DE20013665U1

DE20013665U1 - Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken

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Publication number: DE20013665U1
Application number: DE20013665U
Authority: DE
Original assignee: Mitsubishi International GmbH
Current assignee: Mitsubishi International GmbH
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2010-08-10

Description

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BESCHREIBUNG

Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

&iacgr;&ogr; Vorrichtungen zum Massivumformen metallischer Werkstücke sind in vielfältiger Form bekannt. Insbesondere bei zur Warmumformung bestimmten Vorrichtungen muss das Werkstück vorab auf eine werkstoffspezifische Temperatur gebracht und in Abhängigkeit von seinen metallpysikalischen Eigenschaften ggf. noch einer Wärmebehandlung vor und/oder nach erfolgter Umformung unterzogen werden. Eine solche Nachbehandlung kann in einer reinen Wärmebehandlung bestehen, die z.B. darauf gerichtet ist, Eigenspannung zu beseitigen, Oberflächenstären einzustellen, Gefügeänderungen herbeizuführen usw. Die Nachbehandlung kann jedoch auch in einer Wärmebehandlung bestehen, die mit einer Umformung kombiniert ist. Dies ist beispielsweise bei einem nachfraglichen Richten von Werkstücken der Fall, die mit dem Ziel erfolgt, deren Maßhaltigkeit zu verbessern.

Zur Erwärmung metallischer Werkstücke auf eine gewünschte Behandlungstemperatur sind Verfahren bekannt, bei denen die erforderliche Wärme von einem beispielsweise flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium durch Wärmeleitung auf das Werkstück übertragen wird. Dies führt bei vergleichsweise großvolumigen sowie geometrisch kompliziert gestaltenen Werkstücken infolge des zeitlichen Ablaufs der Wärmeleitung innerhalb des Werkstücks zu unvermeidbaren Temperatur- und Dehnungsdifferenzen sowie hiermit verbundenen mechanischen Spannungen. Eine vergleichsweise inhomogene, insbesondere auf Randzonen beschränkte Erwärmung ergibt sich auch bei

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Verfahren der induktiven Beheizung des Werkstücks in einem Hochfrequenzfeld. Hierzu wird das Werkstück im Regelfall in eine Spule gesetzt, die mit einer elektrischen Spannung von definierter Frequenz und Amplitude beaufschlagt wird, die jedoch an die Gestalt des Werkstücks angepasst sein muss und bei jedem Werkstückwechsel ausgetauscht werden muss. Dies ist mit einem nicht unbeträchtlichen Arbeitsaufwand sowie der Notwendigkeit der Bereithaltung unterschiedlicher Spulen verbunden.

Es ist bekannt, zur Beseitigung des Nachteils der Ausbildung einer inhomogenen Temperaturverteilung über das Werkstück die zu dessen Erwärmung erforderliche Energie aus magnetischen Hystereseverlusten abzuleiten, die innerhalb des Werkstücks dadurch entstehen, dass dieses innerhalb eines geschlossenen Kreises einem magnetischen Wechselfeld von einer, der gewünschten Aufheizzeit und Temperatur angepassten Amplitude und Frequenz ausgesetzt wird. Dies ist insbesondere bei hartmagnetischen, durch hohe Hystereseverlusten gekennzeichneten Werkstoffen anwendbar.

Aus den Fundstellen WO 98/52385 A1 sowie US 5,025,124 sind derartige magnetische Erwärmungsverfahren grundsätzlich bekannt, wobei ein vergleichsweise niederfrequentes magnetisches Wechselfeld von 50 bis 60 Hz benutzt wird. Ein Vorteil dieser magnetischen Erwärmungsverfahren besteht darin, dass infolge der niedrigen Frequenz eine weitestgehend homogene Erwärmung des Werkstücks erreicht wird. Der magnetische Kreis besteht im Wesentlichen aus einem laminierten Blechkern, in dessen Luftspalt das zu behandelnde Werkstück eingebracht wird, wobei der Blechkern mit wenigstens einer Spule versehen ist. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, dass bei einer Änderung des Werkstücks kein Austausch einer Spule erforderlich ist, sofern dafür Sorge getragen ist, dass der Luftspalt an die Abmessungen des Werkstücks angepasst werden kann.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, bei welcher die Verfahrensschritte

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der Erwärmung und Umformung eines Werkstücks in einem im Wesentlichen einheitlichen Verfahrensschritt bzw. nahezu gleichzeitig ablaufen.

Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art dahingehend auszugestalten, dass der mit der Behandlung unterschiedlicher Werkstücke verbundene Umrüstungsaufwand im Vergleich zu den eingangs dargelegten Stand der Technik einfacher gehalten werden kann. Gelöst sind diese Aufgaben bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Wesentlich ist hiernach, dass in einer einheitlichen Vorrichtung ein Umformverfahren, welches durch zwei aufeinander zu bzw. voneinander fort bewegbare Formwerkzeuge gekennzeichnet ist und das Verfahren der magnetischen Erwärmung zusammengefasst werden und dass in einem einheitlichen Arbeitsgang ausgehend von einem kalten Werkstück dieses erwärmt und einer Massivumformung unterzogen werden kann. Die Umformwerkzeuge bilden hierbei Elemente eines magnetischen Kreises, der durch das Werkstück komplettiert wird und der an wenigstens einer Stelle mit einer Spule versehen ist, über die das benötigte magnetische Wechselfeld generiert wird. Dieses Wechselfeld ist im Vergleich zu einer induktiven Erwärmung niederfrequent angelegt und jedenfalls mit der Maßgabe eingelegt, daß Skineffekete weitgehend vermieden werden. In Verbindung mit einer der Spule zugeordneten Steuerung ist über eine Variation der Amplitude sowie der Frequenz des Magnetfeldes eine entsprechende Variation der in dyas Werkstück eingebrachten Energie der Aufheizzeit, der Temperatur und eines Temperaturprogramms möglich, und zwar nach Maßgabe der vor und/oder nach der Umformung ggf. benötigten Wärmebehandlung des Werkstücks. Von besonderem Vorteil ist ferner, dass lediglich die Formwerkzeuge, die unmittelbar mit dem zu behandelnden Werkstück in Wechselwirkung treten, auswechselbar angeordnet sind, wohingegen ein Übergang auf ein anders gestaltetes Werkstück - von den Formwerkzeugen abgesehen - keinerlei konstruktive sonstige Eingriffe in die Vorrichtung im Übrigen notwendig macht. Die mit dem Verfahren der magnetischen Erwärmung

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verbundene homogene Aufheizung des Werkstücks ist insbesondere bei vergleichsweise großvolumigen oder auch kompliziert gestalteten Werkstücken von Vorteil, da - wie an sich bekannt - sich auf diesem Wege durch Temperaturdifferenzen bedingte lokale Spannungen vermeiden lassen. In zeitlicher Hinsieht ergibt sich schließlich insoweit ein Vorteil, als infolge der raschen und homogenen Aufheizung die Vorgänge der Erwärmung des Werkstücks und dessen Umformung nahezu zeitgleich ablaufen können, so dass im Vergleich zu herkömmlichen Arbeitstechniken ein höherer Durchsatz realisierbar ist.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 sind die Formwerkzeuge innerhalb eines Isoliergehäuses aufgenommen, durch welches eine Wärmeisolation zumindest in Umfangsrichtung der Formwerkzeuge gegeben ist. Die konstruktive Ausbildung dieses Isoliergehäuses kann grundsätzlich beliebig vorgenommen werden, soweit durch dieses eine hinreichende Wärmeisolation gegeben ist und soweit eine einfache Handhabbarkeit, insbesondere in Verbindung mit automatisiert arbeitenden Werkzeugwechselvorrichtungen gegeben ist. Die Formwerkzeuge stehen zweckmäßigerweise mit dem Isoliergehäuse in Verbindung, so dass jeweils Baueinheiten, bestehend aus dem Isoliergehäuse und dem in dieses eingesetzten Formwerkzeug einheitlich handhabbar sind. Die Isoliergehäuse müssen darüber hinaus derart beschaffen sein, dass die Funktionen des magnetischen Kreises nicht behindert werden und dass eine möglichst verlustarme Anbindung der Formwerkzeuge an das benachbarte Element des magnetischen Kreises gegeben ist. Ebenfalls zur Verbesserung der automatisierten Handhabbarkeit dieser Baueinheiten dient ein vorrichtungseigenes Klemmsystem, welches zum Zusammenwirken einerseits mit dem Formwerkzeug bzw. dem Isoliergehäuse und einer Werkzeugwechselvorrichtung andererseits bestimmt ist. Wesentlich für dieses Klemmsystem ist, dass der Klemmungs- und damit Arretierungszustand des Werkstücks durch eine möglichst einfache, vorzugsweise geradlinige Bewegung herbeiführbar ist und durch eine vergleichsweise einfache Bewegung auch gelöst werden kann.

