[0001] Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung für das elektromagnetische Umformen und/oder
Schneiden von blechartigen Materialien unter Einsatz eines Treibblechs.
[0002] Beim elektromagnetischen Umformen werden durch elektrische Aktivierung einer Spule
elektromagnetische Kräfte erzeugt, die in bekannter Weise zum Umformen oder auch zum
Schneiden von Blechmaterialien genutzt werden können.
[0003] Aus der
DE 10 2005 013 539 A1 ist ein gängiges Prinzip für eine Spulenanordnung bekannt, bei dem die Spule teilweise
von einem elektrisch leitenden Rahmen umgeben ist, der wiederum mit dem umzuformenden
und/oder zu schneidenden Blechmaterial derart kontaktiert ist, dass der Rahmen und
das Blechmaterial einen geschlossenen Stromflussweg (Strompfad) um die Spule herum
ausbilden. Wird nun die Spule aktiviert, so wird in dem Rahmen und in dem Blechmaterial
ein Strom induziert, woraus abstoßende elektromagnetische Kräfte zwischen der Spule
und dem Blechmaterial resultieren, die zum Umformen und/oder Schneiden des Blechmaterials
genutzt werden.
[0004] In der
DE 10 2005 013 539 A1 ist auch die Verwendung eines Treibblechs erläutert, das zwischen dem eigentlichen
Zielblech und der Spule (elektromechanischer Aktuator) angeordnet und mit dem Rahmen
mechanisch und elektrisch kontaktiert ist (siehe Fig. 3 und zughörige Beschreibung).
In vorteilhafter Weise wird hierbei das Zielblech nicht direkt kontaktiert. Die bei
Aktivierung der Spule auf das Treibblech wirkenden Kräfte werden auf das Zielblech
übertragen. Auf diese Weise können auch schlecht leitende und nicht-leitende blechartige
Materialien umgeformt und/oder geschnitten werden.
[0005] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, das elektromagnetische Umformen und/oder Schneiden
mit einem Treibblech zu optimieren.
[0006] Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Spulenanordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0007] Gemäß dem ersten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch
auf ein Werkzeug für die Blechbearbeitung, wie insbesondere ein Umform- und/oder Schneidwerkzeug,
das wenigstens eine erfindungsgemäße Spulenanordnung aufweist.
[0008] Ferner wird mit dem zweiten nebengeordneten Anspruch auch für eine Baugruppe gesondert
Schutz beansprucht, wobei diese Baugruppe wenigstens eine Spuleneinrichtung und wenigstens
einen Rahmen umfasst, die für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung
und/oder in einem korrespondierenden Werkzeug vorgesehen und entsprechend ausgebildet
sind.
[0009] Die erfindungsgemäße Spulenanordnung weist wenigstens eine Spuleneinrichtung, wenigstens
einen stabilen Rahmen, der die Spuleneinrichtung teilweise umgibt, und ein austauschbares
Treibblech (bzw. eine austauschbare Treibfolie), das in einem Arbeitsbereich zwischen
der Spuleneinrichtung und dem umzuformenden und/oder zu schneidenden blechartigen
Material (Zielblech) positioniert ist, auf. Es ist vorgesehen, dass, im Querschnitt
betrachtet, die Spuleneinrichtung von dem Treibblech im Wesentlichen vollständig umschlossen
ist, wobei das dementsprechend räumlich geformte Treibblech außerhalb des Arbeitsbereichs
zwischen der Spuleneinrichtung und dem umgebenden Rahmen angeordnet und abgestützt
ist.
[0010] Unter einer Spuleneinrichtung wird eine stabile Baueinheit verstanden, die wenigstens
eine Spule zum elektromagnetischen Umformen aufweist. Die Spuleeinrichtung ist z.
B. quaderförmig ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die umfasste Spule
keine ebene Flachspule, sondern eine räumlich ausgebildete Spule ist.
[0011] Unter einem blechartigen Material wird ein flächiges und bezüglich seiner flächigen
Ausdehnung dünnes Material verstanden, wobei es sich vorzugsweise um ein Metallmaterial
(Blechmaterial) handelt. Bei dem umzuformenden und/oder zu schneidenden blechartigen
Material kann es sich jedoch auch um ein nicht-metallisches und insbesondere elektrisch
nicht-leitendes Material handeln.
