[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Platinen, die über ihre Länge
unterschiedliche Dicken aufweisen.
[0002] Aus der
DE 197 04 300 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Platinen mit unterschiedlichen Dicken durch
Verformung eines annähernd gleichmäßig dicken Ausgangsmaterials bekannt. Das Ausgangsmaterial
wird zunächst in einer Induktionserwärmungsanlage auf eine Temperatur oberhalb der
Rekristallisationstemperatur erwärmt. Anschließend erfolgt eine partiell walzende
Verformung des Ausgangsmaterials mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Dicken.
[0003] Aus der
DE 198 46 900 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes bekannt.
Die unterschiedlich dicken Bereiche des Bandes werden durch Warmwalzen hergestellt,
indem das Band vor dem Warmwalzen abschnittsweise durch Kühlen oder Erwärmen auf eine
unterschiedliche Temperatur eingestellt werden. Auf diese Weise erfährt das Band in
den einzelnen Abschnitten, die aufgrund der unterschiedlichen Temperatureinstellung
einen unterschiedlichen Fließspannungswert erhalten haben, bei im wesentlichen konstanter
Walzkraft eine unterschiedliche Dickenabnahme. Zum Walzen mit konstanter Walzkraft
ist eine hydraulische Zustellung vorgesehen, die den Walzspalt beim Walzen verfährt.
[0004] Nachteilig bei den heute eingesetzten Verfahren ist der hohe Aufwand bei der Erwärmung
der Coils sowie die Komplexität der Walzgerüste zum Abwalzen der bereichsweise unterschiedlich
erwärmten Coils beziehungsweise Platinen auf bereichsweise unterschiedliche Dicken.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren
zum Herstellen von Platinen mit unterschiedlichen Dicken vorzuschlagen, das eine gezielte
bereichsweise Erwärmung von Platinen und eine Abwalzung der Platinen mittels eines
einfachen und kostengünstigen Walzgerüsts auf bereichsweise unterschiedliche Dicken
ermöglicht.
[0006] Die Lösung besteht in einem Verfahren zum Herstellen von Platinen mit unterschiedlichen
Dicken aus einem metallischen Werkstoff mit den Verfahrensschritten:
Fertigen von Platinen aus einem Bandmaterial;
Bereichsweises Verändern der Temperatur der Platinen, wobei in den Platinen Bereiche
mit unterschiedlichen Temperaturen erzeugt werden; und
Walzen der bereichsweise temperaturveränderten Platinen in einem Walzwerkzeug mit
einer Walzspaltanstellung, wobei die Walzspaltanstellung beim Walzen konstant gehalten
wird, wobei in den Platinen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbereiche Abschnitte
mit unterschiedlicher Dicke erzeugt werden.
[0007] Der Vorteil des Verfahrens mit der angegebenen Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte
besteht darin, dass durch die bereichsweise Änderung der Temperatur unterschiedliche
Temperaturzonen erzeugt werden. Durch die unterschiedlichen Temperaturzonen weisen
die verschiedenen Bereiche der Platinen unterschiedliche Fließwiderstände auf. Dabei
haben heißere Bereiche einen geringeren Fließwiderstand und werden daher stärker abgewalzt,
als kältere Bereiche der Platine. Aufgrund der unterschiedlichen Fließwiderstände
werden an der Platine durch das anschließende Walzen Abschnitte mit unterschiedlicher
Dicke erzeugt. Dabei haben die vor dem Walzen höher erwärmten Bereiche nach dem Walzen
eine geringere Dicke, als die niedriger erwärmten Bereiche. Insgesamt lässt sich mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren durch entsprechendes Einstellen der Temperaturzonen
der Platine vor dem Walzen ein optimierter Dickenverlauf der Platine nach dem Walzen
erzeugen, welcher auf die späteren Bauteilanforderungen angepasst ist.
[0008] Unter Platine wird ein Blechelement verstanden, das aus einem Bandmaterial beziehungsweise
von einem Coil hergestellt ist. Das heißt dem Verfahrensschritt des bereichsweisen
Temperaturveränderns der Platine ist eine Fertigung der Platine aus einem Bandmaterial
vorgeschaltet. Dabei versteht es sich, dass zwischen dem Vereinzeln von Platinen aus
dem Bandmaterial und der bereichsweisen Temperaturveränderung der Platine noch andere
Verfahrensschritte zwischengeschaltet sein können, beispielsweise eine Wärmebehandlung.
Das Fertigen der Platinen aus dem Bandmaterial beziehungsweise vom Coil kann beliebig
erfolgen und richtet sich nach der zu fertigenden Endkontur der Platine. Beispielsweise
können die Platinen durch einfaches Ablängen des Bandmaterials in einzelne Elemente
mit zumindest zwei parallelen Seitenkanten erfolgen, oder durch Ausschneiden bzw.
Stanzen von einzelnen Elementen mit individueller Umfangskontur aus dem Bandmaterial.
Diese ausgeschnittenen Elemente mit individueller Umfangskontur können auch als Formschnitte
oder Konturschnitte bezeichnet werden.
[0009] Der Vorteil der Verwendung von Platinen für die bereichsweise Temperaturveränderung
liegt darin, dass sich auch Temperaturgradienten quer zur Fertigungs- beziehungsweise
zur späteren Walzrichtung erzeugen lassen. Diese führen beim Walzen zu einer in Bezug
auf die Walzrichtung unsymmetrischen Verformung der Platine, was bei Bandmaterial
nicht möglich wäre. Hiermit ist in vorteilhafter Weise eine höchste Flexibilität hinsichtlich
der geometrischen Gestaltung der herzustellenden Platine beziehungsweise des aus der
Platine herzustellenden Endprodukts gegeben.
