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DE102017001528A1 - Formwerkzeug - Google Patents

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DE102017001528A1
DE102017001528A1 DE102017001528.7A DE102017001528A DE102017001528A1 DE 102017001528 A1 DE102017001528 A1 DE 102017001528A1 DE 102017001528 A DE102017001528 A DE 102017001528A DE 102017001528 A1 DE102017001528 A1 DE 102017001528A1
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DE
Germany
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cooling
mold
thermal insulation
heating
die
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017001528.7A
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English (en)
Inventor
Sven Jansen
Robert Canti
Ludwig Schaller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug (34, 40, 60), umfassend wenigstens einen formgebenden Oberflächenbereich (12) mit wenigstens einer unter Teilbereichen des Oberflächenbereiches (12) vorgesehenen lokal begrenzten Kühl- (14, 46, 68) oder Erhitzungszone (16, 44, 48, 66). Die Kühl- (14, 46, 68) oder Erhitzungszone (16, 44, 48, 66) ist zumindest an einer ihrer seitlichen Begrenzungen (18, 20) von einem thermischen Isolationsbereich (30, 56, 58, 70, 72) umgeben. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Warmumformen einer Platine (32) und ein Verfahren zum Druckguss mit einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug (34, 40, 60) sowie ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs (34, 40, 60).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug, umfassend wenigstens einen formgebenden Oberflächenbereich mit wenigstens einer unter Teilbereichen des Oberflächenbereiches vorgesehenen lokal begrenzten Kühl- oder Erhitzungszone.
  • Es ist bekannt, dass zur Herstellung von Formteilen, beispielsweise A-, B-, C- oder D-Säulen von Automobilkarosserien, Platinen umgeformt werden. Das Material einer solchen Platine kann ein speziell legierter Stahl wie z.B. 22MnB5 sein, wobei die Platine in erhitztem Zustand mit einer Temperatur im Bereich von beispielsweise 900°C einem entsprechenden Form- beziehungsweise Umformwerkzeug zugeführt und dort zu dem gewünschten Formteil umgeformt wird. Ein Formwerkzeug für Platinen ist zumeist eine Presse mit oberem und unterem Form- beziehungsweise Umformwerkzeug, welche in einem Pressenhub gegeneinander bewegbar sind und dabei die dazwischen befindliche Platine umformen.
  • Eine Kühlung eines Formwerkzeuges führt aufgrund der damit verbundenen schnelleren Abkühlung der erhitzten Platine zu einer hohen Festigkeitssteigerung des daraus entstandenen Formteils. Die resultierenden Materialeigenschaften - wie zum Beispiel Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung - der Formteile hängen von den lokalen Abkühlbedingungen im Prozess ab und werden somit von der Werkzeugtemperatur beeinflusst.
  • Aufgrund vielfältiger Anforderungen an Karosseriestrukturbauteile können Formteile mit Zonen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften gewünscht sein, beispielsweise:
    • • Zonen mit höchster Festigkeit für hohe Crashsicherheit,
    • • weiche, duktile Zonen für gezielte Verformung im Crashfall,
    • • lokal weiche Zonen für Fügeoperationen im Karosseriebau (z.B. Stanznieten).
  • Um ein Formteil mit Zonen von gezielt angepassten mechanischen Eigenschaften herzustellen, ist demgemäß ein Formwerkzeug erforderlich, welches Zonen mit unterschiedlicher Kühlung beziehungsweise auch Erwärmung aufweist. Hierbei ist es erwünscht, die Übergangsbereiche zwischen Zonen mit verschiedener Kühlung beziehungsweise Erwärmung möglichst gering zu halten, beispielsweise im Bereich von weniger als 20mm.
  • Ähnliche Anforderungen an die Kühlung eines Formwerkzeuges ergeben sich auch beim Herstellen von Formteilen mittels des Druckgießverfahrens. Beim Druckgießen wird eine heiße Schmelze, beispielsweise eine Aluminiumlegierung, in den Formhohlraum einer temperierten Druckgießform eingeschossen, welche ebenfalls ein gegebenenfalls mehrteiliges Formwerkzeug darstellt. Die Oberfläche des Formhohlraums ist hierbei als formgebender Oberflächenbereich anzusehen.
