Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Glätten von dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Bauteilen, insbesondere mit einer Dicke von maximal 1 ,0 mm oder einer Dicke von maximal 0,5 mm. Damit sind insbesondere Bauteile gemeint, die als Bipolarplatten für ein elektrochemisches System zum Einsatz kommen. Es wird insoweit auch explizit auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen bzw. Glätten von Bipolarplatten für ein elektrochemisches System verwiesen.

In DE 35 34 796 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung von Blechen und Tafeln beschrieben, wobei insbesondere auf ein Biegeverformen von Aluminiumblechen Bezug genommen wird. Die in dieser Druckschrift zu lösende technische Aufgabe wird in der Weiterentwicklung eines bekannten Biegeverfahrens gesehen, welches elastische Verformung mit plastischer Schlagverformung mittels Schlagstempel kombiniert. Dazu soll nunmehr eine elastische Biegung kombiniert werden mit induzierter Wärme zum Erreichen der Fließgrenze des jeweiligen Materials. In Verbindung mit Aluminiumblechen soll dazu das Material in einer oberflächennahen Schicht des Bleches mit dem Induktor auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 500 °C erhitzt werden. Ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Glätten von dünnwandigen Bauteilen oder ein Verfahren zur Verbesserung der Ebenheit dünnwandiger Bauteile sind in der Druckschrift nicht thematisiert.

Aus DE 103 29 014 A1 ist eine Beulenentfernungsvorrichtung zum Entfernen von Beulen in ferromagnetischem Material bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse mit einer Arbeitsfläche und einer in der Arbeitsfläche ausgebildeten Ausnehmung zur optischen Überwachung des Beulenentfernungsprozesses sowie aus einem Magnetfeldgenerator. Mit anderen Worten ausgedrückt, handelt es sich bei der Vorrichtung um ein speziell für die Beulenentfernung gestaltetes Induktionsgerät. Ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Glätten von dünnwandigen Bauteilen oder ein Verfahren zur Verbesserung der Ebenheit dünnwandiger Bauteile sind in der Druckschrift nicht thematisiert.

Aus WO 01/10579 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Ausbeulen von Blechteilen bekannt, welches für lackierte Teile einer Fahrzeugkarosserie bestimmt ist. Gemäß diesem Verfahren wird das Blechteil im Bereich einer Beule lokal erwärmt, insbesondere mittels Induktion, um ein Zurückspringen der Beule in die Ursprungsform des Blechteiles zu bewirken. Diese Anwendung betrifft Bleche von Fahrzeugkarosserien, die üblicherweise eine Dicke von deutlich mehr als 0,5 mm aufweisen. Derartige Bleche sind üblicherweise nicht eben ausgebildet, sondern weisen eine individuelle, gekrümmte Designform auf. Schließlich basiert das Verfahren darauf, dass eine Beule lokalisierbar und somit am Bauteil offensichtlich ist, welcher Bereich des Bleches erwärmt werden muss, um die gewünschte Ursprungsform wiederherzustellen. Die Ursprungsform soll sich dann aufgrund der Erwärmung durch Rückspringen wieder einstellen.

