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Title:
HIGH-TEMPERATURE JOINING FURNACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/258110
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention presents an automatic high-temperature joining furnace, in particular designed for diffusion welding materials to be joined such as metals and metal workpieces, comprising a heating chamber having a heating device, a workpiece receptacle, which is arranged in the heating chamber, for receiving a workpiece to be worked in the joining furnace, a pressing device which is arranged and designed to exert a pressing force on the workpiece, a sensor device for generating at least one sensor signal, and a control device which is designed for controlling at least the pressing device in response to the at least one sensor signal.

Inventors:
BROICH UDO (DE)
WINHAUER JÖRG (DE)
NAUMANN JÜRGEN (DE)
EICH STEFAN (DE)
PFEIFFER JAN (DE)
MÜLLER PATRICK (DE)
Application Number:
PCT/DE2022/100420
Publication Date:
December 15, 2022
Filing Date:
June 03, 2022
Export Citation:
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Assignee:
PVA IND VACUUM SYSTEMS GMBH (DE)
International Classes:
B23K20/02
Domestic Patent References:
WO2014060070A12014-04-24
Foreign References:
US10562129B22020-02-18
US10580752B22020-03-03
Attorney, Agent or Firm:
RAUCH, Udo (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Automatischer Hochtemperatur-Fügeofen (1 ), insbesondere hergerichtet für das Diffusionsschweißen von Fügematerialien wie Metallen und metallischen Werkstücken (50), umfassend: einen Fleizraum (15) mit einer Heizeinrichtung (14), eine in dem Fleizraum angeordnete Werkstückaufnahme (34) zur Aufnahme eines in dem Fügeofen zu bearbeitenden Werkstücks (50), eine Presseinrichtung (20), angeordnet und hergerichtet, auf das Werkstück eine Presskraft auszuüben, eine Sensoreinrichtung (4, 5, 42) zur Erzeugung zumindest eines Sensorsignals (170), gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (44, 46, 48), hergerichtet zur Steuerung zumindest der Presseinrichtung in Ansprechen auf das zumindest eine Sensorsignal (170).

2. Fügeofen (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Sensoreinrichtung (4, 5, 42) zumindest einen der folgenden Prozessparameter Dicke des Werkstücks (50), Position eines Pressstempels (32) der Presseinrichtung (20), Position des Pressenwiderlagers (18), Presskraft, Hydraulikdruck oder Wegstrecke der Presseinrichtung (20) bzw. des Presszylinders (24) oder Übertragungsstücks (26) erfasst und/oder daraus das zumindest eine Sensorsignal (170) erzeugt.

3. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest eine weitere Sensoreinrichtung (4, 5, 42) zum gleichzeitigen Erfassen eines oder weiterer Prozessparameter und zur Erzeugung zumindest einen weiteren Sensorsignals (170).

4. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Presseinrichtung (20) eine Hydraulikeinrichtung als Presskrafterzeuger (28) umfasst und die Presskraft mittels Aufbau eines hydraulischen Drucks aufbaut und/oder wobei die Presseinrichtung (20) eine Elektrospindel umfasst.

5. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Eingabeeinrichtung (48), insbesondere einem benutzerbedienbaren Terminal (45), zur Eingabe von Prozessparametervorgaben, und/oder ferner mit einer Ausgabeeinrichtung (46), insbesondere zur Anzeige oder zur Auswahl von Prozessparametern und/oder einem Steuerungsprogramm.

6. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Presseinrichtung (20) eine Pressplatte (36) umfasst, mit welchem die Presskraft auf das Werkstück (50) aufgebracht wird, und/oder wobei die Presseinrichtung (20) einen Presszylinder (24) umfasst, und/oder wobei die Presseinrichtung (20) mehrere Pressstempel (24) umfasst, insbesondere zwei, drei, vier oder mehr Pressstempel.

7. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flochtemperatur-Fügeofen einen Außenrahmen (7, 8, 10) umfasst, und wobei die Presseinrichtung (20) an dem Außenrahmen angeordnet ist und/oder sich an dem Außenrahmen abstützt.

8. Fügeofen (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Außenrahmen (7, 8, 10) beweglich und/oder verformbar ausgestaltet ist.

9. Fügeofen (1) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem Pressenwiderlager, welches derart hergerichtet ist, dass mittels der Beaufschlagung der Druckkraft durch die Presseinrichtung (20) auf das Werkstück (50) eine laterale Verschiebung und/oder Verformung des Pressenwiderlagers (18) erfolgt.