  • Eine definierte Werkzeugtemperatur ist entscheidend für den Gießprozess und die Qualität des dadurch hergestellten Form- oder Gussteiles. Zunächst ist das Formwerkzeug beziehungsweise die Druckgießform ausreichend zu erhitzen, um eine einwandfrei Füllung des Formhohlraums ohne eine vorzeitige Erstarrung der Schmelze zu gewährleisten.
  • Darüber hinaus ist eine hohe Abkühlgeschwindigkeit der mit der Schmelze gefüllten Druckgießform zu gewährleisten, um die Zykluszeiten im Prozess möglichst gering zu halten. Die Qualität der Form- beziehungsweise Gussteile hängt maßgeblich von deren gleichmäßiger Abkühlung ab, ansonsten können beispielsweise Lunker, Porositäten oder ein Verzug auftreten. Hierbei ist die Temperatur der formgebenden Oberfläche möglichst homogen zu halten.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken eines typischen Form- beziehungsweise Druckgussteils, welche beispielsweise im Bereich von 2-10 mm mit lokalen Materialanhäufungen liegen, erfolgt während des Abkühlprozesses ein lokal unterschiedlich hoher Energieeintrag in das Formwerkzeug beziehungsweise in die Druckgießform.
  • Um dennoch eine definierte Temperatur und gleichmäßige Abkühlbedingungen sicherzustellen, muss die Temperierung einer Druckgießform lokal stark unterschiedlich ausgelegt werden. Dies kann ein zonenweises Beheizen bzw. Kühlen innerhalb eines Formwerkzeuges beziehungsweise einer Druckgießform erfordern. Auch hier kann es erforderlich sein, dass Zonen mit unterschiedlicher Temperierung sehr nahe beieinander liegen und eine scharfe thermische Zonentrennung erwünscht ist, ansonsten erfolgt eine unerwünschte Wärmeleitung zwischen aneinandergrenzenden Temperierzonen.
  • Dies kann entweder zur Folge haben, dass die Zieltemperaturen im Übergangsbereich der Zonen nicht erreicht werden oder aber auch, dass der Energiebedarf zum Temperieren der Zonen aufgrund von Wärmeverlusten unverhältnismäßig gesteigert wird.
  • Das Patentdokument DE 20 2013 103764 U1 offenbart eine Temperierstation zur Eingliederung in eine Warmformlinie zum Warmumformen und Presshärten von metallischen Bauteilen, wobei die Temperierstation einen Induktor als Wärmequelle aufweist und mittels der Temperierstation in dem Bauteil Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen einstellbar sind. Ein Unterwerkzeug und/oder ein Oberwerkzeug weist mindestens einen Flächeninduktor auf und auf dem Flächeninduktor ist eine Temperierplatte zur Aufnahme des zu erwärmenden Bauteils angeordnet, wobei in der Temperierplatte mindestens ein Kühlkanal zur Durchleitung eines gasförmigen Kühlmediums angeordnet ist, so dass zwei Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen einstellbar sind.
  • Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Übergangsbereich zwischen aneinandergrenzenden unterschiedlich temperierten Bereichen des formgebenden Oberflächenbereiches unvorteilhaft groß ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Formwerkzeug bereitzustellen, welches einen besonders kleinen Übergangsbereich zwischen einer Kühl- oder Erhitzungszone sowie einem daran angrenzenden Teilbereich des formgebenden Oberflächenbereiches aufweist, wobei der Energiebedarf für die Temperierung der Zonen möglichst gering zu halten ist. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, entsprechende Herstellungsverfahren sowie ein mittels des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs hergestelltes Formteil anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Formwerkzeug der eingangs genannten Art. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl- oder Erhitzungszone zumindest an einer ihrer seitlichen Begrenzungen von einem thermischen Isolationsbereich umgeben ist.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht darin, zwischen aneinandergrenzenden Zonen mit unterschiedlicher Temperierung einen thermischen Isolationsbereich vorzusehen, durch welchen ein Temperaturausgleich beziehungsweise eine Wärmeleitung zwischen aneinander grenzenden Zonen unterschiedlicher Temperatur im Vergleich zu unmittelbar aneinandergrenzen Zonen reduziert wird. Eine derartiger thermischer Isolationsbereich kann im Minimalfall eine einzige temperierte, also gekühlte oder beheizte Zone, von einem nicht temperierten restlichen Bereich der formgebenden Oberfläche trennen. Hierbei wird sowohl eine scharfkantige Zonentrennung erreicht als auch unnütze Wärmeverluste beim Temperieren vermieden. Der Begriff einer Kühlzone beziehungsweise Erhitzungszone ist hierbei weit auszulegen und soll letztendlich im Wesentlichen eine Temperaturdifferenz zwischen zwei benachbarten Zonen zum Ausdruck bringen.