Die Erfindung betrifft das Problem, dass dünnwandige Bauteile, insbesondere als Biopolarplatten für ein elektrochemisches System dienende Platten, nach einem Umformvorgang, nach einem Verbindungsvorgang (z.B. Verschweißen) oder nach mehreren solcher Vorgänge üblicherweise nicht vollständig eben sind, sondern aufgrund von inneren Bauteilspannungen teilweise gekrümmt sind. Dieses Phänomen wird in der Praxis auch als Schüsselung bezeichnet. Eine derartige Schüsselung ist nicht auf eine Beule zurückzuführen, sondern darauf, dass das Bauteil an einer Vielzahl von Stellen innere Spannungszustände aufweist, welche üblicherweise nicht sichtbare Mikroverformungen und in Summe einen nicht planen Zustand hervorrufen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Glätten plattenförmiger Bauteile, insbesondere mit einer Dicke von maximal 1 ,0 mm, zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglichen, die Ebenheit solcher Bauteile einfach und zuverlässig zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Glätten eines dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, plattenförmigen Bauteils, das einen nicht planen Zustand aufweist, wird das Bauteil von mindestens einer Seite aus erwärmt, um die inneren Spannungen so zu verändern, dass sich die Ebenheit verbessert. Der oben genannte, nicht plane Zustand kann insbesondere aufgrund von inneren Spannungen im Bauteil vorliegen. Derartige innere Spannungen können als negative Folge eines Umformvorganges (z.B. Prägen, Tiefziehen, Pressen, Biegen), eines Verbindungsvorganges (z.B. Verschweißen, Verkleben, Verlöten) oder aufgrund mehrerer solcher Vorgänge auftreten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können derartige negative Folgen vollständig oder zumindest teilweise rückgängig gemacht und die Bauteilqualität in Bezug auf seine Ebenheit so deutlich erhöht werden. Dementsprechend kann das Verfahren sowohl bei einzelnen Platten durchgeführt werden als auch bei einem Plattenverbund aus zwei oder mehr Platten, welcher durch Verschweißen, Verkleben, Verlöten oder auf sonstige Art und Weise hergestellt wurde. Es wurde festgestellt, dass durch ein Erwärmen von mindestens einer Seite der innere Spannungszustand insoweit positiv veränderbar ist, dass die Ebenheit eines plattenförmigen Bauteils verbessert. Es wird darauf verwiesen, dass es vorteilhaft sein kann, das Bauteil von genau einer Seite aus zu erwärmen, beispielsweise mittels eines Induktorkopfes eines Induktionsgerätes oder mittels einer anderen geeigneten Vorrichtung zum Erwärmen. Auf weitere Einzelheiten hierzu wird im Folgenden eingegangen. Ein weiterer Vorteil, der aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens resultiert, ist ein verringertes Biegemoment der mit dem Verfahren behandelten Bauteile. Dadurch verbessert sich die Eignung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Bauteils für Vorrichtungen, die eine Vielzahl gleichartiger solcher Bauteile umfassen, insbesondere wenn diese parallel zueinander angeordnet sind. Diesbezüglich wird im Speziellen auf Bauteile in Form von gestapelten dünnen Platten verwiesen, die in einem Elektrolyseur oder in einer Brennstoffzelle verbaut werden (sollen). Ferner wird auf Elektrolyseure und Brennstoffzellen mit Bauteilen verwiesen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden.

Die Erfindung betrifft insbesondere Bauteile mit einer Einzelplatten-Dicke von maximal 1 ,0 mm, insbesondere mit Dicken zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm oder mit Dicken zwischen 0,05 und 0,5 mm. Die Außenmaße von Bauteilen, an welchen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden soll, liegt vorzugsweise zwischen 50 x 50 mm und 1000 x 1000 mm, wobei die Dicke abhängig von der Zahl der Einzelelemente variieren kann. Bei den Bauteilen handelt es sich insbesondere um ein geprägtes oder ebenes Blech, insbesondere ein Blech mit der oben genannten Einzelplatten-Dicke, oder um mehrere geprägte oder ebene Bleche, insbesondere in Kombination mit einer oder mit mehreren Metallfolien, wobei vorzugsweise alle Elemente miteinander gefügt sind.

Hinsichtlich der Materialien wird insbesondere auf Stahl einschließlich Edelstahl, auf Aluminium und auf Titan verwiesen. Die Angabe dieser Materialien soll auch Elemente aus diesen Materialien mit ein oder mehreren Beschichtungen umfassen.

In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil in einer Art und Weise erwärmt, dass in zeitlicher und/oder örtlicher Art und Weise ein Temperaturgradient an dem Bauteil realisiert wird. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass Wärme nur von einer Hauptseite (Erwärmungsseite) aus eingebracht wird, wobei als Hauptseite vorzugsweise eine Seite mit der größten Oberfläche verwendet wird, z.B. die Oberseite oder Unterseite eines Bauteils in Form einer dünnen Platte. In diesem Fall wird das Bauteil während einer Erwärmungsphase zunächst auf der Erwärmungsseite erhitzt, so dass von der Erwärmungsseite aus in Richtung der gegenüberliegenden Seite ein Temperaturgradient durch das Fließen der Wärme in Dickenrichtung des jeweiligen plattenförmigen Bauteils entsteht. Eine solche einseitige Erwärmung des Bauteils kann beispielsweise mittels Konvektion (z.B. durch einen geführten Warmluftstrom) oder mittels Strahlungswärme (z.B. durch eine Infrarotheizung) von einer Seite aus erfolgen.