10. Fügeofen (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Presseinrichtung (20) derart hergerichtet ist, dass zu einem Stützrahmenelement (10) während eines Pressvorgangs eine Vorspannkraft aufbaubar ist.

11. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (4, 42) die Position des Druckstempels (32) erfasst und/oder wobei die Sensoreinrichtung (4, 42) die Presskraft erfasst, die auf das Werkstück (50) beaufschlagt wird.

12. Fügeofen (1 ) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Sensoreinrichtung (4, 42) hergerichtet ist, die Position des Druckstempels (32) mit einer Genauigkeit von zumindest ±10 mhi oder weniger zu erfassen, bevorzugt ±1 mhi oder weniger, weiter bevorzugt ±0,1 mhi oder weniger, und/oder mit einer Genauigkeit von ±1 mhi oder mehr, bevorzugt ±0,1 mhi oder mehr, weiter bevorzugt ±0,05 mhi oder mehr.

13. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (44, 46, 48) hergerichtet ist, mittels Erfassung und Auswertung des oder der Sensorsignale (170) eine für das eingelegte Werkstück (50) für einen Fügevorgang benötigte Presskraft zu ermitteln und die Presseinrichtung (20) anhand der ermittelten benötigten Presskraft automatisch zu steuern.

14. Fügeofen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (44, 46, 48) hergerichtet ist, zusätzlich die Heizeinrichtung (14) zu regeln.

15. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Werkstückaufnahme (34) als Gegenpresselement dient, und/oder wobei die Presseinrichtung (20) das Werkstück (50) gegen die Werkstückaufnahme (34) presst. 16. Fügeofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (44, 46, 48) zumindest ein wählbares Steuerungsprogramm bereitstellt, insbesondere ein Vorbehandlungsprogramm und/oder ein Pressdurchführungsprogramm.

17. Fügeofen (1 ) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Steuerungseinrichtung (44, 46 ,48) ferner hergerichtet ist, das ausgewählte Steuerungsprogramm in Ansprechen auf das zumindest eine Sensorsignal (170) während der Durchführung des Steuerungsprogramms anzupassen dergestalt, dass Prozessparameter wie insbesondere Presskraft, Temperatur und/oder Wegstrecke der Pressvorrichtung (20) geändert werden.

18. Fügeofen (1 ) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das zumindest eine Steuerungsprogramm auf einem Programmspeicher des Flochtemperatur-Fügeofens abgelegt ist, und/oder wobei die Steuerungseinrichtung (44, 46, 48) eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) umfasst.

19. Verfahren zum Diffusionsschweißen in einem automatischen Flochtemperatur- Fügeofen (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten:

Befüllen des Fügeofens mit einem Werkstück (50),

Aufheizen des Werkstücks auf eine Fügetemperatur,

Pressen des Werkstücks mit einer Presseinrichtung (20) zur Durchführung des Diffusionsschweißprozesses, während des Pressens Erfassen oder Ermitteln der für den Fügevorgang benötigten Presskraft, insbesondere mittels Sensoren (4, 42) und/oder mittels einer automatischen Steuerungseinrichtung (44, 46, 48), und Steuern der Presseinrichtung in Ansprechen auf die erfasste oder ermittelte für den Fügevorgang benötigte Presskraft. 20. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, ferner mit dem Schritt wiederholtes Erfassen oder Ermitteln der für den Fügevorgang benötigten Presskraft, insbesondere in festen Zeitintervallen, und adaptives Steuern der Presseinrichtung (20) in Ansprechen auf die wiederholt erfassten oder ermittelten Presskräfte.

21. Verfahren nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt kontinuierliches Überwachen des Fügevorgangs mittels zumindest einer Sensoreinrichtung (4, 42), und kontinuierliches Anpassen des Fügevorgangs bei Feststellung einer Abweichung eines überwachten Wertes von einem Sollwert.

22. Verfahren nach einem der drei vorstehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt vor dem Pressen des Werkstücks (50) Eingeben von Prozessparametervorgaben, und

Berücksichtigen der Prozessparametervorgaben bei der Bereitstellung von Sollwerten für die automatisierte Prozesssteuerung.

Description:
Hochtemperatur-Fügeofen

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen automatischen Hochtemperatur-Fügeofen sowie ein Verfahren zum Diffusionsschweißen.

Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung

Es ist grundsätzlich bekannt, dass metallische Werkstücke mittels Diffusionsschweißen gefügt werden können. Beispielsweise kann ein metallisches Werkstück diffusionsgeschweißt werden, wenn dies bei hoher Temperatur von einer Presse unter Druck gefügt wird. Der Vorgang des Diffusionsschweißens ist dabei ein komplexer Ablauf, welcher von verschiedenen Einflüssen abhängig ist und auch bei gleichen Prozessbedingungen nicht unbedingt zu einem vergleichbaren oder jedenfalls zufriedenstellenden Ergebnis führt.

Während des Fügevorgangs ist beispielsweise die Verformung des Werkstücks zu berücksichtigen. Beispielsweise, wenn das zu fügende Werkstück in seinem Inneren Kühlkanäle oder andere Bohrungen bzw. Öffnungen aufweist, kann die auf das Werkstück ausgeübte Presskraft lokal abweichen, so dass insgesamt eine verschiedene Verformung im Vergleich zu einem in seinen Abmessungen identischen Massivkörper resultiert. Auch die Vorgeschichte der zu fügenden Materialien spielt eine Rolle hinsichtlich des Fügeergebnisses, hierbei können insbesondere die Korngrößen im Metallverbund und das Herstellungsverfahren der jeweiligen Metallschichten, beispielsweise durch Walzen, relevant sein.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben daher erkannt, dass das reine Folgen von Literaturvorgabewerten für beispielsweise eine mögliche Flächenpressung, die auf das Werkstück aufzubringen ist, jedenfalls nicht ohne Weiteres zu einem wiederholbaren Erfolg beim Fügevorgang führt.

Sogar wenn verschiedene Materialien für verschiedene Werkstücke dem Grunde nach als identisch zu bezeichnen sein sollten, also mit demselben Herstellungsverfahren hergestellt, auf gleiche Temperaturen vorbehandelt, sodass ähnliche Korngrößen im Material anzunehmen sein sollten, so sind auch Streubreiten zwischen Materialien zu berücksichtigen. Dies auch dann, wenn Werkstücke es aus demselben Rohmaterialstück herausgeschnitten wurden. Bei bestimmten Materialien und/oder Materialkombinationen kann dies weiter erschwert sein.

Selbst wenn ein Fügeprozess somit von einer speziell dafür geschulten Person überwacht wird, ist die mögliche Anzahl an parallellaufenden Fügeprozessen begrenzt, da ein Mitarbeiter zu einem Zeitpunkt stets nur einen Ofen überwachen kann. Ein vollständiger Prozessablauf kann dabei 24 Stunden oder mehr benötigen. Seitens des Anwenders ist neben einer intensiven Schulung ein hohes Maß an Erfahrung und Verständnis der zugrundeliegenden Vorgänge nötig, ohne die keine zufriedenstellenden Ergebnisse, also belastbare Fügeergebnisse, erzielt werden. Auch dies ist ein Grund, weshalb bislang das Diffusionsschweißen von Metallen vergleichsweise wenig Verbreitung in der Industrie finden konnte.

Die Erfindung hat sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe gestellt, Prozessabläufe zu automatisieren, Fügeergebnisse dabei noch weiter zu verbessern und gleichmäßige Resultate in einer Weise bereitzustellen, die auch von geschultem Personal in dieser Qualität nicht oder nur selten zu erreichen sind.

Spezielles Augenmerk ist hierbei in der Erfindung, dass auch bei unterschiedlichen Ausgangsmaterialien, insbesondere hinsichtlich der mikrostrukturellen Ausprägung, wie sie einen typischen Anwendungsfall betreffen, stets gleichbleibend qualitativ hochwertige Endergebnisse beim Fügevorgang realisiert werden können.