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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 sind die Formwerkzeuge übereinander angeordnet, wobei das obere Formwerkzeug mit einem Schlitten in Verbindung steht, der über einen Antrieb zwecks Bewirkung des Umfomvorgangs in Verbindung steht. Das obere Formwerkzeug wird somit in seiner Position durch den genannten Antrieb fixiert und es ist aus Gründen der Arbeitssicherheit für den Fall eines Ausfalls der Energieversorgung des genannten Antriebs ein Sicherheitssystem vorgesehen, durch welches der Schlitten 5 und damit das Formwerkzeug in seiner letzten bzw. oberen Stellung automatisch fixiert wird. Unkontrollierte Bewegungen des Formwerkzeugs sind aus diesem Grunde auszuschließen. Beispielsweise im Falle eines hydraulischen Antriebs für den genannten Schlitten können hier solche Sicherungssysteme eingesetzt werden, bei denen unter Federkraft ein Klemmbolzen bewegt wird, der den Fixierungszustand herbeiführt, wobei der Entriegelungszustand entgegen der Federkraft hydraulisch herbeigeführt werden muss. Der Fixierungszustand bedarf somit keiner äußeren Energiezufuhr.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ist eine Temperaturmesseinrichtung zur Erfassung der Werkstücktemperatur vorgesehen, die regelungstechnisch mit dem Antrieb des einen bzw. oberen Formwerkzeugs mit der Maßgabe verbunden ist, dass in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur die über den Antrieb aufgebrachte Umformkraft steuerbar ist. Zweckmäßig ist die Temperaturmessung mit der Maßgabe angelegt, dass eine durchschnittliche Werkstücktemperatur erfasst wird, die jedenfalls für das Umformverhalten des eingesetzten Werkstoffs charakteristisch ist. In Abhängigkeit von den metallphysikaiischen Eigenschaften des Werkstoffs kann in Verbindung mit einer Steuerung auch ein beliebiges Umformprogramm vorgesehen sein, gemäß welchem der Umformvorgang beispielsweise mit einem Wärmebehandlungsprogramm des Werkstücks stufenweise durchgeführt wird. Die Gewinnung eines, eine repräsentative Temperatur des Werkstücks beschreibenden Messwertes wird dadurch erleichtert, dass infolge der magnetischen Erwärmung eine homogene Durchwärmung des Werkstücks gegeben ist. Insbesondere wird bei dieser Art der Erwärmung vermieden, dass sich Temperaturdifferenzen zwischen Rand-

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und Kernzonen des Werkstücks ausbilden, die erst nach Ablauf definierter Zeitintervalle ausgeglichen sind, so dass eine rasche Gewinnung eines Temperaturmesswertes sichergestellt ist.

Der, durch die wenigsten eine Spule generierte Induktionsfluss soll möglichst verlustarm über die Formwerkzeuge und das Werkstück geführt werden. Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 ist das Formwerkzeug mit einer, eine magnetische Abschirmung bildenden Umhüllung versehen, die in an sich bekannter Weise aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildet ist. Eine

&iacgr;&ogr; Ausbildung von Streufeldern über das Maschinengestell der Vorrichtung wird auf diesem Wege weitestgehend unterbunden. Darüber hinaus muss dafür Sorge getragen werden, dass an den Übergangsstellen zwischen dem Formwerkzeug und den an dieses unmittelbar angrenzenden Elementen des magnetischen Kreises diese Abschirmung gleichermaßen wirksam ist, welches durch Anordnung entsprechender Zwischenschichten aus einem magnetisch abschirmend wirksamen Werkstoff geschehen kann.

Die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 sind auf eine mögliche Ausgestaltung der übrigen Elemente des magnetischen Kreises der Vorrichtung gerichtet. Hiernach bestehen diese Elemente aus laminierten, d.h. elektrisch voneinander isolierten Blechen aus einem magnetisch hoch permeablen Werkstoff. Insbesondere sind zwei horizontale und ein vertikales Kernteil vorgesehen, wobei das vertikale Kernteil zwischen zwei Grenzstellungen beweglich angeordnet ist, und zwar einer ersten Stellung, in der es mit dem horizontalen Kernteilen in Berührung steht und einer zweiten Stellung, in der es von diesem horizontalen Kernteilen entfernt ist. Nachdem das obere Kernteil mit dem eingangs genannten Schlitten in Verbindung steht, wird auf diese Weise eine Bewegung des oberen Kernteils gegenüber dem unteren, welches mit dem Maschinengestell der Vorrichtung in fester Verbindung steht, ermöglicht, ohne dass eine Berührung mit dem vertikalen Kernteil besteht. Dies ermöglicht es, den Umformvorgang durchzuführen, ohne dass eine Berührung mit dem vertikalen Kernteil gegeben ist.