Mit Temperaturgradient „an“ dem Bauteil kann sowohl ein Temperaturgradient an unterschiedlichen Bauteiloberflächen (z.B. auf der Erwärmungsseite und auf der gegenüberliegenden Seite) gemeint sein als auch ein Temperaturgradient zwischen dem Bauteilinneren und den außenseitigen Bauteiloberflächen. So kann beispielsweise mittels Induktion durch eine geeignete Anordnung eines Induktionsgerätes oder mehrerer Induktionsgeräte ein Temperaturgradient derart erzeugt werden, dass das Bauteilinnere temporär eine höhere Temperatur aufweist als die beiden Bauteiloberflächen oder als eine der Bauteiloberflächen. Auch eine solche Vorgehensweise fällt unter die Formulierung, dass an dem Bauteil ein Temperaturgradient realisiert ist.

Wenn der Temperaturgradient an dem Bauteil in örtlicher und zeitlicher Art und Weise durch Erwärmung von der Mitte des Bauteils nach außen realisiert wird, kann die Erwärmung mit einer beliebigen Erwärmungsmethode erfolgen, insbesondere mit einer der vorstehend erwähnten Erwärmungsmethoden, d.h. mittels Konvektion, Strahlung oder Induktion.

Wenn ein Temperaturgradient in Dickenrichtung einer Platte von der Bauteilinnenseite zu den außenseitigen Bauteiloberflächen realisiert werden soll, erfolgt die Erwärmung vorzugsweise mittels (mindestens) eines Induktionsgerätes. In einer weiteren praktischen Ausführungsform wird der Temperaturgradient an dem Bauteil in örtlicher Art und Weise als Differenztemperatur zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten realisiert. Insbesondere wird auf die Realisierung eines Temperaturgradienten zwischen zwei Hauptseiten verwiesen, insbesondere zwischen einer Unterseite und einer Oberseite des Bauteils. Hinsichtlich der Möglichkeiten zur Realisierung wird insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.

Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Differenztemperatur des jeweiligen Temperaturgradienten, unabhängig davon, ob es sich um einen zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturgradienten handelt, auf maximal 230 °C beschränkt ist, vorzugsweise auf maximal 200 °C.

Aus dem Vorstehenden folgt auch, wenn von einer Raumtemperatur in Höhe von 20 °C ausgegangen wird, dass die Bauteil-Oberflächentemperatur während der Durchführung des Verfahrens in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 250 °C liegt, bevorzugt zwischen 50 °C und 200 °C und weiter bevorzugt zwischen 50 ° und 180 °C.

Die Messung der Bauteil-Oberflächentemperatur erfolgt vorzugsweise mit Hilfe (mindestens) einer Infrarotkamera, mit Hilfe (mindestens) eines Oberflächenthermometers oder mit (mindestens) einem Temperaturmessstreifen. Es ist auch möglich, mehrere dieser Möglichkeiten gleichzeitig in Kombination zu verwirklichen, insbesondere wenn eine hohe Messstabilität und/oder eine Messgenauigkeit von großer Bedeutung ist.

Für die Erwärmung wird in einer besonders praktischen Ausführungsform ein Induktionsgerät eingesetzt. Diesbezüglich wird insbesondere auf separate Induktionsgeräte mit einem frei beweglichen Induktorkopf verwiesen. Alternativ oder in Ergänzung dazu wird auf ein in eine Halte- oder Spannvorrichtung integriertes Induktionsgerät verwiesen, das gegenüber der Halte- oder Spannvorrichtung unbeweglich oder nur in einem in der Konstruktion der Halte- oder Spannvorrichtung vorgegebenen Umfang relativbeweglich sein kann.

Hinsichtlich separater Induktionsgeräte wird insbesondere auf solche Induktionsgeräte verwiesen, die eine - üblicherweise kabelgebundene - Verbindung zu einem Induktorkopf aufweisen, wobei der Induktorkopf abhängig von der Form und Größe der zu erwärmenden Fläche wählbar ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere ein Induktorkopf in Form eines Flächeninduktors und/oder ein flächig ausgebildeter Forminduktor, welche entweder weitestgehend vollflächig (Flächeninduktor) oder über eine bestimmte Form (z.B. Kreisring, Rechteck, Quadrat, Polygon) eine flächige Erwärmung bewirkt. Die Verwendung separater Induktionsgeräte eignet sich insbesondere dann, wenn das Induktionsgerät variabel nutzbar bleiben soll und eine Vielzahl von Anwendungsszenarien existieren, die jeweils nur für einen kurzen Zeitraum realisiert werden.