  • Der formgebende Oberflächenbereich des Formwerkzeugs selber weist eine gewisse Materialdicke auf, beispielsweise im Bereich von 2mm bis 5mm, wobei hier eine Kontaktseite für den direkten Kontakt mit dem umzuformenden Werkstück und eine davon abgewandte Seite vorgesehen ist. Die eigentlichen Temperierungszonen sind unter dem formgebenden Oberflächenbereich, also auf der der Kontaktseite des formgebenden Oberflächenbereiches abgewandten Seite vorgesehen.
  • Eine Temperierung einer Zone des formgebenden Oberflächenbereiches erfolgt letztendlich durch einen Temperaturausgleich beziehungsweise eine Wärmeleitung von der eigentlichen Kühl- oder Erhitzungszone durch das Material des formgebenden Oberflächenbereiches. Ein Kühl- oder Erhitzungszone kann Materialdicken im Bereich von wenigen bis vielen Zentimetern aufweisen, beträgt also deutlich mehr als die Materialdicke des formgebenden Oberflächenbereiches.
  • Der Hintergrund für die notwendige Materialdicke des formgebenden Oberflächenbereiches liegt einerseits darin, dass dieser keine Diskontinuitäten aufweisen darf, welche dann auf das umzuformende Werkstück übertragen würden. Ein thermischer Isolationsbereich, welcher einen Teil des formgebenden Oberflächenbereiches darstellt, würde eine Diskontinuität darstellen. Aus thermischen Gründen, um nämlich einen Temperaturausgleich beziehungsweise eine Wärmeleitung zwischen aneinandergrenzenden Zonen so gering wie möglich zu halten, ist die Materialdicke des formgebenden Oberflächenbereiches allerdings so gering wie möglich zu halten.
  • Auf der anderen Seite stellt ein thermischer Isolationsbereich beziehungsweise eine Puffergeometrie eine mechanische Schwächung des Formwerkzeuges gegenüber der sonst üblichen Ausführung aus einem durchgängigen Vollmaterial dar. Ein typischer Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug ist ein Presswerkzeug, wobei in der Regel ein oberes und ein unteres Presswerkzeug vorhanden sind, welche in der Form ihrer formgebenden Oberflächen aufeinander abgestimmt sind und bevorzugter Weise beide als erfindungsgemäßes Formwerkzeug ausgestaltet sind. Je nach Anwendungsgebiet des Formwerkzeugs, beispielsweise beim Pressen, treten erhebliche Kräfte auf, welche auf die formgebenden Oberflächenbereiche einwirken. Diese sind deshalb derart zu dimensionieren, dass sie den maximal zu erwartenden Belastungskräften standhalten.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs weist der thermische Isolationsbereich eine Waben-/ Schwamm-/ Gitter- oder andere poröse Struktur auf, so dass dieses zumindest im Vergleich zu einem entsprechenden Vollmaterial thermisch isolierendend wirkt.
  • Der besondere Vorteil einer solchen Struktur besteht darin, dass diese neben ihren gewünschten thermisch isolierenden Eigenschaften zu einer erhöhten Stabilität des Formwerkzeugs beiträgt, also die mechanische Schwächung des Formwerkzeugs durch den thermischen Isolationsbereich zumindest gemindert wird. Wabenstrukturen beispielsweise sind dafür bekannt, dass sie bei geringem Materialbedarf eine erhebliche mechanische Belastbarkeit aufweisen. Als Material für eine derartige Struktur kann beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet werden, in vorteilhafter Weise auch genau dasjenige Material, aus dem das Formwerkzeug als solches gefertigt ist.