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Die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 sind auf die weitere Ausgestaltung des magnetischen Kreises gerichtet. Hiernach sind sowohl das obere als auch das untere Kemteil mit einer Spule versehen, wobei jede Spule durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet ist und aus mehreren, auf das jeweilige Kernteil aufsteckbaren Spulenscheiben zusammengesetzt ist. Dies ermöglicht im Bedarfsfall in einfacher Weise durch Verändern der Zahl der Spulenscheiben eine dementsprechende Veränderung von Parametern des durch die Spulen generierten Induktionsflusses.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 ist die Vorrichtung mit einer besonderen Hubeinrichtung versehen, die zum Zusammenwirken mit dem unteren Isoliergehäuse einschließlich des in diesem gehaltenen Formwerkzeugs bestimmt ist. Indem dieses auf diesem Wege geringfügig angehoben wird, wird ein Eingriff eines entsprechenden Manipulierorgans einer externen Werkzeugwechseleinrichtung ermöglicht. Weiterhin zur Vereinfachung einer automatisierten Werkzeughandhabung ist vorgesehen, dass das untere und das obere Isoliergehäuse aufeinander setzbar und in dieser Stellung formschlüssig fixierbar sind. Auf diese Weise wird zu einer einheitlichen Handhabung des kompletten Formwerkzeugs und einem raschen Werkzeugwechsel beigetragen.

Der magnetische Kreis ist im Übrigen entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 12 gleichermaßen mit einer magnetischen Abschirmung versehen, so dass der durch die Spulen generierte Induktionsfluss auf dem magnetischen Kreis konzentriert ist, der durch die Formwerkzeuge und das Werkstück komplettiert wird.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 13 bis 15 sind sämtliche, der Vorrichtung zugeordneten Antriebe als druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Einheiten ausgebildet.

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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines Vertikalschnitts durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung entsprechend einer Horizontalebene H-Il der Fig. 1;

Fig. 3 eine Detaildarstellung der im Rahmen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzten Formwerkzeuge.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung besteht global aus einem zum Aufstellen auf einem Boden 2 bestimmten Untergestell 1 und einem tischartigen, mittels vier Führungssäulen 3 mit Abstand oberhalb des Untergestells 1 gehaltenen Obergestell 4.

Mit 5 ist ein, in der Draufsicht rechteckiger Schlitten bezeichnet, der unter Mitwirkung von vier Führungsbuchsen 6 entlang der Führungssäulen 3, somit in Richtung der Pfeile 7 motorisch verschiebbar ist. Zur Verschiebung dient eine hydraulisch beidseitig beaufschlagbare Kolben-Zylindereinheit 8, deren Zylinder an dem Obergestell 4 abgestützt ist und deren Kolbenstange mit dem Schlitten 5 in Verbindung steht. Der Schlitten 5 einerseits und das Untergestell 1 andererseits sind in einer im Folgenden noch zu erläuternden Weise zur Aufnahme jeweils eines oberen und eines unteren Formwerkzeugs 9, 10 eingerichtet.

Das zeichnerisch nicht dargestellte, sich an der Stelle 11, d.h. zwischen dem oberen Formwerkzeug 9 und dem unteren Formwerkzeug 10 befindliche Werkstück bildet ein Element eines magnetischen Kreises, der ausgehend von dem Werkstück über das untere Formwerkzeug 10, ein sich an dieses anschließendes, horizontal gelagertes unteres Kernteil 12, ein rückseitiges, sich vertikal ! ... · ···· ·· .·· ···· : : .: &igr;