[0010] Das nach dem Vereinzeln der Platinen stattfindende Walzen wird bei konstantem Walzspalt
durchgeführt. Das heißt, dass die Walzspaltanstellung beim Durchlaufen der Platine
durch das Walzwerkzeug zumindest weitestgehend konstant bleibt, vorzugsweise in einem
ungeregelten Prozess. In diesem Zusammenhang ist Walzspalt die Bezeichnung für die
Walzenöffnung einschließlich des Walzensprungs an den Berührungsflächen des Walzguts
mit den Walzen über die Walzballenlänge. Walzensprung ist die Bezeichnung für eine
Vergrößerung der Walzenöffnung beim Anstich des Walzguts durch eine Dehnung der Teile
des Walzgerüsts. Die Walzkraft kann sich, im Gegesatz zum Walzspalt, beim Durchlaufen
der Platine ändern. Die Übergänge zwischen zwei Platinenabschnitten mit unterschiedlicher
Banddicke ergeben sich durch die Temperaturverteilung in der Platine und können bei
entsprechender partieller Temperaturänderung vor dem Walzen, im Gegensatz zu geregelten
Walzgerüsten, sehr kurz gehalten werden. Der Kraft-Arbeitsbedarf ist durch den temperaturabhängigen
Fließwiderstand stark reduziert, so dass Platinen mit unterschiedlichen Blechdicken
in großer Breite wirtschaftlich hergestellt werden können.
[0011] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung werden die unterschiedlichen Temperaturbereiche
entsprechend dem später gewünschten Dickenverlauf der Platine erzeugt. Dabei kann
die Form und die Erstreckung der Temperaturbereiche in Längs- und in Querrichtung
der Platine grundsätzlich so gewählt werden, dass die Platine nach dem Walzen das
gewünschte Dickenprofil aufweist.
[0012] Insbesondere kann nach einer einfachen ersten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass
von den Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen zumindest ein Bereich, vorzugsweise
mehrere Bereiche, auf eine konstante Temperatur quer zur Walzrichtung erwärmt oder
abgekühlt wird. Die so in Längsrichtung der Platine nebeneinanderliegenden Bereiche
der Platine mit jeweils zum benachbarten Bereich unterschiedlicher Temperatur führen
beim Walzen zu einer Dickenänderung der Platine in Längsrichtung beziehungsweise in
Walzrichtung der Platine. Die Anzahl und Verteilung der Bereiche mit unterschiedlicher
Temperatur ist in Abhängigkeit vom gewünschten Dickenprofil der Platine grundsätzlich
frei wählbar, wobei die Anzahl insbesondere zwischen zwei und sechs liegt.
[0013] Nach einer zweiten Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Bereich,
gegebenenfalls auch mehrere Bereiche, mit einer variablen Temperatur quer zur Walzrichtung
versehen werden. Hiermit wird ermöglicht, dass die Platine beim nachfolgenden Walzprozess
eine entsprechende Dickenänderung quer zur Walzrichtung erfährt. Auch hier gilt, dass
die Anzahl und die Verteilung der Bereiche mit unterschiedlicher Temperatur in Abhängigkeit
vom gewünschten Dickenprofil der herzustellenden Platine eingestellt wird.
[0014] Nach einer dritten Möglichkeit, die eine Kombination der ersten und der zweiten Möglichkeit
darstellt, können sowohl Temperaturbereiche erzeugt werden, die sich mit einheitlicher
Temperatur quer zur Walzrichtung erstrecken, als auch Temperaturbereiche, die quer
zur Walzrichtung einen zusätzlichen Temperaturgradienten aufweisen. Mit der letztgenannten
dritten Möglichkeit wird ein höchstes Maß an Flexibilität in Hinblick auf den späteren
Dickenverlauf der Platine nach dem Walzen in Längs-und in Querrichtung erreicht. Insbesondere
lässt sich hiermit eine dreidimensionale Dickenstruktur der Platine erzeugen.
[0015] Nach einer ersten Ausführungsform erfolgt das bereichsweise Verändern der Temperatur
ausgehend von einer homogenen ersten Temperatur der Platine durch Erwärmen zumindest
eines Bereichs der Platine auf eine höhere zweite Temperatur. Mit homogener erster
Temperatur ist dabei gemeint, dass die Platine vor der bereichsweisen Temperaturänderung
einheitlich dieselbe Temperatur aufweist. Mit zumindest einem Bereich ist gemeint,
dass ein oder mehrere Bereiche auf eine individuelle Temperatur erwärmt werden. Wenn
genau ein Bereich erwärmt wird, entstehen zwei Bereiche mit voneinander unterschiedlicher
Temperatur. Die Höhe der Temperatur, auf welche die Platine erwärmt wird, hängt im
Wesentlichen vom Werkstoff beziehungsweise von der Festigkeit des Werkstoffs ab. Bei
Verwendung eines Stahlwerkstoffs wird der zumindest eine Bereich der Platine vorzugsweise
auf eine zweite Temperatur von 400 °C bis 1250 °C, insbesondere von 600 °C bis 800
°C erwärmt. Bei Verwendung eines Aluminium-Werkstoffs wird die Platine vorzugsweise
auf eine zweite Temperatur von 150°C bis 500°C erwärmt.
[0016] Das bereichsweise Erwärmen der Platine kann beispielsweise mittels eines Stempels
erfolgen, der mit der Platine derart in Kontakt gebracht wird, dass die Platine zumindest
etwa die Temperatur des Stempels annimmt. In diesem Fall wäre der Stempel als Heizstempel
ausgebildet, der vorzugsweise unterschiedlich gesteuerte Temperaturzonen aufweist.
Alternativ kann das bereichsweise Erwärmen auch induktiv mittels einer oder mehrerer
Stromwalzen erfolgen, durch welche die Platinen geführt werden, wobei insbesondere
vorgesehen ist, dass die unterschiedlichen Temperaturzonen der Platinen durch Variieren
der Leistung der Stromwalzen beim Hindurchführen der Platinen erzeugt werden.