In die Halte- oder Spannvorrichtung integrierte Induktionsgeräte sind dann von Vorteil, wenn das Induktionsgerät in der eingesetzten Form für hohe Stückzahlen über einen längeren Zeitraum nutzbar ist und/oder wenn das Induktionsgerät trotz der Integration in die Halte- oder Spannvorrichtung variabel nutzbar ist, beispielsweise indem der Induktorkopf austauschbar oder differenziert ansteuerbar ist, so dass die Leistung, die genutzte Fläche und eine etwaige Relativbewegung des Induktorkopfes innerhalb der Halteoder Spannvorrichtung programmierbar sind. Durch eine solche Relativbewegung kann ein Temperaturgradient in zeitlicher Hinsicht dadurch realisiert werden, dass örtlich unterschiedliche Bereiche zu unterschiedlichen Zeiten erwärmt werden, nämlich immer dann, wenn der Induktorkopf innerhalb einer Wirkreichweite des jeweiligen Bereichs angeordnet ist.

Die Leistung des Induktionsgerätes ist unabhängig von der Bauart des Induktionsgerätes vorzugsweise variabel, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 kW und 25 kW, bevorzugt zwischen 10 kW und 25 kW. Wenn das Bauteil eine dünne Platte ist, ist es bevorzugt, wenn die Platte zur Durchführung des Verfahrens auf einer Auflagefläche positioniert wird und mit einer Halte- oder Spannvorrichtung, insbesondere in Form einer Spannplatte, und/oder mit einer Halte- oder Spannvorrichtung in Form einer Druckerzeugungsvorrichtung und/oder durch Verkleben und/oder mittels einer Magnethalterung in Richtung der Auflagefläche in eine Zwangslage gebracht wird. Mit einem Bauteil in Form einer Platte ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauteil gemeint, das eine Länge und eine Breite aufweist, die sehr viel größer sind als die Dicke, wobei die Dicke über die Fläche im Wesentlichen konstant ist. Auch in diesem Zusammenhang wird insbesondere auf dünne Einzelplatten mit einer Einzelplatten-Dicke von maximal 1 ,0 mm verwiesen, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm oder mit einer Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, weiter bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,4 mm und besonders bevorzugt mit einer Dicke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm.

In Verbindung mit Platten kann die Zwangslage durch einfaches Anpressen der Platte mittels einer Spannplatte gegen die Auflagefläche und/oder durch Ansaugen mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung erzeugt werden, wobei diesbezüglich sowohl ein Anpressen mittels Überdrucks gegen die Auflagefläche als auch ein Ansaugen mittels Unterdrucks von der Auflagefläche aus in Betracht kommt. Auch die Kombination aus Überdruck und Unterdrück ist möglich, insbesondere wenn mit einer der Druckarten keine ausreichend zuverlässig haltbare Zwangslage zu erzielen ist. Ebenfalls möglich ist die Kombination aus Spannplatte und einer Druckerzeugungsvorrichtung.

In einer besonders praktischen Ausführungsform ist die Auflagefläche unterseitig, so dass das Bauteil an einer gewünschten Stelle auf der Auflagefläche abgelegt werden kann und dort schwerkraftbedingt verbleibt. Die Zwangslage kann dann einfach durch Absenken einer oberseitig der Auflagefläche angeordneten Spannplatte erfolgen. Es ist auch möglich, mehrere Spannplatten vorzusehen, um den von der Spannplatte auf das Bauteil erzeugten Druck plattenweise unterschiedlich wählen zu können oder die Zwangslage nur durch lokales Anpressen zu erzeugen, beispielsweise durch Anpressen entlang von Bereichen einer Platte, in welchen verstärkt innere Spannungen vorliegen, welche die Schüsselung hervorrufen. Dies kann insbesondere entlang von ungeformten oder mit Verbindungsnähten (insbesondere Schweißnähten) versehenen Bereichen sein, beispielsweise entlang einer Umfangskontur des Bauteils.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform werden als Auflagefläche und/oder als Spannplatte eine ebene Platte, ein Element einer Teilnegativgeometrie oder einer Vollnegativgeometrie des Bauteils verwendet.