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erstreckendes Kernteil 13, ein oberes, wiederum horizontal gelagertes Kernteil 14 und das obere Formwerkzeug 9 geschlossen ist. Die Kernteile sind zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in an sich bekannter Weise aus elektrisch gegeneinander isolierten, sich in Längsrichtung der Kernteile erstreckenden, magnetisch hoch permeablen Blechen zusammengesetzt, wobei die auf diese Weise gebildeten Laminatkerne im Bereich des unteren und des oberen Kernteils 12, 14 durch Spulen 15,16 hindurchgeführt sind, die in zeichnerisch nicht dargestellter Weise mit einer regelbaren Wechselspannungsquelle in Verbindung stehen. Diese Anordnung dient insoweit der Bereitstellung eines magnetischen Wechselfeldes an der Stelle 11 und damit innerhalb des zu behandelnden Werkstücks. Damit der, über die Spulen 15, 16 innerhalb des magnetischen Kreises erzeugte Induktionsfluss möglichst verlustarm das Werkstück erreicht, sind die Elemente dieses Kreises in an sich bekannter Weise gegenüber ihrer Umgebung magnetisch abgeschirmt, beispielsweise durch eine Einfassung, bestehend aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Die Ausbildung unerwünschter Streufelder an anderen Teilen der Vorrichtung und eine hiermit einhergehende Schwächung des magnetischen Nutzfeldes an der Stelle 11 sind somit weitestgehend unterbunden.

Das rückseitige Kernteil 13 ist horizontal bzw. in Richtung der Pfeile 17 beweglich gelagert und es sind zu diesem Zweck beispielsweise zwei geradlinige wirksame Antriebe 18,19 vorgesehen, bei denen es sich um beidseitig druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylindereinheiten oder auch elektrische Stellantriebe handeln kann. Der Zweck dieser Antriebe 18, 19 besteht darin, eine unmittelbare Berührung des Kernteils 13 mit den Kernteilen 12, 14 lediglich während definierter Betriebsphasen der Vorrichtung bereitzustellen, im Übrigen jedoch eine Trennung zwischen diesen Kernteilen herbeizuführen. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu bestimmt, ein Werkstück homogen zu erwärmen und einem Umformprozess zu unterziehen. Es kann sich hierbei allgemein um ein Verfahren des Massivumformens handeln - in Betracht kommt

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jedoch auch eine nachträgliche gestaltende Behandlung von Werkstücken, beispielsweise mit dem Ziel, herstellungsbedingte Verformungen nebst Eigenspannungen zu beseitigen, beispielsweise ein nachträgliches Richten mit dem Ziel, eine gewünschte Maßhaltigkeit des Werkstücks durchzuführen. Dementsprechend sind das obere- und das untere Formwerkzeug 9,10 individuell an die Gestalt des zu bearbeitenden Werkstücks angepasst. Dementsprechend sind auch beide Formwerkzeuge 9, 10 einfach auswechselbar und dem Untergestell 1 bzw. dem Schlitten 5 zu verbinden.

Jedes Formwerkzeug 9, 10 ist in ein Isoliergehäuse 20, 20' eingebunden bzw. steht mit diesem in fester Verbindung, wobei die Isoliergehäuse 20, 20" beider Formwerkzeuge 9,10 untereinander vorzugsweise gleich beschaffen sind. Der Zweck dieser Isoliergehäuse 20, 20' besteht darin, einen Wärmefluss ausgehend von dem Formwerkzeug in seitlicher Richtung auf das Maschinengestell der Vorrichtung weitestgehend zu unterbinden. Es wird im Folgenden zur detaillierteren Beschreibung der Isolationsgehäuse 20, 20' sowie deren Einbindung in das Maschinengestell der Vorrichtung ergänzend auf die Zeichnungsfigur 3 Bezug genommen, in der Funktionselemente, die mit denjenigen der Figuren 1 und 2 übereinstimmen, entsprechend beziffert sind.

So ist mit 21 eine einen Teil des Schlittens 5 bildende Platte bezeichnet, die sich mit Abstand zu einer oberseitigen Abschlussplatte 22 erstreckt. Innerhalb des Zwischenraumes 23 zwischen der Platte 21 und der Abschlussplatte 22 erstreckt sich das Kernteil 14 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3, und zwar mit der Maßgabe, dass es teilweise in einen Schlitz 24 innerhalb der Platte 21 hineinragt.

Mit 25 ist eine Bodenplatte bezeichnet, die den genannten Schlitz 24 symmetrisch beiderseits überdeckt und die die magnetische Anbindung des jeweiligen Formwerkzeugs 9, 10 an das Kernteil 12, 14 bildet. Das eigentliche Isoliergehäuse 20, 20' besteht aus zwei, das Formwerkzeug 9, 10 mit Abstand umgebenden, aus Edelstahlblech hergestellten Wandungen 26, 27, wobei der, durch