[0017] Nach einer zweiten Ausführungsform wird das bereichsweise Verändern der Temperatur
ausgehend von einer homogenen ersten Temperatur der Platine durch Abkühlen bewerkstelligt.
Hierfür wird die Platinen vor dem bereichsweisen Verändern der Temperatur zunächst
homogen auf eine höhere erste Temperatur erwärmt. Anschließend erfolgt das bereichsweise
Verändern der Temperatur durch Abkühlen zumindest eines Bereichs der Platine auf eine
niedrigere zweite Temperatur. Dadurch, dass zumindest ein Bereich abgekühlt wird,
entstehen zumindest zwei Bereiche mit voneinander unterschiedlicher Temperatur. Selbstverständlich
können auch beliebig viele weitere Bereiche jeweils auf eine individuelle Temperatur
abgekühlt werden. Bei Verwendung eines Stahlwerkstoffs liegt die homogene erste Temperatur,
auf welche die Platine erwärmt wird, zwischen 950°C und 1250°C. Das anschließende
bereichsweise Abkühlen der Bereiche erfolgt auf niedrigere zweite Temperaturen, die
insbesondere zwischen 400°C und 950 °C, vorzugsweise zwischen 600°C und 800°C, liegen.
[0018] Das bereichsweise Abkühlen der Platine wird vorzugsweise mittels eines Stempels durchgeführt,
der mit der Platine derart in Kontakt gebracht wird, dass die Platine zumindest etwa
die Temperatur des Stempels annimmt. In diesem Fall wäre der Stempel als Kühlstempel
ausgebildet. Der Stempel kann vorzugsweise individuell steuerbare Kühlzonen aufweisen,
so dass die Temperaturzonen der Platine individuell an das später zu fertigende Dickenprofil
angepasst werden kann.
[0019] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide Ausführungsformen gilt, das heißt
sowohl für das partielle Wärmen als auch das partielle Kühlen, werden die Platinen
nach dem Walzen einer Wärmebehandlung unterzogen, vorzugsweise einem Normalisierungsglühen.
Hierfür werden die Platinen bei Verwendung von Stahlwerkstoff vorzugsweise auf eine
Temperatur von 950°C bis 1250°C und bei Verwendung von Aluminium-Werkstoff auf eine
Temperatur von 150°C bis 550°C erwärmt. Das Erwärmen findet vorzugsweise in einem
Heizofen statt. Durch diese Wärmebehandlung wird eine einheitliche Gefügestruktur
in der Platine über alle Abschnitte unterschiedlicher Dicke hergestellt.
[0020] Nach der Wärmebehandlung wird die Platine zum Endprodukt weiterverarbeitet. Der nachfolgende
Verfahrensschritt umfasst vorzugsweise einen Umformprozess, wie Tiefziehen. Anschließend
kann das Bauteil gehärtet werden, beziehungsweise vergütet, das heißt Härten mit anschließendem
Anlassen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Warmformprozesses. Dabei
wird die Platine in einem Warmformwerkzeug zur vorgesehen Form umgeformt und gehärtet.
Im Rahmen des Warmformens ist es auch denkbar, dass nur Teilbereiche des Warmformwerkzeuges
gekühlt werden, so dass auch nur die Teilabschnitte des Werkstücks gehärtet werden,
welche mit den gekühlten Teilbereichen des Warmformwerkzeuges in Kontakt kommen. Die
übrigen Teilabschnitte des Werkstücks behalten eine geringere Härte. Zum Warmumformen
mit gleichzeitigem Härten ist ein gekühltes Formwerkzeug erforderlich, das in den
zu härtenden Abschnitten der Platine beziehungsweie des daraus herzustellenden Endprodukts
gekühlte Bereiche aufweist, oder gegebenenfalls vollständig gekühlt ist.
[0021] Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht ferner in einer Vorrichtung zum Herstellen
von Platinen mit unterschiedlichen Dicken aus einem metallischen Werkstoff nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem oder mehreren der obengenannten Verfahrensschritte,
wobei die Vorrichtung in der angebenen Reihenfolge folgendes umfasst: ein Werkzeug
zum Vereinzeln von Platinen aus einem Bandmaterial; ein temperaturveränderndes Werkzeug,
mit dem in den Platinen Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen erzeugbar sind;
und ein Walzwerkzeug mit konstanter Walzspaltanstellung, mit dem die temperaturveränderten
Platinen walzbar sind, so dass in den Platinen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbereiche
Abschnitte mit unterschiedlicher Dicke erzeugbar sind, aufweist.
[0022] Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat dieselben Vorteile wie das Verfahren, so dass
diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Insbesondere ist die konstante
Walzspalteinstellung des Walzwerkzeugs, bevorzugt in einem ungeregelten Prozess, günstig
im Hinblick auf eine einfache und effiziente Fertigung. Die Änderung der Materialdicke
erfolgt allein aufgrund unterschiedlicher Walzensprünge des Walzwerkzeugs beim Durchlaufen
der Platinen, was wiederum auf die unterschiedlichen Fließwiderstände im Platinenmaterial
beziehungsweise die bereichsweise unterschiedlichen Temperaturen des Materials zurückzuführen
ist. Dadurch, dass dem temperaturverändernden Werkzeug ein Werkzeug zum Vereinzeln
von Bandmaterial zu Platinen vorgeschaltet ist, wird für die geometrische Gestaltung
der herzustellenden Platine beziehungsweise des hieraus zu fertigenden Endproduktes
eine höchste Flexibilität gegeben. So können beispielsweise auch Platinen beziehungsweise
Erzeugnisse mit variablem Dickenprofile quer zur Walzrichtung erzeugt werden.