Das Problem wird gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Erfindung. Abhängige Ansprüche geben Weiterbildungen und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Bei einem Diffussionsschweißprozess wird eine Verformung eines Werkstücks bzw. einer Charge kontrolliert durchgeführt. Eventuell vorhandene Poren im Fügematerial, Aussparungen im Inneren des Werkstücks, die Anzahl und Größe der Fügeflächen aber auch die Vorgeschichte des Fügematerials sind Größen, die den Prozessablauf beeinflussen können. Bei der Kraftbeaufschlagung, die durch eine Presse auf das Werkstück bzw. auf die Charge aufgebracht wird, wird der Materialkontakt an den Fügeflächen verbessert, beispielsweise durch Verringerung der Oberflächenrauigkeit. So kann eine inhärente Interdiffusion hergestellt bzw. herbeigeführt sein. Mittels Pressung wird also eine Vergrößerung der Kontaktoberfläche im Bereich der Fügefläche(n) hergestellt. Diese Vorgänge unterscheiden sich von Werkstück zu Werkstück, wobei die Unterschiede so deutlich sein können, dass ein erstes Bauteil ausreichend fest gefügt werden kann, ein nächstes Bauteil, welches mit identischen Parametern gefügt werden soll, jedoch nur eine unzureichende Festigkeit bzw. Qualität erreicht. Andererseits kann unter Umständen bei einem Bauteil die Form erhalten bleiben, und beim nächstfolgenden, ansonsten identischen Bauteil, mit identischen Parametern beispielsweise eine Verformung im Bereich eines Kühlkanals durch den Pressvorgang auftreten.

Erfindungsgemäß wird ein automatischer Flochtemperatur-Fügeofen bereitgestellt, welcher insbesondere hergerichtet ist für das Diffusionsschweißen von Fügematerialien. Fügematerialien können Metalle sein. Metalle können dabei alle metallhaltigen Materialien bzw. Stoffe sein. Beispielsweise sind hierunter Metalle, wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Titan zu verstehen, aber auch Legierungen wie Edelstähle bzw. Edelstahl, Werkzeugstähle, Superlegierungen, Bronze, Zinn oder Weitere. Fügematerialien können auch Nichtmetalle oder Verbundwerkstoffe sein.

Der automatische Hochtemperatur-Fügeofen kann auch hergerichtet sein für ein kraftunterstütztes Löten, oder ein Sintern von Bauteilen. Insbesondere ist der automatische Hochtemperatur-Fügeofen hergerichtet für eine druckkraftbeaufschlagte Werkstoffveredelung mit oder ohne Zusatzwerkstoff.

Der automatische Hochtemperatur-Fügeofen umfasst einen Heizraum mit einer Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung ist hergerichtet, den Ofeninnenraum sowie das Werkstück auf die Bearbeitungstemperatur aufzuheizen.

In dem Heizraum ist eine Werkstückaufnahme angeordnet zur Aufnahme eines in dem Fügeofen zu bearbeitenden Werkstücks. Typischerweise ist die Werkstückaufnahme an der Unterseite des Heizraums angeordnet. Beispielsweise kann die Werkstückaufnahme eine Platte umfassen, aber auch Halterungen, in die die zu fügenden Werkstücke einzusetzen sind, können von der Werkstückaufnahme umfasst sein. Die Werkstückaufnahme kann Teil eines Gegenpresselements sein bzw. darauf angeordnet sein.

Der Fügeofen umfasst ferner eine Presseinrichtung, welche angeordnet und hergerichtet ist, auf das Werkstück eine Presskraft auszuüben. Beispielsweise ist die Presseinrichtung so angeordnet, dass ein oberes Teil, wie ein Pressstempel, von oben gegen das Werkstück presst, wobei das Werkstück gegen die Werkstückaufnahme bzw. gegen das Gegenpresselement gegengepresst wird. Mit anderen Worten wird das Werkstück zwischen oberem Teil bzw. Pressstempel und Gegenpresselement bzw. Werkstückaufnahme eingespannt. Das obere Teil kann hierfür beispielsweise eine Pressplatte umfassen, mittels welcher die Presskraft gleichmäßig auf eine Fläche verteilt werden kann, so dass das Werkstück gleichmäßig gepresst wird. Die Pressplate kann - je nach Einsatzzweck - eine ebene Oberfläche aufweisen, so dass das Werkstück über die Oberfläche der Pressplate gleichmäßig mit Presskraft beaufschlagt werden kann. Die Pressplate kann auch Ausnehmungen, Vorsprünge oder Stufen aufweisen, um eine Anformung der Pressplate an eine gewünschte Oberfläche des Werkstücks oder der Werkstücke hervorzurufen. Somit könnte die Pressplate als „Presselement“ allgemein beschrieben werden. Im Weiteren wird der Begriff Pressplate verwendet, da dieser Begriff im Lichte der vorliegenden Beschreibung für den Fachmann verständlicher erscheint.