[0012] Indem die Spuleneinrichtung von dem Treibblech im Wesentlichen vollständig umschlossen
ist (bzw. indem das Treibblech die Spuleneinrichtung vollständig umschließt), wird
von dem Treibblech um die Spuleneinrichtung herum ein geschlossener Strompfad für
einen induzierten Strom ausgebildet. Damit entfällt die bislang erforderliche Kontaktierung
zwischen dem Rahmen und dem Treibblech, wie in der
DE 10 2005 013 539 A1 gezeigt. Verschweißungen zwischen dem Rahmen und dem Treibblech treten nicht mehr
auf, wodurch der Austausch des Treibblechs vereinfacht wird und insbesondere auch
automatisiert werden kann. Ferner entfallen Aufschweißungen am Rahmen, die bislang
ein regelmäßiges Überarbeiten der Rahmenkontaktflächen erforderlich machten.
[0013] Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Rahmen stromlos bleiben kann, woraus
sich neue Gestaltungsmöglichkeiten für den Rahmen ergeben. Bspw. kann der Rahmen mehrteilig
ausgebildet werden, ohne dass eine elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen
Rahmenteilen erforderlich ist. Vor allem kann der Rahmen oder wenigstens ein Rahmenteil
aus einem elektrisch schlecht leitenden oder elektrisch nicht-leitenden Material gebildet
sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Rahmen oder wenigstens ein Rahmenteil
aus einem Holzmaterial, einem Kunststoffmaterial oder aus einem Kunststoffverbundmaterial
gebildet ist. Gegenüber den bislang üblichen Metallrahmen ist ein solcher Rahmen deutlich
leichter und lässt sich somit z. B. beim Austauschen des Treibblechs einfacher handhaben.
Zudem kann ein solcher Rahmen in der Herstellung günstiger sein. Dessen ungeachtet
kann es sich jedoch auch um einen Metallrahmen, bspw. aus einem hochfesten Stahlmaterial,
handeln, womit sehr hohe Kräfte aufgenommen werden können.
[0014] Aufgrund der erfindungsgemäßen Abstützung des Treibblechs zwischen der Spuleneinrichtung
und dem umgebenden Rahmen kann sich, bei Aktivierung der Spule, das Treibblech nur
in dem dafür vorgesehenen Arbeitsbereich verformen, wobei die dort erzeugte Verformung
auf das umzuformende und/oder zu schneidende blechartige Material übertragen wird.
D. h., die im Arbeitsbereich im Treibblech auftretende kinetische Energie wird auf
das zu schneidende blechartige Material übertragen. Die Abstützung des Treibblechs
außerhalb des Arbeitsbereichs wird insbesondere durch dessen flächige Anlage am Rahmen
bewerkstelligt, so dass es sich, trotz gegebener elektromagnetischer Kräfte, nicht
verformen kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Treibblech außerhalb des Arbeitsbereichs
vom Rahmen an die stabile Spuleneinrichtung angedrückt wird und somit quasi zwischen
Rahmen und Spuleneinrichtung eingeklemmt ist.
[0015] Das Treibblech ist aus einem umformbaren und elektrisch leitenden Material von vorzugsweise
geringer Festigkeit gebildet (z. B. Al 99,5). Die Dicke des Treibblechs soll zumindest
wenige Zehntelmillimeter betragen. Nach jedem Umform- und/oder Schneidvorgang muss
das Treibblech ausgetauscht bzw. ausgewechselt werden. Hierfür ist die Spuleneinrichtung
freizulegen, um das Treibblech manuell oder maschinell (bspw. mit Hilfe einer Biegevorrichtung
oder dergleichen) um die Spuleneinrichtung herum anordnen bzw. auf diese aufwickeln
zu können. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die unbenutzten Treibbleche bereits vorgeformt
sind und auf die Spuleneinrichtung quasi aufgestülpt werden.
[0016] Um einen geschlossenen Strompfad zu erhalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die
Endabschnitte des um die Spuleneinrichtung herumgeführten Treibblechs miteinander
elektrisch kontaktiert werden. Diese Kontaktierung kann direkt oder mit einem stromleitenden
Zwischenstück erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kontaktierung durch Verklemmen
der Endabschnitte (Kontaktflansche) erfolgt. Die Kontaktierung der Endabschnitte erfolgt
insbesondere auf der vom Arbeitsbereich abgewandten Seite der Spuleneinrichtung.