  • Eine Krafteinwirkung auf die formgebende Oberfläche eines Formwerkzeuges während eines Umformprozesses ist häufig senkrecht zur jeweiligen Flächennormalen, so dass eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des thermischen Isolationsbereiches eine näherungsweise senkrecht zur Oberflächennormalen verlaufende Wabenstruktur sein kann. Als Konsequenz der erhöhten mechanischen Stabilität des thermischen Isolationsbereiches beziehungsweise des Pufferbereiches kann die Materialdicke des darüber befindlichen formgebenden Oberflächenbereiches in vorteilhafter Weise reduziert werden, wodurch eine verbesserte thermische Isolation zwischen aneinandergrenzenden unterschiedlich temperierten Zonen erreicht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs weist der thermische Isolationsbereich Hohlräume. auf, welche mit Luft- bzw. Gas gefüllt oder evakuiert sind. Hierdurch wird eine Wärmeleitung durch den thermischen Isolationsbereich beziehungsweise durch die Puffergeometrie weiter reduziert.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform des Formwerkzeuges weisen dessen Kühl- und/oder Erhitzungszonen Kühl- beziehungsweise Heizkanäle auf, welche unterhalb der formgebenden Oberfläche angeordnet sind. Diese sind vorzugsweise von einem Wärmetauschermedium durchströmt, welches entfernt von dem Formwerkzeug temperiert wird, beispielsweise in einem nebenstehenden Aggregat. Somit lässt sich ein hoher Energieeintrag von oder zu einem Werkstück auf einem kleinen Oberflächenraum erreichen. Selbstverständlich sind auch andere Methoden einer Temperierung möglich, beispielsweise eine induktive Erwärmung von Teilbereichen der formgebenden Oberfläche.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs ist dieses - und insbesondere der thermische Isolationsbereich - mittels eines additiven Verfahrens (3D Druck) hergestellt worden. Ein solches Verfahren ermöglicht eine völlige mechanische Integration des thermischen Isolationsbereiches beziehungsweise des Pufferbereiches in das Formwerkzeug. Idealerweise wird für den Pufferbereich dasselbe Material verwendet wie für das Formwerkzeug an sich. So geht der Randbereich einer temperierbaren Zone direkt über in einen beispielsweise porösen Bereich eines thermischen Isolationsbereiches, ohne eine Klebeverbindung oder dergleichen. Auch ergeben sich durch einen 3D Druck deutlich mehr Gestaltungsfreiheiten bei der Form eines thermischen Isolationsbereiches, so dass weitere Optimierungsvarianten erschlossen werden können.
  • Darüber hinaus kann auch der materialdickenbehaftete formgebende Oberflächenbereich direkt in eine darunter befindliche temperierte Zone oder eine darunter befindlichen thermischen Isolationsbereich übergehen, ohne dass eine Diskontinuität im Material auftreten würde, beispielsweise eine Klebestelle. Hierdurch wird letztendlich die mechanische Stabilität eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs gestärkt beziehungsweise bei gegebener geforderter Stabilität eine verbesserte thermische Isolation zwischen zwei aneinander grenzenden unterschiedlich temperierten Zonen erreicht.
  • Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Formwerkzeug in vorteilhafter Weise aus einem Metall gefertigt. Ein Metall oder eine Metalllegierung weisen gute mechanische Eigenschaften auf und sind auch für hohe Temperaturen geeignet, wie sie während eines Umformprozesses auftreten. Zudem ist ein Metall auch in hervorragender Weise als Ausgangsmaterial für einen 3D Druck geeignet.
  • Eine besondere Variante des Formwerkzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass - unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften des thermischen Isolationsbereichs - die Materialdicke des Oberflächenbereiches oberhalb des thermischen Isolationsbereiches derart dimensioniert ist, dass einerseits eine für die mechanischen Anforderungen genügend hohe Festigkeit gegeben ist, andererseits aber ein Wärmeaustausch zwischen den Kühl- und/oder Erhitzungszonen möglichst gering ist.
