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 Ausgangsspannung des

Induktor im Schaltbild Wechselrichters (des

Schaltbild von Netzteils)

Ansteuerungseinheit von 16

Transformator von

Ansteuerungseinheit