[0017] Das Treibblech ist ein Verschleißteil. Um das Austauschen des Treibblechs zu vereinfachen,
kann der Rahmen mehrteilig und insbesondere teilbar ausgebildet sein. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Rahmen zweiteilig ausgebildet ist und zwei insbesondere symmetrisch
ausgebildete Rahmenschenkel umfasst, die vollständig separierbar sind. Die Rahmenteile
des mehrteiligen Rahmens können von wenigstens einer lösbaren mechanischen Verspanneinrichtung
(bspw. einem Zuganker mit Zugschrauben) zusammengehalten werden. Alternativ können
die Rahmenteile auch von wenigstens einer lösbaren hydraulischen oder pneumatischen
Verspanneinrichtung zusammengehalten werden. Ebenso ist die Verwendung wenigstens
einer elektromechanischen Verspanneinrichtungen möglich.
[0018] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur beispielhaft näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Umformwerkzeug mit einer erfindungsgemäßen
Spulenanordnung.
[0019] Das in Fig. 1 gezeigte und insgesamt mit 100 bezeichnete Umformwerkzeug weist eine
Matrize 10 mit einem Formgebungsabschnitt 11 auf. Auf der Matrize 10 liegt ein umzuformendes
blechartiges Material 50 auf, das am Außenrand durch den aufdrückenden Rahmen 30 gegen
die Matrize 10 fixiert ist. Die gewählte Darstellung zeigt das blechartige Material
50 vor dem Umformvorgang. Das Umformwerkzeug 100 weist ferner eine als stabile Baueinheit
ausgebildete Spuleneinrichtung 20 mit einer räumlich ausgebildeten Spule 21 auf (wobei
es sich um eine Ein- oder Mehrwindungsspule handeln kann), die zu drei Seiten vom
Rahmen 30 umgeben ist. Der Bereich zwischen der Spuleneinrichtung 20 und dem Formgebungsabschnitt
11 der Matrize 10 kann als Arbeitsbereich bezeichnet werden, da hier die Umformung
des blechartigen Materials 50 erfolgt, wie nachfolgend noch näher erläutert.
[0020] Erfindungsgemäß ist die Spuleneinrichtung 20 vollständig von einem Treibblech 60
umschlossen. Außerhalb des Arbeitsbereichs ist das Treibblech 60 zwischen der Spuleneinrichtung
20 und dem Rahmen 30 angeordnet und wird von den beiden Rahmenschenkeln 31 und 32
gegen die Spuleneinrichtung 20 angedrückt. Bei elektrischer Aktivierung der Spule
21 in der Spuleneinrichtung 20 wird in dem Treibblech 60 ein Strom induziert, woraus
bekanntermaßen abstoßende elektromagnetische Kräfte zwischen der Spule 21 und dem
Treibblech 60 resultieren. Jedoch wird lediglich im Arbeitsbereich, in dem sich der
Rahmen 30 nicht befindet, eine Umformung des Treibblechs 60 ermöglicht, wobei das
Treibblech 60 infolge des mechanischen Kontakts die Umformung des blechartigen Materials
50 bewirkt, was durch einen Pfeil verdeutlicht ist. Der Rahmen 30 ist stabil ausgeführt,
so dass dieser nicht deformiert wird. Die Umformung ist beendet, wenn das blechartige
Material 50 an der Kontur des Formgebungsabschnitts 11 zur Anlage kommt. Hiernach
wird der Rahmen 30 angehoben und das aus dem blechartigen Material 50 hergestellte
Formteil kann entnommen werden.
[0021] Durch Vorsehen von entsprechenden Prägeelementen im Formgebungsabschnitt 11 sind
Formprägungen im blechartigen Material 50 möglich. Durch Vorsehen von Schneidkanten
im Formgebungsabschnitt 11 kann auch ein Schneiden des blechartigen Materials 50 bewerkstelligt
werden.
[0022] Für einen neuen Umformvorgang muss das Treibblech 60 ausgetauscht werden. Um das
Austauschen zu erleichtern, ist der Rahmen 30 teilbar ausgebildet. In dem gezeigten
Beispiel sind zwei symmetrisch ausgebildete Rahmenschenkel 31 und 32 vorgesehen. Die
Rahmenschenkel 31 und 32 werden von einer lösbaren Verspanneinrichtung 40 zusammengehalten,
wobei die Verspanneinrichtung 40 zwei Spannbacken 41 und 42 aufweist, die die Rahmenschenkel
31 und 32 mit einer definierten Kraft aneinander drücken. Die Verspanneinrichtung
40 kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromechanisch betätigbar
sein, was im Detail nicht dargestellt ist.