[0023] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das temperaturverändernde Werkzeug zumindest
einen Stempel auf, der erwärmbar oder abkühlbar ist. Mit dem Stempel lässt sich die
Temperatur der Platine in einem oder mehreren Teilbereichen gegenüber anderen Bereichen
partiell erhöhen beziehungsweise absenken. Die Größe und Form des Stempels orientiert
sich vorzugsweise an der Form und Größe der zu erzeugenden Temperaturzonen beziehungsweise
dem im Rahmen des Walzprozesses zu erzeugenden Dickenprofil der Platine. Vorzugsweise
weist der Stempel mehrere Bereiche aufweist, in denen die Temperatur individuell einstellbar
ist. So lassen sich mit einem Stempel auf der Platine unterschiedliche Temperaturzonen
erzeugen.
[0024] Bei der ersten Möglichkeit, gemäß welcher der Stempel als Heizstempel ausgebildet
ist, sind vorzugsweise Heizdrähte in dem Stempel vorgesehen, welche den Stempel zumindest
in Teilbereichen erwärmen können.
[0025] Bei der zweiten Möglichkeit, bei welcher der Stempel als Kühlstempel zum partiellen
Abkühlen der Platine ausgebildet ist, weist dieser vorzugsweise Kanäle auf, durch
die ein Kühlmedium hindurchfließen kann, um den Stempel abzukühlen. Zur variablen
Einstellung der unterschiedlichen Temperaturzonen in der Platine ist es besonders
günstig, wenn die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmediums durch die Kanäle steuerbar
ist. Vorzugsweise sind mehrere Kühlkreisläufe durch den Stempel vorgesehen, die von
Kühlmedium durchströmt werden. Durch individuelle Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit
des Kühlmediums durch jeden einzelnen Kanal lassen sich mit einem Kühlstempel unterschiedliche
Temperaturzonen erzeugen. So ist es beispielsweise möglich, dass mit einem Kühlstempel
ein erster Bereich mit 600°C, ein zweiter Bereich mit 750°C und ein dritter Bereich
mit 900°C in der Platine erzeugt werden kann. Dasselbe gilt sinngemäß natürlich auch
für einen Heizstempel gemäß der ersten Möglichkeit, welcher entsprechend unterschiedliche
Heizzonen aufweisen kann.
[0026] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide Möglichkeiten gilt, ist der zumindest
eine Stempel aus einem metallischen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt,
insbesondere aus Kupfer oder aus einem Kupfer enthaltenden Werkstoff.
[0027] Das Walzwerkzeug ist vorzugsweise so gestaltet sein, dass die Spaltbreite während
des Walzens konstant ist. Hierdurch kann der Kraft-Arbeits-Bedarf sehr gering gehalten
werden, was sich günstig auf die Herstellungskosten und -zeit auswirkt. Es versteht
sich jedoch, dass auch ein Werkzeug zum flexiblen Walzen zum Einsatz kommen kann,
womit eine besonders hohe Flexibilität im Hinblick auf das Dickenprofil der herzustellenden
Platinen erreicht wird.
[0028] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ferner eine Wärmebehandlungseinrichtung,
die dem Walzwerkzeug nachgeschaltet ist. In der Wärmebehandlungseinrichtung, welche
insbesondere als Heizofen gestaltet ist, können die Platinen wärmebehandelt werden,
vorzugsweise normalgeglüht.
[0029] Der Wärmebehandlungseinrichtung ist nach einer günstigen Weiterbildung ein Umformwerkzeug
nachgeschaltet. Das Umformwerkzeug ist vorzugsweise in Form eines Warmformwerkzeugs
gestaltet, in dem die Platinen umgeformt und zumindest partiell gehärtet werden können.
Die Kombination der bereichsweisen Temperaturveränderung der Platinen, anschließenden
Walzen, Erwärmen und Warmumformen ist besonders günstig, da hiermit ein sehr effiziente
Herstellung von Blechplatinen mit variabler Dicke über der Länge beziehungsweise der
Breite ermöglicht wird. Der Wärmeeintrag in die Platine während der Fertigung, das
heißt während des Durchlaufens der einzelnen Vorrichtungsstationen kann gering gehalten
werden, was sich wiederum günstig auf die Herstellungsgeschwindigkeit und -kosten
auswirkt. Besonders günstig ist, wenn die Platinen mit den Bereichen, welche nach
der bereichsweisen Temperaturveränderung die höchsten Temperaturen haben, während
der nachfolgenden Verfahrensschritte des Walzens und der Wärmebehandlung bis zum Einlegen
in das Umformwerkzeug stets eine Temperatur von über 500°C, insbesondere von über
600°C, für Stahlwerkstoffe aufweisen.
[0030] Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert.
Hierin zeigt:
- Figur 1
- ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Platine mit unterschiedlichen
Dicken in einer ersten Ausführungsform
- a)
- mit den einzelnen Verfahrensschritten;
- b)
- der Temperaturverlauf für zwei Bereiche über der Zeit;
- Figur 2
- ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Platine mit unterschiedlichen
Dicken einer zweiten Ausführungsform
- a)
- mit den einzelnen Verfahrensschritten;
- b)
- der Temperaturverlauf für zwei Bereiche über der Zeit;
- Figur 3
- beispielhaft eine Platine hergestellt nach einem Verfahren bzw. mit einer Vorrichtung
gemäß Figur 1 oder Figur 2 in einer weiteren Ausführungsform
- a)
- in Draufsicht nach der partiellen Temperaturbehandlung und vor dem Walzprozess,
- b)
- schematisch in Seitenansicht vor dem Walzprozess,
- c)
- schematisch in Seitenansicht nach dem Walzprozess;
- Figur 4
- beispielhaft eine Platine hergestellt nach einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung
gemäß Figur 1 oder Figur 2 in einer weiteren Ausführungsform
- a)
- in Draufsicht nach der partiellen Temperaturbehandlung und vor dem Walzprozess;
- b)
- in Draufsicht nach dem Walzprozess;
- c)
- schematisch in Seitenansicht nach dem Walzprozess;
- d)
- im Querschnitt nach dem Walzprozess durch einen Abschnitt gemäß Schnittlinie D-D aus
Figur 4b).