Die Pressplate kann verfahrbar bzw. beweglich angeordnet sein, beispielsweise wird die Pressplatte von einem oder mehreren Pressstempeln verschoben, wobei der oder die Pressstempel von einem oder mehreren Presszylindern in Bewegung gesetzt wird. Bei Beaufschlagung mit einer Presskraft wird das Werkstück sukzessive verformt bzw. gefügt.

Die Presseinrichtung kann auch so angeordnet sein, dass sie von unten auf das Werkstück presst, beispielsweise indem eine bewegliche Werkstückaufnahme vorgesehen ist und das Werkstück auf der Werkstückaufnahme beispielsweise nach oben verschoben wird. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung können eine erste und zweite Pressplate für eine beidseitige Kraftaufbringung vorgesehen sein, beispielsweise eine obere und eine untere Pressplatte oder eine linke und eine rechte Pressplate. Die angegebenen Richtungen "oben" bzw. "unten" sind dabei lediglich vorzugsweise in Richtung der wirkenden Schwerkraft ausgerichtet, auch eine Anordnung "links" bzw. "rechts" ist denkbar und soll nicht aus dem Schutzbereich herausführen; Die Anordnung "oben" bzw. "unten" weist konstruktive Vorteile auf.

Zum Pressen des Werkstücks wird typischerweise ein, oder zumindest ein, als Pressstempel funktionierender Teil eingesetzt, welcher von außen mit einer Kraft beaufschlagt werden kann, und ein Gegenpresselement, welches die Presskraft gegenhält. Zwischen Pressstempel und Gegenpresselement ist das Werkstück eingespannt und wird dort gefügt bzw. verformt.

Eine Sensoreinrichtung in dem Fügeofen stellt zumindest ein Sensorsignal bereit. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung die Position oder ausgefahrene Länge des Pressstempels erfassen, oder die Position der Pressplate. Eine Steuerungseinrichtung ist ferner vorgesehen, welche hergerichtet ist zur Steuerung zumindest der Presseinrichtung im Ansprechen auf das zumindest eine Sensorsignal.

Die Sensoreinrichtung des Fügeofens kann einen Prozessparameter erfassen. Ein Prozessparameter kann die Dicke des Werkstücks, die Position eines Druckstempels oder Pressstempels der Presseinrichtung sein. Ein Prozessparameter kann auch die aufgebrachte Presskraft, ein Hydraulikdruck oder eine Wegstrecke der Presseinrichtung sein. Aus der von der Sensoreinrichtung erfassten Wertebasis, also einem der genannten Prozessparameter, kann im Folgenden ein Sensorsignal erzeugt werden. Es können mehrere Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, um gleichzeitig verschiedene Prozessparameter zu erfassen. Eine weitere Sensoreinrichtung kann einen oder weitere Prozessparameter gleichzeitig zur ersten Sensoreinrichtung erfassen und somit zumindest ein oder mehrere weitere Sensorsignale erzeugen. Zur Steuerung des Fügeprozesses bzw. des Fügeofens können die ein oder mehreren Sensorsignalen verarbeitet werden, so dass ggf. unterschiedliche Prozessparameter bei der Steuerung Berücksichtigung finden.

Die Presseinrichtung kann eine Hydraulikeinrichtung umfassen, wobei die Presskraft mittels Aufbau eines hydraulischen Drucks aufgebaut wird. Die Presseinrichtung kann auch eine Elektrospindel umfassen, welche beispielsweise durch Rotation einen Vorschub erzeugt und dabei die Presskraft auf das Werkstück beaufschlagt.

Der Fügeofen kann eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Prozessparametervorgaben umfassen. Bei der Eingabeeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein benutzerbedienbares Terminal handeln. Prozessparametervorgaben, die vor Beginn des Fügevorgangs hinterlegt werden können, sind beispielsweise die gewünschte Prozesstemperatur, die Prozesszeit, dass oder die Materialien des Werkstücks, Parameter oder weitere Daten zum zugrundeliegenden Werkstoff und die Anzahl und/oder Beträge der Fügefläche bzw. Fügeflächen des Werkstücks. Mit anderen Worten können die Prozessparameter teilweise von einem Bediener hinterlegt werden und teilweise von dem Fügeofen ohne weitere Bedienereinwirkung erzeugt bzw. berechnet werden. Gegebenenfalls kann der Fügeofen sämtliche Prozessparameter selbst ermitteln ohne jegliche Bedienereingabe. In einer beispielhaften Ausführungsform gibt der Bediener lediglich Bauteilinformationen ein, also verschiedene Angaben zu dem bzw. den eingesetzten Bauteil(en). Bauteilinformationen können sein die zu verschweißende Nettofügefläche, das Material des bzw. der Bauteile, die Dicke und/oder die zulässige plastische Gesamtdeformation. Bevorzugt sind dabei vom Bediener keine schweißprozessabhängigen Vorgaben einzugeben, so dass mit anderen Worten die schweißprozessabhängigen Prozessparameter vom Fügeofen selbständig ermittelt werden.