[0023] Um einen geschlossenen Strompfad für einen zu induzierenden Strom zu erhalten, ist
vorgesehen, dass die Endabschnitte 61 und 62 des um die Spuleneinrichtung 20 herumgeführten
Treibblechs 60 miteinander elektrisch kontaktiert werden. Das Treibblech 60 wird somit
quasi mit sich selbst kontaktiert. In dem gezeigten Beispiel erfolgt auf der dem Arbeitsbereich
abgewandten Seite der Spuleneinrichtung 20 eine direkte Kontaktierung der Endabschnitte
61 und 62 durch Verklemmen zwischen den Rahmenschenkeln 31 und 32 des Rahmens 30.
Alternativ kann ein Zwischenstück zwischen den Endabschnitten 61 und 62 angeordnet
werden.
Bezugszeichenliste
[0024]
- 10
- Matrize
- 11
- Formgebungsabschnitt
- 20
- Spuleneinrichtung
- 21
- Spule
- 30
- Rahmen
- 31
- Rahmenschenkel
- 32
- Rahmenschenkel
- 40
- Verspanneinrichtung
- 41
- Spannbacke
- 42
- Spannbacke
- 50
- blechartiges Material (Zielblech)
- 60
- Treibblech
- 61
- Endabschnitt / Flansch (des Treibblechs)
- 62
- Endabschnitt / Flansch (des Treibblechs)
- 100
- Werkzeug zur elektromagnetischen Umformung
1. Spulenanordnung für das elektromagnetische Umformen und/oder Schneiden eines blechartigen
Materials (50), mit einer Spuleneinrichtung (20), einem stabilen Rahmen (30), der
die Spuleneinrichtung (20) teilweise umgibt, und einem austauschbaren Treibblech (60),
das in einem Arbeitsbereich zwischen der Spuleneinrichtung (20) und dem umzuformenden
und/oder zu schneidenden blechartigen Material (50) positioniert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spuleneinrichtung (20) von dem Treibblech (60) im Wesentlichen vollständig umschlossen
ist, wobei das dementsprechend räumlich geformte Treibblech (60) außerhalb des Arbeitsbereichs
zwischen der Spuleneinrichtung (20) und dem umgebenden Rahmen (30) angeordnet und
abgestützt ist.
2. Spulenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Endabschnitte (61, 62) des um die Spuleneinrichtung (20) herumgeführten Treibblechs
(60) miteinander elektrisch kontaktiert sind.
3. Spulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rahmen (30) mehrteilig und teilbar ausgebildet ist.
4. Spulenanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rahmenteile (31, 32) des mehrteiligen Rahmens (30) mittels wenigstens einer lösbaren
mechanischen Verspanneinrichtung (40) zusammengehalten sind.
5. Spulenanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rahmenteile (31, 32) des mehrteiligen Rahmens (30) mittels wenigstens einer lösbaren
hydraulischen Verspanneinrichtung (40) zusammengehalten sind.
6. Spulenanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spuleneinrichtung (20) wenigstens eine räumlich ausgebildete Spule (21) aufweist.
7. Spulenanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rahmen (30) oder wenigstens ein Rahmenteil des Rahmens (30) aus einem elektrisch
nicht-leitenden Material gebildet ist.
8. Spulenanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rahmen (30) oder wenigstens ein Rahmenteil des Rahmens (30) aus einem Kunststoffmaterial
oder einem Kunststoffverbundmaterial gebildet ist.
9. Werkzeug (100) für die Blechbearbeitung, insbesondere Umform- und/oder Schneidwerkzeug,
umfassend wenigstens eine Spulenanordnung gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche.
10. Baugruppe, umfassend wenigstens eine Spuleneinrichtung (20) und wenigstens einen Rahmen
(30), wobei diese Spuleneinrichtung (20) und dieser Rahmen (30) für die Verwendung
in einer Spulenanordnung und/oder in einem Werkzeug (100) gemäß einem der vorausgehenden
Ansprüche vorgesehen und entsprechend ausgebildet sind.