[0031] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Platine 10. Die
Blechplatine 10 wird vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, beispielsweise
aus einem Stahlwerkstoff oder Aluminium, und kann insofern auch als Blechplatine bezeichnet
werden. Es ist eine Verfahrensführung A gezeigt.
[0032] Unter Platine 10 wird in diesem Zusammenhang ein Blechelement verstanden, das insbesondere
von einem Bandmaterial beziehungsweise von einem Coil hergestellt werden kann. Dabei
kann die Platine durch einfaches Ablängen des Bandmaterials in einzelne Elemente oder
durch Ausschneiden bzw. Stanzen von einzelnen Elementen aus dem Bandmaterial hergestellt
werden.
[0033] Im Verfahrensschritt A1 wird die Platine 10 mittels eines temperaturverändernden
Werkzeugs 30 behandelt. Dabei erhält die Platine 10 verschiedene Bereiche 11, 12,
21, welche unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Im vorliegenden Beispiel hat der
Bereich 11 eine Temperatur von 800°C, der zweite Bereich 12 eine Temperatur von 600°C.
Der zwischen dem ersten Bereich 11 und dem zweiten Bereich 12 liegende Übergangsbereich
21 hat eine variable Temperatur, die vom ersten Bereich 11 zum zweiten Bereich 12
sinkt.
[0034] Die in Figur 1 b) gezeigte Temperaturkurve mit durchgezogener Linie zeigt den Temperaturverlauf
für den ersten Bereich 11 über der Zeit. Hier ist erkennbar, wie die Temperatur ausgehend
von der Ausgangstemperatur von 0°C sich zunächst stark erhöht, bis die Zieltemperatur
T
A1,11 von 800°C erreicht ist. Entsprechend zeigt die gestrichelte Linie den Temperaturverlauf
für den zweiten Bereich 12. Hier ist ebenfalls erkennbar, wie sich die Temperatur
mit der Zeit erhöht, bis der Zielwert von T
A1,12 = 600°C erreicht ist.
[0035] Nach der bereichsweisen Temperaturbehandlung der Platine 10 wird diese im darauffolgenden
Verfahrensschritt A2 einem Walzprozess unterzogen. Dies geschieht mittels eines Walzwerkzeuges
40, das mehrere Walzen 41, 42 umfasst. Durch die im Verfahrensschritt A1 erzeugten
unterschiedlichen Temperaturbereiche 11, 12, 21 weist die Platine 10 hier entsprechend
unterschiedliche Fließwiderstände auf. Dabei hat der heißere erste Bereich 11 einen
geringeren Fließwiderstand, weswegen dieser stärker abgewalzt wird. Demgegenüber hat
der kühlere zweite Bereich 12 der Platine einen höheren Fließwiderstand, so dass er
weniger stark abgewalzt wird. Aufgrund dieser unterschiedlichen Fließwiderstände werden
an der Platine 10 durch den Walzprozess A2 Abschnitte 11
2, 12
2, 21
2 mit unterschiedlicher Dicke erzeugt. Die Platine ist nach dem Walzprozess mit um
die Ziffer zwei tiefergestellten Indizes versehen. Es ist erkennbar, dass die Platine
10
2 nach dem Durchlaufen des Walzwerkzeuges 40 einen ersten Abschnitt 11
2 mit geringerer Blechdicke und einen zweiten Abschnitt 12
2 mit einer größeren Blechdicke sowie einen dazwischen liegenden Übergangsabschnitt
21
2 aufweist.
[0036] Beim Durchlaufen der Platine 10 durch das Walzwerkzeug 40 bleibt die Walzspaltanstellung
konstant, d. h. der Abstand zwischen den Walzen wird beim Durchlaufen der Blechplatine
10 nicht verändert. Das Dickenprofil ergibt sich allein aufgrund der unterschiedlichen
Temperaturbereiche 11, 12, 21 der Platine 10. Insgesamt ergibt sich damit ein geringer
Kraft-Arbeits-Bedarf. Es versteht sich jedoch, dass auch ein flexibles Walzen, bei
welchem die Walzspaltanstellung während des Prozesses variiert wird, verwendet werden
kann. Hiermit ergibt sich eine nochmals erhöhte Flexibilität und weitere Möglichkeiten
der individuellen Gestaltung unterschiedlicher Dickenprofile an den Platinen 10.
[0037] In Figur 1 b) ist der Temperaturverlauf T
A2 vor, nach und während des Walzens gezeigt. Hier zeigt die durchgezogene Linie wieder
den Temperaturverlauf für den Bereich 11 bzw. den nach dem Walzprozess vorliegenden
Abschnitt 112. Vor dem Walzen nimmt die Temperatur leicht und während des Walzens
dann stärker ab, bis auf eine Temperatur von ca. 700°C. Nach dem Walzprozess kühlt
die gewalzte Platine 10
2 weiter ab, so dass die Temperatur entsprechend abnimmt. Der Temperaturverlauf T
A2,12 für den zweiten Bereich 12 verläuft weitestgehend parallel zum Temperaturbereich
T
A2,11 für den ersten Bereich 11 mit einer um etwa 200°C reduzierten Temperatur.
[0038] Im nachfolgenden Verfahrensschritt A3 wird die gewalzte Platine 10
2 einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Platine beziehungsweise deren Abschnitte sind
nach der Wärmebehandlung mit um die Ziffer drei tiefergestellten Indizes versehen.
Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise in einem Ofen 50. Durch die Wärmebehandlung
werden beim Walzen entstandene Verfestigungen des Materials vermindert bzw. aufgelöst
und die gewalzte Platine 10
3 erhält wieder eine höhere Duktilität und Dehnbarkeit. Auf diese Weise lässt sich
die Platine 10
3 in den folgenden Verfahrensschritten leichter weiterverarbeiten, wobei außerdem die
Materialeigenschaften des herzustellenden Endproduktes positiv beeinflusst werden.