Mit einer Teilnegativgeometrie ist in diesem Zusammenhang eine nur teilweise Nachbildung von Höhensprüngen in dem Bauteil zu verstehen, beispielsweise etwas größer dimensionierte Ausnehmungen für Bereiche, die aufgrund von Umformungen und/oder Verbindungsnähten in Dickenrichtung hervorragen, so dass ein Anpressdruck zwar großflächig, aber nicht vollflächig auf das Bauteil ausgeübt werden kann. Diese Variante ist eine aus Kosten-Nutzen-Aspekten bevorzugte Variante, insbesondere weil damit auch gröbere Fertigungstoleranzen in den meisten Fällen beim Anpressen nicht zu Ausschuss führen.

Unter einer Vollnegativgeometrie ist eine vollständige Komplementärform des Bauteils zu verstehen, so dass beim Anpressen des Bauteils mit der Spannplatte gegen die Auflagefläche jeweils vollflächig in allen Bereichen des Bauteils Anpressdruck ausgeübt wird, welche hinsichtlich ihrer Ebenheit verbessert werden sollen.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil mittels mindestens eines in der Auflagefläche und/oder in der Spannplatte ausgebildeten Kühlkanals aktiv gekühlt. Dabei kann die Kühlung insbesondere vor, während und/oder nach der induktiven Erwärmung erfolgen. Dazu können beispielsweise in der Auflagefläche und/oder in der Spannplatte (oder auch in mehreren solcher Elemente) ein oder mehrere Kühlkanäle vorgesehen sein. Derartige Kühlkanäle können insbesondere spiralförmig, schlangenlinienförmig, kreisförmig, polygonförmig oder mäanderförmig derart ausgebildet sein, dass im Bereich einer zu kühlenden Fläche die Temperatur möglichst gleichmäßig reduziert werden kann. Auf diese Art und Weise kann die Temperatur des Bauteils lokal oder vollflächig bedarfsweise reduziert werden, insbesondere wenn diese während der induktiven Erwärmung einen bestimmten kritischen Temperaturbereich erreichen sollte. Die Kühlung kann auch nach der Anwendung des Verfahrens und der Verbesserung der Ebenheit dazu genutzt werden, das Bauteil möglichst schnell zum Zwecke der Weiterverarbeitung wieder auf eine niedrigere Temperatur zurückzubringen, insbesondere auf Umgebungstemperatur.

Die Kühlung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Auflagefläche in dem Bereich, der an das Bauteil angrenzt, eine Temperatur im Bereich zwischen 20 °C und 80 °C aufweist, weiter bevorzugt eine Temperatur zwischen 20 °C und 70 °C, weiter bevorzugt zwischen 20 °C und 60 °C und besonders bevorzugt zwischen 20 °C und 50 °C.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die induktive Erwärmung während einer Relativbewegung zwischen Bauteil und einem Induktorkopf eines Induktionsgerätes eingebracht. Damit ist gemeint, dass entweder der Induktorkopf bewegt wird, während das in Zwangslage gebrachte Bauteil ruht oder dass das in Zwangslage gebrachte Bauteil bewegt wird, während der Induktorkopf ruht. Ferner ist es möglich, dass beide Elemente (Bauteil und Induktorkopf) derart bewegt werden, dass eine Relativbewegung der Bauteile zueinander resultiert. So können Wärmestriche oder anders geformte Wärmebahnen mit dem Induktorkopf erwärmt werden. Diese werden dann mittels des Induktorkopfes abgefahren. Unabhängig davon, wie die Erwärmung erfolgt, hat sich gezeigt, dass durch Wiederholung des Verfahrens die Ebenheit zunehmend verbessert werden kann, insbesondere wenn nach einem ersten Verfahrensschritt eine Verbesserung erzielt wurde. Wurde beispielsweise durch das Verfahren eines Induktors bzw. eines Induktorkopfes von der Bauteilmitte eines plattenförmigen Bauteils zu den jeweiligen Außenrändern, nämlich einmal von der Mitte nach rechts und einmal von der Mitte nach links, eine Verbesserung der Ebenheit erzielt, ist es bevorzugt, wenn dieses Verfahren ein- oder mehrfach wiederholt wird. Die Wiederholung kann in der Regel unmittelbar im Anschluss an eine erste Verfahrensdurchführung ohne Wartezeit erfolgen. Es kann auch die Verbesserung der Ebenheit kontinuierliche überwacht und das Verfahren so oft wiederholt werden, bis eine vorgegebene Soll-Bedingung erfüllt ist, z.B. Zahl der maximalen Durchführungsvorgänge erreicht, Zustand der Ebenheit erreicht, relativer Zustand der Verbesserung der Ebenheit erreicht etc.