  • Je geringer die Materialdicke des formgebenden Oberflächenbereiches oberhalb eines thermischen Isolationsbereiches ist, desto geringer ist ein ungewollter Wärmeaustausch zwischen den daran angrenzenden Zonen. Eine geringe Materialdicke wird einerseits durch eine geringe erwartete mechanische Belastung begünstigt, für welche der formgebende Oberflächenbereich ausgelegt sein muss. Eine geringe Materialdicke wird aber auch dadurch begünstigt, dass der thermische Isolationsbereich verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist, beispielsweise eine Waben-/ Schwamm-/ Gitter- Struktur, so dass sich im mechanischen Zusammenspiel für die Materialdicke des formgebenden Oberflächenbereiches ein geringerer Wert ergibt.
  • In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs ist dieses eine Druckgießform mit einem Formhohlraum. Der Formhohlraum ist hierbei durch die formgebenden Oberflächen von Kavitäten typischerweise zweier lösbar miteinander verbundener Formhälften beziehungsweise Formwerkzeugen gebildet. Jedes der für die Druckgießform verwendeten Formwerkzeuge ist idealerweise ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug. Die während eines Umform- beziehungsweise Gießprozesses auf eine Druckgießform einwirkenden mechanischen Kräfte sind normalerweise deutlich geringer als bei einem Pressvorgang mit einem erfindungsgemäßen Formwerkzeug, die Anforderungen an die thermische Isolation benachbarter unterschiedlich temperierter Zonen jedoch die gleichen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Warmumformen einer Platine, umfassend folgende Schritte:
    • • Bereitstellen wenigstens eines erfindungsgemäßen Form- beziehungsweise Umformwerkzeugs,
    • • Temperieren von aneinandergrenzenden Kühl- und/oder Erhitzungszonen des wenigstens einen Form- beziehungsweise Umformwerkzeugs auf unterschiedliche Temperaturen,
    • • Warmumformen der Platine mittels des wenigstens einen Form- beziehungsweise Umformwerkzeugs, wobei entsprechend den unterschiedlich temperierten aneinandergrenzenden Kühl- und/oder Erhitzungszonen verschiedene Materialeigenschaften der umgeformten Platine erzeugt werden.
  • Die sich aus einer scharfen thermischen Grenze zwischen zwei unterschiedlich temperierten Zonen der formgebenden Oberfläche des Form- beziehungsweise Umformwerkzeugs ergebenden Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die aus umgeformten Platinen entstandenen Formteile sehr zonengenau mit entsprechenden Materialeigenschaften in den jeweiligen Zonen hergestellt werden können. Dies ist beispielsweise für das Crashverhalten einer A-, B-, C- oder D- Säule einer Automobilkarosserie von Bedeutung.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Druckgießen, umfassend folgende Schritte:
    • • Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs, wobei dies als gegebenenfalls mehrteilige Druckgießform ausgeprägt ist,
    • • Temperieren von aneinandergrenzenden Kühl- und/oder Erhitzungszonen des Formwerkzeuges auf unterschiedliche Temperaturen,
    • • Einfüllen einer Schmelze in die Druckgießform,
    • • Abkühlen der Schmelze.
  • Die Vorteile, die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben, bestehen insbesondere in einer gleichmäßigen Abkühlung eines gegossenen Formteils in dem Formhohlraum der Druckgießform, auch wenn dieses lokal stark unterschiedliche Materialdicken aufweist. Hierdurch wird die Qualität des Formteils verbessert. Zudem zeichnet sich das Verfahren durch kurze Prozesszeiten aus.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Formteil welches unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Formwerkzeuges mittels des erfindungsgemäßen Verfahren zum Warmumformen einer Platine oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Druckguss hergestellt wurde. Die sich für ein jeweiliges Formteil ergebenden Vorteile wurden schon zuvor erläutert.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeuges, umfassend folgenden Schritt:
    • • Drucken des Formwerkzeuges mittels eines 3D Druckers.
  • Die einstückige Herstellung eines erfindungsgemäßen Formwerkzeuges mittels 3D Druck, beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, ermöglicht eine sehr höhe mechanische Stabilität im Vergleich zu einer mehrstückigen Ausführung aus mehreren zusammengesetzten Bauteilen.
  • Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • 1 ein exemplarisches erstes Formwerkzeug mit umgeformter Platine,
    • 2 ein exemplarisches zweites Formwerkzeug sowie
    • 3 ein exemplarisches drittes Formwerkzeug.