Beispielsweise kann das Werkstück aus einer Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen, also beispielsweise zumindest zwei unterschiedlichen Materialien, welche aufeinandergeschichtet sind, wobei jede zu fügende Fläche zwischen zwei unterschiedlichen Materialien zueinander als Fügefläche beschrieben ist. Bei einem plattenartigen Werkstück, welches beispielsweise 25 Schichten umfasst, sind somit im Werkstück 24 Fügeflächen angeordnet. Bei den Prozessparametervorgaben können auch Informationen über Flohlräume im Werkstück Berücksichtigung finden.

Der Fügeofen kann ferner eine Ausgabeeinrichtung umfassen, insbesondere zur Anzeige oder zur Auswahl von Prozessparametern und/oder einem Steuerungsprogramm. Beispielsweise können auf der Ausgabeeinrichtung Informationen dazu ausgegeben werden, in welchem Prozessschritt sich der Fügeofen gerade befindet.

Die Presseinrichtung kann einen Pressstempel umfassen, mit welchem die Presskraft übertragen wird, und/oder sie kann eine Pressplatte umfassen, mit der die Presskraft auf das Werkstück aufgebracht wird.

Die Presseinrichtung kann einen Presszylinder umfassen. Der Pressstempel kann mit dem Presszylinder verbunden sein, sodass der Presszylinder auf den Pressstempel mit der Presskraft einwirkt und den Pressstempel in Richtung des Werkstücks anstellt. Die Presseinrichtung kann ggf. mehrere Presszylinder umfassen, insbesondere 2, 3 oder 4 Presszylinder.

Es ist bevorzugt, mehrere Pressstempel einzusetzen, welche gemeinsam auf das Werkstück einwirken, insbesondere über die Pressplatte, die von den zwei oder mehr Pressstempeln möglichst homogen bzw. gleichmäßig über die Fläche verteilt mit Presskraft beaufschlagt wird. Die mehreren Pressstempel können nebeneinander angeordnet sein, sodass ein Array aus Pressstempeln auf die Pressplatte wirkt. Ziel ist dabei eine möglichst homogene Verteilung der Presskraft auf das zu fügende Werkstück, denn die Presskraft, die zum Fügen nötig ist, kann anderenfalls die Pressplatte bzw. das Presselement verformen, so dass das zu fügende Werkstück nicht gleichmäßig mit Presskraft beaufschlagt wird.

Der Flochtemperatur-Fügeofen kann ein Gehäuse umfassen. Beispielsweise können Heizeinrichtung, Heizraum, Werkstückaufnahme und/oder Presseinrichtung in dem Gehäuse beherbergt sein. Die Presseinrichtung kann mittels einer Pressenaufnahme an dem Gehäuse angeordnet sein und/oder sich an dem Gehäuse abstützen. Beispielsweise ist die Pressenaufnahme an dem Gehäuse befestigt oder liegt an dem Gehäuse an, sodass sich der an der Pressenaufnahme angeschlossene Presszylinder gegen das Gehäuse des Hochtemperatur- Fügeofens abstützen kann. Zu dem Zweck der Abstützung der Presseinrichtung an dem Gehäuse kann das Gehäuse eine Stütz- oder Haltestruktur wie einen Stützrahmen oder Stützkäfig aufweisen. Die Stütz- oder Haltestruktur kann ein von dem Gehäuse getrenntes Bauteil sein, oder integral mit dem Gehäuse ausgebildet sein.