Schließlich wird darüber hinaus auf die Möglichkeit verwiesen, dass der Induktorkopf und das Bauteil während der induktiven Erwärmung beide ruhen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Bauteil nicht vollflächig erwärmt werden soll, sondern nur Wärmepunkte oder Wärmebereiche erwärmt werden sollen, die nicht größer sind als der vom Induktorkopf erwärmbare Bereich.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ebenheit eines Bauteils jeweils vor und nach einer induktiven Erwärmung gemessen, und das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis eine Soll-Verbesserung der Ebenheit erreicht wurde. So kann beispielsweise ein Zielwert für die Ebenheit vorgegeben werden, und das Verfahren unter Vorgabe von Parametern (z.B. Verfahrweg und/oder Wirkbereich des Induktors, Leistungsvariation des Induktors etc.) so lange fortgesetzt werden, bis der Zielwert für die Ebenheit erreicht wurde. Optional kann auch vorgegeben werden, dass das Verfahren abgebrochen werden und ein Bauteil als Ausschuss betrachtet werden soll, wenn der Zielwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht erreicht wurde. Als Verfahrweg können beispielsweise Linien oder Kurven vorgegeben werden, welche der Induktor mit einer bestimmten Wirkleistung und Verfahrgeschwindigkeit abfahren soll. Als Wirkbereiche können Punkte oder Flächen definiert sein, über welche mittels eines Induktors oder mehrerer Induktoren für eine bestimmte Wirkdauer eine bestimmte Wirkleistung einbringen soll. Geeignete Verfahrwege und/oder Wirkbereiche, Abstände zwischen Induktorkopf und Bauteil sowie weitere Verfahrensparameter werden vorzugsweise erstmalig mit Hilfe von Versuchen an einem Beispiel-Bauteil ermittelt und anschließend für eine Serienfertigung in einer Steuerung hinterlegt und gespeichert werden, um das Verfahren automatisiert durchführen zu können. Als Abstand für einen Induktorkopf zum Bauteil während der induktiven Erwärmung haben sich Werte zwischen 1 mm und 25 mm bewährt.

Vorzugsweise werden vor der Erwärmung - insbesondere vor der erstmaligen (insbesondere induktiven) Erwärmung - ein oder mehrere Bauteilbereiche mit größeren Verformungen ermittelt, um die (induktive) Erwärmung anschließend partiell in ein oder mehreren solchen ermittelten Bauteilbereiche durchzuführen. Vorzugsweise wird ein Grenzwert für eine Mindestverformung vorgegeben, um festzulegen, welche Bauteilbereiche als Bauteilbereiche mit größerer Verformung angesehen werden sollen. Anschließend werden Messungen durchgeführt und die Bereiche gespeichert, welche Verformungen aufweisen, die größer sind als der vorgegebene Grenzwert. Solche Bereiche können anschließend - insbesondere absteigend nach Größe der Verformung sortiert - induktiv erwärmt werden, um die Ebenheit des Bauteils zu verbessern. Alternativ kann auch nach jeder induktiven Erwärmung erneut überprüft werden, ob es noch Bereiche mit größeren Verformungen gibt. Der Vorgang wird abgeschlossen, wenn keine Bereiche mit größeren Verformungen mehr festgestellt werden oder wenn eine vorgegebene maximale Optimierungszeit erreicht ist. Im zuletzt genannten Fall wird das Bauteil als Ausschuss angesehen oder zumindest aussortiert, um ggf. mit anderen Maßnahmen noch eine Soll-Ebenheit zu erreichen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Glätten von plattenförmigen Bauteilen mit einer Auflagefläche zum Auflegen eines Bauteils, dessen Ebenheit verbessert werden soll, sowie mit mindestens einer Temperiervorrichtung zum mindestens einseitigen Einbringen von Wärme in das Bauteil.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese mindestens eine Halte- oder Spannvorrichtung zum Halten eines auf der Auflagefläche positionierten Bauteils in einer Zwangslage auf, in welcher das Bauteil durch elastische Verformung in einen überwiegend ebenen Zustand gebracht ist, und mindestens ein Induktionsgerät als Temperiervorrichtung zum Erwärmen des in Zwangslage gebrachten Bauteils.

In weiteren praktischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Induktionsgerät funktional in die Spannvorrichtung integriert und/oder es ist eine Ebenheits-Messvorrichtung vorgesehen, mit welcher größere Verformungen des Bauteils und deren Relativposition auf dem Bauteil ermittelbar sind. In einer Weiterbildung dieser Vorrichtung werden ein Bereich oder mehrere ermittelte Bereiche mit größeren Verformungen zunächst separat erwärmt, insbesondere mit einem bereits in die Vorrichtung integrierten Erwärmungsgerät.