Es versteht sich, dass die Wärmebehandlung im Verfahrensschritt A3 nur optional ist,
das heißt, dass die Platine 10
2 auch prinzipiell ohne nachfolgende Wärmebehandlung weiterverarbeitet werden kann.
[0039] Wie aus Figur 1b) hervorgeht, wird die Platine 10
3 auf etwa 950°C erwärmt. Dabei erwärmt sich der dünnere erste Platinenabschnitt 11
3 schneller als der dickere Platinenabschnitt 123.
[0040] Nach der Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt A3 kann die Platine 10
3 weiterverarbeitet werden. Beispielhaft ist hier eine formgebende Bearbeitung in einem
Warmformwerkzeug 60 gezeigt. Die Platine beziehungsweise deren Abschnitte sind im
Zusammenhang mit dem Warmformprozess mit um die Ziffer vier tiefergestellten Indizes
versehen. Beim Warmformen gemäß Verfahrensschritt A4 wird die Platine 10
4 einer formgebenden Bearbeitung unterzogen und gleichzeitig stark abgekühlt bzw. gehärtet.
Dies ist auch am Temperaturverlauf erkennbar, der nämlich für den dünneren ersten
Abschnitt 11
4 (Temperatur T
A4,11) einen starken Temperaturabfall von 950°C auf unter 200°C zeigt. Der dickere zweite
Platinenabschnitt 12
4 kühlt etwas langsamer ab, wie der gestrichelten Linie (Temperatur T
A4,12) zu entnehmen ist. Es versteht sich, dass als formgebende Bearbeitung auch andere
Verfahren als Warmumformung verwendet werden können. Beispielhaft sei hier eine Weiterverarbeitung
mittels Pressen oder Tiefziehen genannt.
[0041] Die Figuren 2a) und 2b) zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer
Blechplatine mit unterschiedlichen Dicken nach einer zweiten Verfahrensführung B.
Diese entspricht in weiteren Teilen dem Verfahren gemäß den Figuren 1a) bzw. 1b),
so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf obige Beschreibung Bezug genommen werden
kann. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen,
wie in Figur 1. Im folgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede des vorliegenden
Verfahrens eingegangen.
[0042] Die Besonderheit der Verfahrensführung B gemäß Figur 2 besteht darin, dass die Blechplatine
in einem Verfahrensschritt B0 zunächst erwärmt wird. Die Temperatur, auf welche die
Blechplatine 10 erwärmt wird, hängt vom Material bzw. der Festigkeit des Materials
ab; diese beträgt für einen Stahlwerkstoff vorzugsweise zwischen 900°C und 950°C.
Nach dem Erwärmen im Verfahrensschritt B0 wird im anschließenden Verfahrensschritt
B1 eine partielle Temperaturveränderung der Blechplatine 10 vorgenommen. Dies erfolgt
bei der vorliegenden Ausführungsform durch bereichsweises Abkühlen der Blechplatine
10. Dabei hat die Platine 10
1 im vorliegenden Beispiel einen ersten Bereich 11
1, welcher auf 800°C abgekühlt wird, und einen zweiten Bereich 12
1, welcher auf 600°C abgekühlt wird. Zwischen den beiden Bereichen 11
1, 12
1 liegt ein Übergangsbereich 21
1 mit variablem Temperaturverlauf über der Länge beziehungsweise der späteren Walzrichtung.
[0043] Es ist in Figur 2b) der Temperaturverlauf T
B der Blechplatine 10 bzw. des ersten Bereichs 11 und des zweiten Bereichs 12 über
der Zeit, beziehungsweise entlang der verschiedenen Verfahrensschritte B0 bis B4,
dargestellt. Dabei zeigt die durchgezogene Linie den Temperaturverlauf T
B11 für den ersten Bereich 11, während die gestrichelte Linie den Temperaturverlauf T
B12 über der Zeit für den zweiten Bereich 12 zeigt. Es ist im Rahmen des zweiten Verfahrensschritts
B1 erkennbar, dass der erste Bereich 11
1 der Platine 10
1 von 950°C auf etwa 800°C abgekühlt wird (Temperaturkurve T
B1,11). Der zweite Bereich 12
1 erfährt eine größere Abkühlung, und zwar auf etwa 600°C (Temperaturkurve T
B1,12).
[0044] Das zu diesem Zeitpunkt vorliegende Erzeugnis entspricht der Platine 10
1 aus der ersten Verfahrensführung A gemäß Figur 1a), b), wie sie nach dem ersten Verfahrensschritt
A1 vorliegt. Die gemäß der zweiten Verfahrensführung B nachfolgenden Verfahrensschritte
B2, B3 und B4 entsprechen den Verfahrensschritten A2, A3 und A4 gemäß Figur 1, so
dass diesbezüglich auf die obige Beschreibung verwiesen wird.
[0045] Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß Figur 2 liegt darin, dass
das bereichsweise Verändern der Temperatur TB
1 ausgehend von der homogenen ersten Temperatur, welche nach dem Erwärmen im Verfahrensschritt
B0 stattfindet, durch Abkühlen bewerkstelligt wird. Diese Verfahrensführung hat den
Vorteil, dass die Wärme aus dem vorhergehenden Erwärmungsvorgang gemäß Verfahrensschritt
B0 verwendet werden kann, so dass der vorliegende Prozess sehr effektiv ist. Das bereichsweise
Abkühlen der Platine 10 wird vorzugsweise mittels eines Stempels 30 durchgeführt,
der mit der Platine 10 derart in Kontakt gebracht wird, dass die Platine 10 die Temperatur
des Stempels 30 annimmt. Der Stempel 30 hat insbesondere mehrere Kühlzonen, die individuell
einstellbar sind. Beispielsweise kann der Stempel 30 eine Mehrzahl von Kanälen aufweisen,
durch die ein Kühlmedium hindurchfließen kann, um diese abzukühlen. Zum variablen
Einstellen unterschiedlicher Temperaturzonen in der Platine 10 ist vorgesehen, dass
die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmediums durch die Kanäle steuerbar ist. Zur
Erzeugung verschiedener Temperaturbereiche 11, 12, 21 in der Platine 10 hat der Stempel
30 mehrere Kühlkreisläufe, die von Kühlmedium durchströmt werden. Dabei kann durch
individuelle Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmediums durch jeden
einzelnen Kanal unterschiedliche Temperaturzonen erzeugt werden.