Die Stütz- oder Haltestruktur und/oder die Pressenaufnahme kann dabei beweglich und/oder verformbar ausgestaltet sein. So kann die Presseinrichtung beim Beaufschlagen des Werkstücks mit einer Presskraft sich gegen die Pressenaufnahme gegenstützen und dabei die Pressenaufnahme verschieben und/oder verformen, beispielsweise indem die Stütz- oder Haltestruktur verformt wird. Hierbei kann zwischen der Pressenaufnahme und der Presseinrichtung, insbesondere dem Presszylinder mit Pressstempel, eine Speicherkraft aufgenommen werden, ähnlich wie der Vorspannung einer Feder, sodass insbesondere bei Erhöhung der Presskraft auch die Presswirkung auf das Werkstück gleichmäßig bzw. sanfter erhöht werden kann. Durch die bewegliche und/oder verformbare Ausgestaltung der Pressenaufnahme bzw. der Stütz- oder Haltestruktur, kann ein Vorbereiten der Presseinrichtung geschehen, bei welchem die Presseinrichtung in eine Ausgangsposition vorbereitet wird, in welcher bereits eine Vorpresskraft auf das Werkstück aufgebracht wird. Diese Vorpresskraft ist feiner zu dosieren und somit genauer einzustellen, wenn die Pressenaufnahme beweglich und/oder verformbar ausgestaltet ist.

Der Fügeofen kann derart hergerichtet sein, dass mittels der Beaufschlagung der Druckkraft durch die Presseinrichtung auf das Werkstück eine laterale Verschiebung und/oder Verformung der Pressenaufnahme erfolgt. Mit anderen Worten erzeugt das Beaufschlagen der Druckkraft auf die Pressenaufnahme, die als Widerlager für die Presse fungiert, das laterale Verschieben und/oder Verformen der Pressenaufnahme. Durch die Aufnahme von Druckkraft in der oder im Bereich der Pressenaufnahme wird dadurch eine Federwirkung erzeugt zwischen Pressenaufnahme und Presseinrichtung bzw. zwischen Pressenaufnahme, Presszylinder und Pressstempel.

Die Presseinrichtung kann dabei derart hergerichtet sein, dass zwischen Pressstempel und Gehäuse während eines Pressvorgangs bzw. dann, wenn eine Presskraft aufgebaut ist, eine Vorspannkraft aufbaubar ist. Das Vorhandensein einer Vorspannkraft in der Presseinrichtung erlaubt ein feineres Dosieren und somit genaueres Erfassen und/oder Nachführen der Stempelposition während des Pressvorgangs. Ferner erlaubt das Aufbauen der Vorspannkraft das genauere Einstellen bzw. Dosieren von Druckkorrekturen bzw. Presskraftkorrekturen. Beispielsweise kann die Pressenaufnahme bei Beaufschlagung mit einer Druckkraft um mehr als 1 mm verschoben bzw. verformt werden, insbesondere mehr als 3 mm, weiter insbesondere mehr als 5 mm, oder auch mehr als 10 mm. Hierbei kann eine Art „Federspeicher“ gebildet werden, also eine Vorspannkraft. Die Pressenaufnahme kann im Übrigen weniger als 3 mm, bevorzugt weniger als 6 mm, weiter bevorzugt weniger als 12 mm verschoben bzw. verformt werden, wenn eine Druckkraft beaufschlagt wird; Mindest- und Maximalangaben der Auslenkung können als Intervall miteinander kombiniert werden, beispielsweise mehr als 3 mm und weniger als 6 mm als „im Bereich zwischen 3 bis 6 mm“.

Die Sensor Einrichtung kann hergerichtet sein, die Position des Druckstempels zu erfassen. Die Sensoreinrichtung kann auch dazu hergerichtet sein, die Presskraft zu erfassen, die auf das Werkstück beaufschlagt wird.

Die Sensoreinrichtung kann hergerichtet sein, die Position des Druckstempels mit einer Genauigkeit von zumindest ± 10 mhi oder weniger zu erfassen, d. h. 10 mhi oder besser. Die Sensoreinrichtung kann gegebenenfalls die Position des Druckstempels auf eine Genauigkeit von ± 1 mhi oder weniger, weiter bevorzugt ± 0,1 mhi oder weniger erfassen. Andererseits kann gegebenenfalls die Messauflösung der Sensoreinrichtung hinsichtlich der Position des Druckstempels ± 1 mhi oder mehr betragen, bevorzugt ± 0,1 mhi oder mehr, weiter bevorzugt ± 0,05 mh^bG mehr.