Auf sämtliche vorstehend bereits in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile, welche auch für die Vorrichtung gelten, wird hiermit noch einmal verwiesen.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung mit Auflagefläche und verfahrbarer oberseitiger Spannplatte,

Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Auflagefläche der ersten Ausführungsform gemäß dem Pfeil II in Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung mit Auflagefläche und (Unter-)Druckerzeugungsvorrichtung sowie mit separatem Induktionsgerät und Induktorkopf,

Fig. 4 eine schematische Ansicht von oben auf die Auflagefläche der zweiten Ausführungsform gemäß dem Pfeil IV in Fig. 3 mit Darstellung des Verfahrweges des Induktorkopfes,

Fig. 5 eine Ansicht von oben auf ein plattenförmiges Bauteil, das von der Oberseite her mit einem breiten Induktorkopf jeweils von der Mitte nach außen erwärmt wird,

Fig. 6 eine Ansicht von oben auf ein plattenförmiges Bauteil, das von der Oberseite her mit einem schmalen Induktorkopf jeweils von der Mitte nach außen erwärmt wird und

Fig. 7 eine Seitensicht auf ein plattenförmiges Bauteil, an welchem Temperaturmessungen im Bereich der Bauteiloberseite und der Bauteilunterseite durchgeführt werden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Auflagefläche 12, einer als Spannvorrichtung 14 dienenden Spannplatte 16, die in Richtung des Doppelpfeiles 18 verfahrbar ist und einer als weitere Spannvorrichtung 14 dienende Druckerzeugungsvorrichtung 20. Mit der Druckerzeugungsvorrichtung 20 kann ein Unterdrück erzeugt werden, um eine auf der Auflagefläche 12 positionierte Platte 22 über eine Vielzahl von auf der Oberseite der Auflagefläche 12 angeordneten Öffnungen 36 (vgl. Figur 2) anzusaugen und so, sofern die Platte 22 eine Schüsselung aufweist, durch elastische Verformung in einen überwiegend ebenen Zustand zu verbringen. Der gleiche Effekt, d.h. eine elastische Verformung der Platte 22 in einen überwiegend ebenen Zustand, lässt sich durch Absenken der Spannplatte 16 und Anpressen dieser Spannplatte 16 gegen die Auflagefläche 12 erzielen. Der abgesenkte Zustand der Spannplatte 16 ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.

Es genügt zur Realisierung der Erfindung, wenn nur die Spannplatte 16 als Spannvorrichtung 14 oder nur die Druckerzeugungsvorrichtung 20 als Spannvorrichtung 14 vorgesehen ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der Spannplatte 16 ein Induktionsgerät 24 mit Induktorkopf angeordnet, wobei das Induktionsgerät 24 alternativ auch nur teilweise in der Spannplatte, an der Spannplatte oder beabstandet zu der Spannplatte angeordnet sein kann (diese Alternativen sind hier nicht dargestellt). Mit dem Induktorkopf 30 lässt sich die Platte induktiv erwärmen, um die inneren Spannungen in der Platte 22 so zu verändern, dass sich die elastische Verformung zumindest teilweise in eine plastische Verformung umwandelt, wodurch sich die Ebenheit der Platte 22 verbessert. Auch wenn dies aus den Figuren 1 und 2 nicht ersichtlich ist, so lassen sich mit Hilfe des integrierten Induktorkopfes 30 auch nur Teilbereiche der Platte 22 erwärmen, insbesondere bereits zuvor empirisch ermittelte Teilbereiche, deren induktive Erwärmung die Ebenheit der Platte 22 verbessert.

In den Figuren 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dargestellt, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in die Figuren 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform wird die Platte 22 ausschließlich mittels einer - in Fig. 3 nicht dargestellten - Druckerzeugungsvorrichtung in Richtung der Pfeile 26 angesaugt und dadurch in eine im Wesentlichen ebene Zwangslage gebracht. Bei dieser Ausführungsform ist ein separates Induktionsgerät 24 vorgesehen. Dieses ist über ein Kabel 28 mit einem - insbesondere gemäß dem Doppelpfeil 32 in horizontaler Richtung - frei beweglichen Induktorkopf 30 verbunden. Der Induktorkopf 30 wird - entweder manuell oder mit Hilfe einer Steuervorrichtung in einem vorgegebenen Abstand d zu der Oberseite 0 der Platte 22 positioniert. Anschließend wird der Induktorkopf 30, wie in Figur 4 dargestellt, auf einer vorgegebenen Wärmebahn 34 bewegt, um die inneren Spannungen in der Platte 22 so zu verändern, dass sich die Ebenheit der Platte 22 verbessert. Die Wärmebahn weist hier einen mäanderförmigen Verlauf auf und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Platte 22.