[0046] Der Stempel ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit
hergestellt, beispielsweise aus Kupfer oder aus einem Kupfer enthaltendem Werkstoff.
[0047] Es versteht sich, dass die beiden Ausführungsformen für die unterschiedlichen Bereiche
der Platine 10, welche in den Figuren 1 und 2 gezeigt sind, nur beispielhaft sind.
Die Anzahl und Verteilung der Bereiche 11, 12, 21 mit unterschiedlichen Temperaturen
T
11, T
12, T
21 ist grundsätzlich frei wählbar und kann an die im Hinblick auf das Dickenprofil des
zu fertigenden Werkstücks angepasst werden. Die Anzahl der Bereiche 11, 12, 21 mit
unterschiedlichen Temperaturen T
11, T
12, T
21 liegt vorzugsweise zwischen zwei und sechs, wobei auch mehr Bereiche denkbar sind.
[0048] Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Platine nach dem partiellen Verändern
der Temperatur gemäß dem Verfahrensschritt A1 beziehungsweise B1. Es ist erkennbar,
dass die Platine 10 vorliegend sechs Bereiche 11-16 mit jeweils individueller Temperatur
T
11-T
16 aufweist. Diese sind jeweils als weiße Bereiche dargestellt. Zwischen den sechs Bereichen
11-16 mit jeweils einheitlicher Temperatur T
11-T
16 liegen jeweils Übergangsbereiche 21-25, in denen die Temperaturen T
2,-T
25 variabel sind. Diese Übergangsbereiche 21-25 sind schraffiert dargestellt. Hier geht
die Temperatur vom einen Temperaturbereich zum nächsten kontinuierlich über. Die Fertigungs-
beziehungsweise spätere Walzrichtung ist mit einem Pfeil R eingezeichnet.
[0049] Figur 3b) zeigt die Blechplatine 10 vor dem Walzen in Seitenansicht, d. h. im Profil,
in stark übertriebener Darstellung. Hier ist erkennbar, dass die Platine 10 vor dem
Walzprozess eine einheitliche Dicke über der Länge aufweist.
[0050] Figur 3c) zeigt die Platine 10
2 nach dem Walzprozess gemäß dem Verfahrensschritt A2 nach Figur 1 beziehungsweise
B2 nach Figur 2. In Figur 3c) ist erkennbar, dass die Platine 10
2 durch das Walzen ein variables Dickenprofil über der Länge erhalten hat. Durch die
vor dem Walzen erzeugten unterschiedlichen Temperaturzonen 11-16 wurden die stärker
erwärmten Bereiche 13, 16 aufgrund der geringeren Fließwiderstände stärker ausgewalzt,
als die kälteren Bereiche 12, 15. Es ergibt sich das in Figur 3c) schematisch gezeigte
Dickenprofil der Platine 10 über der Länge.
[0051] Die Figuren 4a) und b), welche nachfolgend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine
Blechplatine 10 in einer weiteren möglichen Ausführungsform nach dem partiellen Verändern
der Temperatur und vor dem Walzprozess gemäß Figur 4a) bzw. nach dem Walzen gemäß
Figur 4b). Die Verteilung der unterschiedlichen Temperaturbereiche entspricht weitestgehend
derjenigen gemäß Figur 3, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung
Bezug genommen wird. Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin,
dass der Bereich 15 einen Temperaturgradienten quer zur Walzrichtung R der Platine
10 aufweist. Das heißt, die Temperatur T
15' beträgt an der einen Seite 18 etwa 600°C und an der gegenüberliegenden anderen Seite
19 etwa 800°C. Die übrigen Bereiche 11, 12, 13, 14 und 16 haben jeweils quer zur Walzrichtung
R weitestgehend einheitliche Temperaturen.
[0052] Dadurch, dass die Temperatur in dem Bereich 15 quer zur Walzrichtung variabel ist,
wird die Platine uneinheitlich abgewalzt. Es ist in Figur 4b) erkennbar, dass die
Platine 10
2 nach dem Walzen eine Formänderung in Längsrichtung erfahren hat. Dabei ist die Platine
10
2 an der Seite 18 des Bereichs 15, welcher auf 600°C stärker abgekühlt war, weniger
stark abgewalzt, als an der entgegengesetzten Seite 19, welche nur auf 800°C abgekühlt
worden ist. Somit ergibt sich insgesamt, in Draufsicht auf die Platine 10, ein Knick
in diesem Abschnitt 15
1. Das Dickenprofil über der Länge an der Seite 18, dessen Bereich 15 stärker abgekühlt
worden ist, ist in Figur 4c) dargestellt. Dieses entspricht im Wesentlichen dem Profil
gemäß Figur 3c), wobei vorliegend insbesondere die Übergangsbereiche 22 dünner gestaltet
sind.
[0053] Durch die Erzeugung unterschiedlicher Temperaturbereiche T
15 auch quer zur Walzrichtung R wird hinsichtlich des Dickenprofils ein höchstes Maß
an Flexibilität erreicht. In vorteilhafter Weise können die zu erzeugenden Blechplatinen
10 individuell an das für das spätere Endprodukt gewünschte Dickenprofil angepasst
werden. Der Vorteil der im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen erfindungsgemäßen
Verfahren sowie den zugehörigen Vorrichtungen besteht darin, dass fertige Formschnitte
im Rahmen einer kurzen Prozesskette mit hoher Effizienz hergestellt werden können.