  • 1 zeigt ein exemplarisches erstes Formwerkzeug 34 mit einer darauf befindlichen umgeformten Platine 32 in einer seitlichen Schnittansicht 10. Für den eigentlichen Umformprozess der Platine 32 ist noch ein weiteres von oben wirkendes Formwerkzeug erforderlich, welches in dieser Fig. jedoch nicht gezeigt ist. Die Kontaktfläche des Formwerkzeuges 34 mit der umgeformten Platine 32 ist als formgebender Oberflächenbereich 12 gekennzeichnet.
  • Das Formwerkzeug 34 weist einen linken Bereich mit einer Kühlzone 14 und einen rechten Bereich mit einer Erhitzungszone 16 auf, welche jeweils mit einer ihrer beiden seitlichen Begrenzungen 18, 20 an einen thermischen Isolationsbereich 30 angrenzen, welcher als poröse Struktur aus einem Metall gefertigt ist und die beiden Zonen 14, 16 thermisch voneinander trennt.
  • Die Kühlzone 14 weist einen Kühlkanal 22 auf, welcher oberflächennah unter dem formgebenden Oberflächenbereich 12 verläuft und welcher von einem Kühlmittel 26 durchströmt ist. In Analogie weist die Erhitzungszone 16 einen von einem Heizmittel durchströmten Heizkanal 24 auf. Die Kanäle 22, 24 sind als Bohrungen durch ein metallisches Vollmaterial ausgebildet.
  • 2 zeigt ein exemplarisches zweites Formwerkzeug 40 in einer Schnittansicht auf dessen formgebenden Oberflächenbereich 42, welcher seinerseits eine erste Erhitzungszone 44, eine Kühlzone 46 sowie eine zweite Erhitzungszone 48 aufweist. Die Erhitzungszonen 44, 48 sind durchzogen von mehreren parallelen Heizkanälen 50, 54 und die Kühlzone ist durchzogen von mehreren parallelen Kühlkanälen 52. Um einen Wärmeübergang zwischen den verschiedenen Zonen 44, 46, 48 zu unterbinden beziehungsweise zu reduzieren sind diese durch jeweilige thermische Isolationsbereiche 56, 58 voneinander getrennt.
  • 3 zeigt ein exemplarisches drittes Formwerkzeug 60 in einer Schnittansicht. Das Formwerkzeug 60 ist als Druckgießform 62 ausgeführt, weist also eine innere Kavität beziehungsweise einen Formhohlraum 64 auf, welcher währende eines Umformvorganges mit einer Schmelze aus beispielsweise flüssigem Aluminium gefüllt wird. Die Oberfläche des Formhohlraums 64 stellt den formgebenden Oberflächenbereich des Formwerkzeuges 60 dar. Das Formwerkzeug 60 weist eine von Heizkanälen 74 durchsetzte Erhitzungszone 66 sowie eine von Kühlkanälen 76 durchsetzte Kühlzone 68 auf. Die Erhitzungszone 66 und die Kühlzone 68 sind mittels thermischer Isolationsbereiche 70, 72 thermisch voneinander isoliert. Typischerweise weist das als Druckgießform 62 ausgeprägte Formwerkzeug 60 mehrere Werkzeugteile beziehungsweise zwei Formhälften auf, die während des Gießprozesses lösbar miteinander verbunden sind, so dass ein gegossenes Formteil der danach zerlegten Druckgießform 62 entnommen werden kann. Eine Zerlegbarkeit der Druckgießform 62 ist in der Figur jedoch nicht dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    exemplarisches erstes Formwerkzeug mit umgeformter Platine
    12
    formgebender Oberflächenbereich
    14
    Kühlzone
    16
    Erhitzungszone
    18
    seitliche Begrenzung von Kühlzone
    20
    seitliche Begrenzung von Erhitzungszone
    22
    Kühlkanal von Kühlzone
    24
    Heizkanal von Erhitzungszone
    26
    Kühlmittel in Kühlkanal
    28
    Heizmittel in Heizkanal
    30
    thermischer Isolationsbereich
    32
    umgeformte Platine
    34
    exemplarisches erstes Formwerkzeug
    40
    exemplarisches zweites Formwerkzeug
    42
    formgebender Oberflächenbereich
    44
    erste Erhitzungszone
    46
    Kühlzone
    48
    zweite Erhitzungszone
    50
    Heizkanal von erster Erhitzungszone
    52
    Kühlkanal von Kühlzone
    54
    Heizkanal von zweiter Erhitzungszone
    56
    erster thermischer Isolationsbereich
    58
    zweiter thermischer Isolationsbereich
    60
    exemplarisches drittes Formwerkzeug
    62
    Druckgießform
    64
    Formhohlraum
    66
    Erhitzungszone
    68
    Kühlzone
    70
    erster thermischer Isolationsbereich
    72
    zweiter thermischer Isolationsbereich
    74
    Heizkanal von Erhitzungszone
    76
    Kühlkanal von Kühlzone
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202013103764 U1 [0012]

Claims (13)

  1. Formwerkzeug (34, 40, 60), umfassend wenigstens einen formgebenden Oberflächenbereich (12) mit wenigstens einer unter Teilbereichen des Oberflächenbereiches (12) vorgesehenen lokal begrenzten Kühl- (14, 46, 68) oder Erhitzungszone (16, 44, 48, 66), dadurch gekennzeichnet. dass die Kühl- (14, 46, 68) oder Erhitzungszone (16, 44, 48, 66) zumindest an einer ihrer seitlichen Begrenzungen (18, 20) von einem thermischen Isolationsbereich (30, 56, 58, 70, 72) umgeben ist.