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die genannten Wandungen umgrenzte Raum mit einer wärmedämmend wirksamen Substanz ausgefüllt ist, die beispielsweise aus mit Glaskugeln versetzter Keramik oder einer vergleichbare Wärmedämmeigenschaften aufweisenden Substanz besteht. Die Kernteile 12,14 sind in eine, eine magnetische Abschirmung bewirkende Umhüllung 28 aus einem geeigneten Werkstoff eingebunden, welche durch den Schlitz 24 hindurch bis an eine Stelle 29 fortgeführt ist. Die Bodenplatte 25 bildet - in der Zeichenebene der Fig. 3 gesehen in ihren, an den Schlitz 24 seitlich angrenzenden Bereichen eine Stufe, durch welche ein Zwischenraum zwischen der Platte 21 einerseits und derzugekehrten Seite der Bodenplatte 25 andererseits gebildet ist, wobei sich innerhalb dieses Zwischenraums ein diesen ausfüllendes Blech 30 erstreckt. Das Blech 30 wird auf seinen, der Bodenplatte 25 zugekehrten Seiten durch die Umhüllung 28 abgedeckt, so dass in Verbindung mit einer äußerst gering bemessenen Breite des Bleches 30 eine weitestgehende Abschirmung des durch die Kernteile 12,14 entwickelten Magnetfeldes gesehen und die Ausbildung unerwünschter magnetischer Streufelder unterbunden ist. Eine vergleichbare magnetische Abschirmung ist auch dem sich vertikal erstreckenden Kernteil 13 zugeordnet. Es ist somit sichergestellt, dass der, über die Spulen 15, 16 erregte Induktionsfluss auf den genannten magnetischen Kreis, insbesondere die beiden Formwerkzeuge und das zu bearbeitende Werkstück beschränkt ist.

Die Anordnung der unteren 20 und oberen Isoliergehäuse 20' ist identisch, wobei gleiches für die Anordnung des oberen 14 und des unteren Kernteils 12 gilt. Letzteres ist wiederum in einen Schlitz 24 einer Platte 31 eingesetzt, wobei sich das Kernteil 12 im Übrigen innerhalb eines Zwischenraumes 32 zwischen der genannten Platte 31 einerseits und einer unteren Abschlussplatte 33 andererseits erstreckt. Die, mit dem unteren Kernteil 12 in Verbindung stehende Platte 31 bildet einen Pressentisch, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Die Zwischenräume 23, 32 sind insbesondere im Hinblick auf die Bereitstellung einer intensiven Luftkühlung hin bemessen, über welche Wärme abführbar ist, die in den genannten Kernteilen entwickelt wird und die von den Formwerkzeugen her übertragen wird.

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Zwischen den Formwerkzeugen 9,10 einerseits und den zugekehrten Wandungen des Isoliergehäuses 20, 20' andererseits, insbesondere den inneren Wandungen 27 können wiederum magnetische Abschirmungen bildende Schichten 34 angeordnet sein.

Wesentlich ist, dass das jeweilige Formwerkzeug 9, 10 mit der Maßgabe angeordnet ist, dass einerseits eine verlustarme Einbindung in den genannten magnetischen Kreis gegeben ist und andererseits Wärmeverluste während des auf &iacgr;&ogr; das Werkstück ausgeübten Gestaltungsprozesses weitestgehend unterdrückt werden. Darüber hinaus ist sichergestellt, dass unvermeidbar erwärmte Teile der Vorrichtung dahingehend angeordnet sind, dass eine intensive Luftkühlung realisierbar ist.

Mit 35, 36 (Fig. 2) sind Führungsbolzen bezeichnet, die an einander diagonal gegenüberliegenden Stellen des oberen- oder des unteren Formwerkzeugs angeordnet sind, die sich vertikal erstrecken und die zum Zusammenwirken mit entsprechenden Bohrungen des jeweils anderen Formwerkzeugs bestimmt sind, die somit während der Bewegung der Formwerkzeuge aufeinander zu wirksam werden und eine zentrierende Führungswirkung ausüben.

Das untere Isolationsgehäuse 20 ist mit einer Leiste 37 versehen, die die gesamte obere Berandung umgibt und die zum Zusammenwirken mit einer entsprechend komplementär angeordneten und ausgebildeten Nut 37 bestimmt ist, die in die zugekehrte Seite des oberen Isolationsgehäuses 20' eingeformt ist. Zeichnerisch nicht dargestellt sind an dem Schlitten 5 einerseits sowie an dem genannten Pressentisch andererseits angeordnete, automatisch wirksame Klemmeinrichtungen, die der Fixierung der beiden Isolationsgehäuse 20, 20' dienen, die mit den jeweils oberen und unteren Formwerkzeugen 9, 10 in fester Verbindung stehen. Diese automatischen Klemmeinrichtungen erleichtern in Verbindung mit einer mechanisierten Werkzeugwechseleinrichtung einen äußerst einfachen Wechsel des in der Vorrichtung gerade befindlichen Satzes

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an Formwerkzeugen. Infolge der genannten Leiste 37, die mit der Nut 38 in Eingriff bringbar ist, ergibt sich die Möglichkeit einer einfachen mechanisierten Handhabung des gesamten Werkzeugsatzes und damit eine besondere Eignung zur Integration in der Vorrichtung in automatisierte Fertigungsstraßen.