Dabei ist insbesondere die Kombination der Verfahrensführung mit partieller Temperaturveränderung
gemäß Verfahrensschritt A1 oder B1 der Blechplatine 10 vor dem Walzen, anschließendem
Normalisieren und abschließendem Warmumformen besonders günstig, da hier das Temperaturniveau
in der Blechplatine insgesamt über die komplette Prozesskette relativ hoch bleibt,
insbesondere über 400°C bis 500°C, und damit der Energieeintrag für die Fertigung
gering ist. Auf diese Weise lassen sich die Formschnittplatinen mit einer kurzen Prozesskette
und damit verbundener hohen Effizienz herstellen.
Bezugszeichenliste
[0054]
- 10
- Platine
- 11-16
- Bereich / Abschnitt
- 21-25
- Übergangsbereich / Übergangsabschnitt
- 30
- temperaturänderndes Werkzeug
- 40
- Walzwerkzeug
- 41
- Walzen
- 42
- Walzen
- 50
- Heizofen
- 60
- Umformwerkzeug
- A
- Verfahrensfolge
- B
- Verfahrensfolge
- D
- Dicke
- R
- Walzrichtung
- T
- Temperatur
1. Verfahren zum Herstellen von Platinen mit unterschiedlichen Dicken aus einem metallischen
Werkstoff mit den Verfahrensschritten:
Fertigen von Platinen (10) aus einem Bandmaterial;
Bereichsweises Verändern der Temperatur (T) der Platinen (10), wobei in den Platinen
(10) mehrere Bereiche (11-16) mit unterschiedlichen Temperaturen (T11-T16) erzeugt werden;
Walzen der bereichsweise temperaturveränderten Platinen (10) in einem Walzwerkzeug
(40) mit einer Walzspaltanstellung,
wobei die Walzspaltanstellung beim Walzen der Platinen (10) konstant gehalten wird,
wobei in den Platinen (10) aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbereiche Abschnitte
(11-16) mit unterschiedlicher Dicke (D11-D16) erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass von den Bereichen (11-16) mit unterschiedlichen Temperaturen (T11-T16) zumindest ein Bereich (11-16) mit einer konstanten Temperatur (T11-T16) und/oder ein Bereich (15') mit einer variablen Temperatur (T15') quer zur Walzrichtung (R) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bereichsweise Verändern der Temperatur durch Erwärmen oder Abkühlen zumindest
eines Bereichs (11-16) der Platine (10) erfolgt, insbesondere mittels zumindest einem
Stempels (30), der mit der Platine (10) in Kontakt gebracht wird, so dass die Platine
(10) zumindest etwa die Temperatur des Stempels (30) annimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bereichsweise Verändern der Temperatur durch Erwärmen zumindest eines Bereichs
(11-16) der Platine (10) induktiv erfolgt, wobei die Platinen durch Stromwalzen geführt
werden, wobei die Bereiche (11-16) mit unterschiedlichen Temperaturen durch Variation
der Leistung der Stromwalzen beim Hindurchführen der Platinen (10) erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bereichsweise Verändern der Temperatur durch Abkühlen zumindest eines Bereichs
(11-16) der Platine (10) erfolgt, wobei die Platinen (10) vor dem bereichsweisen Abkühlen
homogen auf eine erste Temperatur erwärmt werden
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platinen (10) nach dem Walzen erwärmt werden, insbesondere normalgeglüht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platinen (10) nach dem Erwärmen warmgeformt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platinen (10) mit den Bereichen (11, 16), welche nach der bereichsweisen Temperaturveränderung
die höchsten Temperaturen (T11; T16) haben, während der nachfolgenden Verfahrensschritte des Walzens und der Wärmebehandlung
bis zum Einlegen in das Umformwerkzeug stets eine Temperatur von über 500°C, insbesondere
von über 600°C, für Stahlwerkstoffe aufweisen.
9. Vorrichtung zum Herstellen von Platinen mit unterschiedlichen Dicken aus einem metallischen
Werkstoff zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die Vorrichtung
umfassend:
ein Werkzeug zum Fertigen von Platinen (10) aus einem Bandmaterial;
ein temperaturveränderndes Werkzeug (30), mit dem in den Platinen (10) Bereiche (11-16)
mit unterschiedlichen Temperaturen (T11-T16) erzeugbar sind;
ein Walzwerkzeug (40) mit konstanter Walspaltanstellung, mit dem die temperaturveränderten
Platinen (10) walzbar sind, so dass in den Platinen (10) aufgrund der unterschiedlichen
Temperaturbereiche Abschnitte (11-16) mit unterschiedlicher Dicke (D11-D16) erzeugbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das temperaturverändernde Werkzeug (30) zumindest einen Stempel aufweist, der erwärmbar
oder abkühlbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (30) Temperatursteuermittel aufweist, wobei mittels der Temperatursteuermittel
die Temperatur in zumindest einem Abschnitt des Stempels (30) individuell einstellbar
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (30) Kanäle aufweist, durch die ein Kühlmedium hindurchfließen kann,
um den Stempel (30) abzukühlen, wobei die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmediums
durch die Kanäle insbesondere steuerbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese ferner eine Wärmebehandlungseinrichtung aufweist, die dem Walzwerkzeug nachgeschaltet
ist und in der die Platinen normalgeglüht werden können.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese ferner ein Umformwerkzeug aufweist, das der Wärmebehandlungseinrichtung nachgeschaltet
ist, insbesondere ein Warmformwerkzeug, in dem die Platinen umgeformt und zumindest
partiell gehärtet werden können.