  2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des formgebenden Oberflächenbereiches (12) wenigstens zwei Kühl- (14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) vorgesehen sind, welche aneinandergrenzen und durch einen thermischen Isolationsbereich (30, 56, 58, 70, 72) voneinander getrennt sind.
  3. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermischer Isolationsbereich (30, 56, 58, 70, 72) eine Waben-/ Schwamm-/ Gitter- oder andere poröse Struktur aufweist, so dass dieses zumindest im Vergleich zu einem entsprechenden Vollmaterial thermisch isolierendend wirkt.
  4. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Isolationsbereich (30, 56, 58, 70, 72) Hohlräume aufweist, welche mit Luft- bzw. Gas gefüllt oder evakuiert sind.
  5. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl- (14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) Kühl- (26, 52, 76) beziehungsweise Heizkanäle (24, 50, 54, 74) aufweisen.
  6. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mittels eines additiven Verfahrens (3D Druck) hergestellt wurde.
  7. Formwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einem Metall gefertigt ist.
  8. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften des thermischen Isolationsbereichs (30, 56, 58, 70, 72) - die Materialdicke des Oberflächenbereiches (12) oberhalb des thermischer Isolationsbereiches (30, 56, 58, 70, 72) derart dimensioniert ist, dass einerseits eine für die mechanischen Anforderungen genügend hohe Festigkeit gegeben ist, andererseits aber ein Wärmeaustausch zwischen den Kühl- (14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) möglichst gering ist.
  9. Formwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Druckgießform (62) mit einem Formhohlraum (64) ist.
  10. Verfahren zum Warmumformen einer Platine (32), gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Bereitstellen eines Formwerkzeugs (34, 40) nach einem der Ansprüche 1-8, • Temperieren von aneinandergrenzenden Kühl- (14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) auf unterschiedliche Temperaturen, • Warmumformen der Platine (32) mittels des Formwerkzeugs (34, 40), wobei entsprechend den unterschiedlich temperierten aneinandergrenzenden Kühl-(14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) verschiedene Materialeigenschaften der umgeformten Platine (32) erzeugt werden.
  11. Verfahren zum Druckgießen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Bereitstellen eines Formwerkzeugs (60) nach Anspruch 9, wobei dies als Druckgießform (62) ausgeprägt ist, • Temperieren von aneinandergrenzenden Kühl- (14, 46, 68) und/oder Erhitzungszonen (16, 44, 48, 66) auf unterschiedliche Temperaturen, • Einfüllen einer Schmelze in die Druckgießform (62), • Abkühlen der Schmelze.
  12. Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung eines Formwerkzeuges (34, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mittels des Verfahrens nach Anspruch 10 oder unter Verwendung eines Formwerkzeuges (60) nach Anspruch 9 und mittels des Verfahrens nach Anspruch 11 hergestellt wurde.
  13. Verfahren zum Herstellen eines Formwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgenden Schritt: • Drucken des Formwerkzeuges (34, 40, 60) mittels eines 3D Druckers.
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