformen ermöglicht wird. Folglich wird ein sehr homogenes Formteil gefertigt.

[67] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Formteil, wobei das Formteil nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist.

[68] Folglich wird ein gefertigtes Formteil mit sehr homogenem Gefüge in der erforderlichen Gefügestruktur ohne Gaseinschlüsse oder anderen Defekten bereitgestellt. [69] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarsteilung einer Presse mit Druckgießvorrichtung und

Werkzeug mit Induktionsspulen und

Wasserkühlung, und

Figur 2 eine schematische Darstellung von fünf

Temperierzonen verteilt über eine

Werkzeugkontur und eine Formteilkontur.

[70] Eine Presse 101 weist eine Druckgießvorrichtung 103 und ein Werkzeug 105 auf. Das Werkzeug 105 besteht aus einer oberen Werkzeughälfte 107 und einer unteren Werkzeughälfte 109, welche horizontal ausgerichtet sind. Des Weiteren weist die Presse 101 einen Antrieb 115, einen Stößel 117 und einen Werkzeughalter 111 auf. Am Werkzeughalter 111 ist die obere Werkzeughälfte 107 befestigt. Die untere Werkzeughälfte 109 ist an einem Pressentisch 119 angeordnet.

[71] Bei geschlossenem Werkzeug 105 bilden die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 die Formkavität 113 aus.

[72] In der Mitte der Formkavität 113 weisen die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 umgebend der Formkavität 113 jeweils eine Wasserkühlung 127 und einen Temperatursensor 133 auf. Umgebend zu dem beidseitig äußeren Rändern der Formkavität 113 weisen die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 jeweils eine Induktionsspule 125 auf. Die untere Werkzeughälfte 107 weist zusätzlich beidseitig einen Temperatursensor 133 auf.

[73] Folgende Arbeitsvorgänge werden mit der Presse 101, der Druckgießvorrichtung 103 und dem Werkzeug 105 realisiert :

[74] In die untere Formkavität 113 der unteren Werkzeughälfte wird mittels eines nicht gezeigten Gießroboters heiße Schmelze eines Leichtmetalls eingefüllt. Das Werkzeug 105 wird geschlossen und die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 bilden die Formkavität 13 aus. Mittels der Wasserkühlung 127 wird jeweils ein formumgebendes Material in der Mitte der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 auf eine vorgegeben Temperatur durch eine nicht gezeigte Regeleinrichtung abgekühlt. Dadurch erfolgt ein Wärmefluss von der heißen Schmelze innerhalb der Formkavität 113 zum kühleren formumgebenden Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109. Mittels der Temperatursensoren 133 wird beidseitig jeweils eine Temperatur in der Form 113 bestimmt und über die nicht gezeigte Regeleinrichtung ein Regelsignal an die Wasserkühlung 127 gesendet, um das formumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 weiter abzukühlen, bis eine Solltemperatur erreicht ist.

[75] Zeitgleich wird an den beiden äußeren Rändern der Formkavität 113 die Formkavität 113 und die sich darin befindende Schmelze mittels der jeweils gegenüberliegend angeordneten Induktionsspulen 125 der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 erwärmt, damit die Schmelze mit einer optimalen Fließgeschwindigkeit auch in diese Randbereiche mit geringer Materialstärke des zu fertigenden Formteils gelangt und dadurch ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze dort verhindert wird. Die Temperatur der Schmelze in diesen Randbereichen wird mittels der beidseitig angeordneten Temperatursensoren 133 in der oberen Werkzeughälfte 107 bestimmt und mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung eingestellt. Somit liegen gegenüberangeordnete Temperaturzoen in den beidseitigen äußeren Randbereichen der Formkavität 113 mit einer Temperaturdifferenz von ± 1°C zwischen dem formumgebenden Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 vor.

[76] Während die Schmelze in der Formkavität 113 erstarrt, wird mittels des Antriebs 115 und des Stößels 117 eine Presskraft auf die obere Werkzeughälfte 107 und die untere Werkzeughälfte 109 zum Nachverdichten des gegossenen Formteils aufgebracht. Aufgrund der Presskraft und somit dem Einwirken der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 steigt die Temperatur vor allem in dem mittleren Bereich der Formkavität 113, sodass die mittig angeordneten Temperatursensoren 133 der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 einen Anstieg der Temperatur über die Solltemperatur feststellen.

[77] Folglich wird das formumgebende Material der oberen Werkzeughälfte 107 und der unteren Werkzeughälfte 109 und somit das gefertigte Formteil aufgrund des Regeins mittels der nicht gezeigten Regeleinrichtung und einem stärkeren Kühlen durch die Wasserkühlung 127 auf die Solltemperatur abgekühlt und anschließend konstant gehalten, sodass die thermische Belastung durch das Aufbringen der Presskraft kompensiert wird.

[78] Nach Abschluss des Nachverdichtens wird das Werkzeug 105 geöffnet und die obere Werkzeughälfte 107 über den Stößel 117 und den Antrieb 115 nach oben bewegt. Anschließend wird das gefertigte Formteil mittels eines nicht gezeigten Auswerfers im Pressentisch 119 ausgeworfen.

[79] Somit wird eine Presse mit Kompensation der thermischen Belastung des Formteils bereitgestellt, welcher ein thermisch angepasstes Gießen und Nachverdichten und damit ein qualitativ sehr hochwertig gefertigtes Formteil ermöglicht .

[80] In einer Alternative weist eine Presse ein Werkzeug zum Warmumformen mit einer Werkzeugkontur 201 auf. Über die Werkzeugkontur 201 und eine Formteilkontur 203 in Form eines Stahlträgers sind fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 angeordnet. Die Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 sind jeweils gegenüberliegend im Unterwerkzeug und Oberwerkzeug ausgeführt. Die Formteilkontur 203 weist in den fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 jeweils eine unterschiedliche Wandstärke auf. Über nicht gezeigte Temperatursensoren wird jeweils eine Temperatur in der jeweiligen Temperierzone 205, 207, 209, 211 und 213 des Unter- und Oberwerkzeuges gemessen und mittels einer nicht gezeigten Regeleinrichtung werden unterschiedliche Solltemperaturen aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken in den fünf Temperierzonen 205, 207, 209, 211 und 213 eingestellt. Gleichzeitig wird ein Temperaturunterschied von jeweils ± 2°C zwischen der jeweiligen Temperierzone 205, 207, 209, 211 und 213 des Unterwerkzeuges und des Oberwerkzeuges gehalten. Durch die unterschiedlichen Solltemperaturen wird über die gesamte Formteilkontur 203 eine gleichförmige Abkühlrate und damit Gefügeumwandlung erzielt .

[81] Somit sind die Temperierzonen 205, 207, 209 211 und 213 optimal sowohl an die Werkzeugkontur 201 als auch an die Formteilkontur 203 angepasst, sodass die unterschiedlichen lokalen thermischen Belastungen des Formteils während des Warmumformens optimal kompensiert werden .

Bezugszeichenliste

101 Presse

103 Druckgießvorrichtung

105 Werkzeug

107 obere Werkzeughälfte

109 untere Werkzeughälfte

111 Werkzeughalter

113 Formkavität

115 Antrieb

117 Stößel

119 Pressentisch

125 Induktionsspule

127 Wasserkühlung

133 Temperatursensor 201 Werkzeugkontur

203 Formteilkontur

205 erste Temperierzone

207 zweite Temperierzone

209 dritte Temperierzone 211 vierte Temperierzone

213 fünfte Temperierzone