Figur 5 zeigt eine Ansicht von oben auf ein plattenförmiges Bauteil, das von der Oberseite her mit einem Induktionsgerät 24, von welchem exemplarisch nur der Induktorkopf 30 als gestricheltes Rechteck dargestellt ist, jeweils von der Mitte nach außen erwärmt wird. Dabei wird der Induktorkopf 30 aus der dargestellten Position im Bereich der Bauteilmitte (hier im Bereich der Mittelachse M) aus zunächst in Richtung des Pfeils h nach links und anschließend in Richtung des Pfeils h nach rechts bewegt. In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform ist der Induktorkopf 30 dabei so ausgebildet, dass er das Bauteil in Richtung der Breite B des Bauteils 12 vollständig überdeckt.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch durchführen, wenn ein Induktorkopf 30 mit geringerer Breite verwendet wird als die Breite B des Bauteils 12. Dann kann dieser insbesondere auf einer wie in Figur 4 dargestellten Wärmebahn bewegt werden oder alternativ auf parallel zueinander verlaufenden Wärmebahnen, die jeweils von der Mitte nach außen führen.

Insbesondere wird in Verbindung mit einem Induktorkopf 30 mit einer geringeren Breite als die Bauteilbreite B darauf verwiesen, dass dieser nur auf ausgewählten Wärmebahnen bewegt wird, z.B. derart, dass der Induktorkopf 30 nur über Bereiche mit größerer Verformung verfahren wird.

Figur 6 zeigt eine Ansicht analog zu Figur 5, wobei bei dieser Ausführungsform ein schmaler Induktorkopf 30 zur Anwendung kommt, dessen Breite deutlich geringer ist als die Breite des Bauteils. Hier wird der Induktorkopf 30 auf insgesamt sechs Wärmebahnen h bis k nacheinander jeweils in Längsrichtung von der Mitte nach außen verfahren, so dass in den entsprechen Bereichen ein Temperaturgradient von der Mitte nach außen in zeitlicher und in örtlicher Hinsicht entsteht.

Unabhängig von der Breite des Induktorkopfes 30 erfolgt das Verfahren des Induktorkopfes 30 stets berührungslos in einem geeigneten Abstand zum Bauteil.

Figur 7 zeigt eine Seitensicht auf ein plattenförmiges Bauteil, an welchem Temperaturmessungen im Bereich der Bauteiloberseite O (d.h. der Oberseite des Bauteils) und der Bauteilunterseite U (d.h. der Unterseite des Bauteils) durchgeführt werden. Die Stellen, in welchen Temperaturmessungen durchgeführt werden (können), sind exemplarisch eingetragen und mit „o“ für oben, „u“ für unten, sowie mit „m“ für Mitte“ und mit "11“ für den ersten Messpunkt links, „r1“ für den ersten Messpunkt rechts versehen. Es versteht sich, dass mehr als ein Messpunkt rechts und links vorgesehen sein können, insbesondere wenn die Oberflächentemperatur an verschiedenen Orten erfasst und überwacht werden soll. So können sowohl Temperaturgradienten zwischen der Bauteiloberseite O und der Bauteilunterseite U als auch Temperaturgradienten entlang einer Seite (z.B. von der Bauteilmitte zu einer Bauteilaußenseite) überwacht, erfasst und auch als Ausgangsgrößen für eine Steuerung verwendet werden.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung

12 Auflagefläche

14 Spannvorrichtung

16 Spannplatte

18 Doppelpfeil

20 Druckerzeugungsvorrichtung

22 Platte

24 Induktionsgerät

26 Pfeil

28 Kabel

30 Induktorkopf

32 Doppelpfeil

34 Wärmebahn

36 Öffnung

I Bewegungsrichtung des Induktorkopfes

T Temperaturmesspunkt

0 Bauteiloberseite / Oberseite des Bauteils

U Bauteilunterseite / Unterseite des Bauteils