Der mechanisierten Handhabung des Werkzeugsatzes dienen Halterungen 39, die an dem unteren Isolationsgehäuse 20, und zwar in der Nähe dessen oberer Berandung angeordnet sind.

&iacgr;&ogr; Zeichnerisch nicht dargestellt sind Hubeinrichtungen, die mit dem Pressentisch in Verbindung stehen und die dazu bestimmt und angelegt sind, dass untere Isolationsgehäuse 20 nebst eingesetztem Formwerkzeug 10 geringfügig anzuheben, um den Eingriff der genannten Werkzeugwechselvorrichtung zu erleichtern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu bestimmt, ein Werkstück gleichzeitig bzw. mit kurzem zeitlichen Abstand einer Erwärmung und einer Umformung zu unterziehen. Die oberen und unteren Formwerkzeuge 9, 10 sind zu diesem Zweck an das Werkstück angepasst, welches zu einem Teil des magnetischen Kreises wird. Infolge des, das Werkstück durchsetzenden magnetischen Wechselflusses kommt es infolge der hiermit verbundenen Hystereseverluste zu einer raschen und insbesondere homogenen Durchwärmung, die eine anschließende Umformung, beispielsweise ein Richtvorgang ermöglicht, ohne dass es infolge örtlicher Temperaturgradienten zur Erzeugung von auf Temperaturdifferenzen beruhenden Eigenspannungen oder vergleichbaren Störungen kommt. Nachdem die Frequenz des Induktionsflusses und dessen Amplitude erfindungsgemäß steuerbar angelegt sind, sind die Erwärmungszeit gleichermaßen wie die resultierende Temperatur steuerbar, so dass unabhängig von einer Umformung auch zahlreiche weitere, im weitesten Sinne als Wärmebehandlung metallischer Werkstücke anzusehende Arbeitsverfahren durchführbar sind. Zur Bewirkung des Umformungsvorgangs wird die Kolben-Zylindereinheit 8 aktiviert, über welche somit die erforderliche Pressenkraft aufgebracht wird.

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In einem ersten Schritt wird das Werkstück in das zweiteilige Formwerkzeug eingelegt, wobei in einer Anfangsphase das rückseitige Kernteil 13 durch dementsprechende Ansteuerung der Antriebe 18, 10 in Richtung der Pfeile 17 dahingehend bewegt wird, dass keine Berührung mit den Kernteilen besteht. Anschließend wird durch Ansteuerung der Kolben-Zylindereinheit 8 das zweiteilige Formwerkzeug 9,10 mit dem Werkstück beidseitig in Berührung gebracht. Nachdem das Kernteil 13 in Anlage an die beiden Kernteile 12, 14 gebracht und der magnetische Kreis geschlossen ist, wird das magnetische

&iacgr;&ogr; Wechselfeld dahingehend aktiviert, dass in dem Werkstück die gewünschte verfahrensbedingte Temperatur erreicht wird. Zu diesem Zweck werden die Parameter des Magnetfeldes, nämlich dessen Frequenz und dessen Amplitude durch welche die in das Werkstück eingebrachte Energie bestimmt ist, dementsprechend ausgesteuert. Hat das Werkstück die erforderliche Temperatur erreicht, wird wiederum das rückseitige Kemteil 13 in Richtung der Pfeile 17 dahingehend bewegt, dass dieses keinen mechanischen Kontakt mit den Kernteilen 12,14 hat. Es schließt sich der Verformungsvorgang unter Mitwirkung der Kolben-Zylindereinheit 8 an, womit das Arbeitsverfahren beendet ist und das verformte, spannungsfreie Werkstück nach erfolgtem Öffnen des Formwerkzeugs 9, 10 entnommen werden kann. Die zwischen den Formwerkzeuge wirksame Umformkraft wird somit über die Kolben-Zylindereinheit 8 aufgebracht und über den Pressentisch und das Obergestell 4 aufgenommen.

Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass sie auf faktisch beliebig gestaltete Werkstücke anwendbar ist, die unter Wärmeeinfluss einer Umformung bedürfen, bei denen infolge einer komplizierten Gestaltung im Ausgangszustand beispielsweise Schweißeigenspannungen infolge einer inhomogenen Abkühlung vorhanden waren und die ansonsten einer dementsprechend aufwendigen Wärmebehandlung bedürfen, um einen Richtvorgang oder dergleichen durchführen zu können. Die auswechselbaren Teile der Vorrichtung sind praktisch auf das Formwerkzeug beschränkt, so dass eine rasche Umrüstung der Vorrichtung auf anders gestaltete Werkstücke möglich ist. Hier-

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auf beruht auch die besondere Eignung dieser Vorrichtung zur Bearbeitung vergleichsweise kleiner Werkstückserien.

Claims

1. Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken, bestehend aus zwei, aufeinander zu bzw. in Gegenrichtung hierzu in einem Maschinengestell bewegbaren, an das zu behandelnde Werkstück angepassten Formwerkzeugen (9, 10) sowie einem Antrieb für die Formwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (9, 10) Elemente eines magnetischen Kreises bilden, der über wenigstens eine Spule (15, 16) mit einem magnetischen Wechselfeld von einstellbarer Frequenz und Amplitude beaufschlagbar ist und dass die Formwerkzeuge (9, 10) auswechselbar in dem Maschinengestell aufgenommen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (9, 10) zumindest umfangsseitig wärmeisolierend in jeweiligen Isoliergehäusen (20, 20') aufgenommen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (9, 10) zusammen mit den Isoliergehäusen (20, 20') einheitlich handhabbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zum Zusammenwirken mit dem Formwerkzeug (9, 10) bzw. dem Isoliergehäuse (20, 20') einerseits und einer Werkzeugwechseleinrichtung andererseits bestimmtes vorrichtungseigenes Klemmsystem.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (9, 10) vertikal übereinander angeordnet sind, wobei das obere Formwerkzeug (9) mit einem Schlitten (5) in Verbindung steht, dass der Schlitten (5) mit dem genannten Antrieb in Wirkverbindung steht und dass ein den Schlitten (5) in seiner letzten bzw. oberen Stellung bei einem Ausfall der Energieversorgung für den genannten Antrieb automatisch fixierendes Sicherungssystem vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Messung der Temperatur des Werkstücks vorgesehen ist und dass die über den genannten Antrieb aufgebrachte Umformkraft nach Maßgabe der Temperatur des Werkstücks regelbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9, 10) zumindest an seinen, in unmittelbarer Berührung mit dem Maschinengestell stehenden Stellen, mit einer, eine magnetische Abschirmung bildenden Umhüllung (29) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis zumindest aus einem vertikal (13) und zwei horizontal (12, 14) orientierten, aus laminierten Blech gebildeten Kernteilen besteht und durch die Formwerkzeuge sowie das Werkstück komplettiert wird, dass das vertikale Kernteil (13) mittels eines Antriebs zwischen einer oberseitig an dem oberen (14) und unterseitig an dem unteren Kernteil (12) anliegenden Stellung einerseits und einer von den oberen und unteren Kernteilen (12, 14) entfernt gelegenen Stellung andererseits bewegbar ist und dass das obere Kernteil (14) mit dem Schlitten (5) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Kernteil (12, 14) jeweils mit einer Spule (16, 15) versehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (15, 16) modular aus auf das jeweilige Kernteil (12, 14) aufsteckbaren Spulenscheiben zusammengesetzt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 10, gekennzeichnet durch eine, dem unteren Isoliergehäuse (20) zugeordnete Hubeinrichtung, die zum Erleichtern des Zusammenwirkens mit einer Werkzeugwechseleinrichtung bestimmt und eingerichtet ist und dass das untere und das obere Isoliergehäuse (20, 20') aufeinander setzbar und in dieser Stellung formschlüssig fixierbar sind, so dass eine einheitliche Handhabung des Formwerkzeugs (9, 10) möglich ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte magnetische Kreis bis auf die einander zugekehrten Seiten der Formwerkzeuge (9, 10) in eine, eine magnetische Abschirmung gegenüber dem Maschinengestell bildende Umhüllung eingebunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Formwerkzeugs (9, 10) durch eine Kolben-Zylindereinheit (8) gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für das vertikale Kernteil (13) durch wenigstens eine Kolben-Zylindereinheit gebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb für die Hubeinrichtung durch wenigstens eine Kolben-Zylindereinheit gebildet ist.