Die Steuerungseinrichtung kann hergerichtet sein, mittels Erfassung und Auswertung des oder der Sensorsignale, eine für das eingelegte Werkstück für einen Fügevorgang benötigte Presskraft zu ermitteln. Ferner kann die Steuerungseinrichtung die Presseinrichtung anhand der ermittelten benötigten Presskraft automatisch steuern. Mit anderen Worten steuert die Steuerungseinrichtung die Presseinrichtung unter Berücksichtigung der erfassten bzw. ausgewerteten Sensorsignale.

Die Steuerungseinrichtung kann gegebenenfalls ferner die Heizeinrichtung regeln bzw. steuern, sodass im Verlauf des Fügevorgangs zu verschiedenen Zeiten auch unterschiedliche Temperaturen vorgehalten werden können in der Heizkammer.

Der Fügeofen kann eine Befüll- und Entnahmeöffnung aufweisen. In einem Beispiel ist die Befüll- und Entnahmeöffnung mit einer Sicherheitsschaltung verbunden, die den Zustand der Öffnung erfasst.

Die Werkstückaufnahme kann in vorteilhafter Weise als Gegenpresselement für die Pressvorrichtung dienen. Die Presseinrichtung kann das Werkstück also gegen die Werkstückaufnahme pressen, sodass das Werkstück zwischen Presseinrichtung und Werkstückaufnahme eingespannt wird.

Die Steuerungseinrichtung kann zumindest ein wählbares Steuerungsprogramm bereitstellen. Das wählbare Steuerungsprogramm kann grundlegende Parameter vorwählen, beispielsweise eine typische Druckkraft, die für eine bestimmte Materialkombination häufig anwendbar ist, oder aber eine Mindestpressspannung, mit welcher der Fügevorgang begonnen werden kann. Das wählbare Steuerungsprogramm kann ein Vorbehandlungsprogramm und/oder ein Pressdurchführungsprogramm umfassen.

Die Steuerungseinrichtungen ist bevorzugt dazu hergerichtet, ein ausgewähltes Steuerungsprogramm in Ansprechen auf zumindest ein Sensorsignal vor allem während der Durchführung des Steuerungsprogramms anzupassen. Die Anpassung des Steuerungsprogramms kann dergestalt erfolgen, dass Prozessparameter, wie insbesondere die Presskraft, Temperatur und/oder Wegstrecke der Pressvorrichtung während des Fügevorgangs geändert bzw. beeinflusst werden.

Mit anderen Worten kann die Steuerungseinrichtung ausgelegt sein, zumindest ein Sensorsignal während der Durchführung des Steuerungsprogramms - also während eines Schweißprozesses - zu erfassen und zu verarbeiten und daraus geänderte Steuerparameter für die

Das zumindest eine Steuerungsprogramm kann auf einem Programmspeicher des Flochtemperatur-Fügeofens abgelegt sein. Die Steuerungseinrichtung kann eine speicherprogrammierbare Steuerung umfassen oder durch diese gebildet sein.

Die Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zum Diffusionsschweißen in einem automatischen Flochtemperatur-Fügeofen, insbesondere in einem solchen automatischen Flochtemperatur-Fügeofen, wie er vorstehend beschrieben wurde. Das Verfahren zum Diffusionsschweißen umfasst die Schritte Befüllen des Fügeofens mit einem Werkstück; Aufheizen des Werkstücks auf eine Fügetemperatur; Pressen des Werkstücks mit einer Presseinrichtung zur Durchführung des Diffusionsschweißprozesses; während des Pressen Erfassen oder Ermitteln der für den Fügevorgang benötigten Presskraft, insbesondere mit einer automatischen Steuerungseinrichtung; und Steuern der Presseinrichtung in Ansprechen auf die erfasste oder ermittelte, für den Fügevorgang benötigte Presskraft. Beispielsweise kann die benötigte Presskraft über den Pressweg ermittelt werden mittels Wegstreckenmessung. io

Das Verfahren kann fernerweiter ausgebildet werden durch den Schritt wiederholtes Erfassen oder Ermitteln der für den Fügevorgang benötigten Presskraft, insbesondere in festen Zeitintervallen, und adaptives Steuern der Presseinrichtung in Ansprechen auf die wiederholt erfassten oder ermittelten Presskräfte.

Das Verfahren kann auch ferner mit dem Schritt weiter ausgebildet werden kontinuierliches Überwachen des Fügevorgangs mittels zumindest einer Sensoreinrichtung, und kontinuierliches Anpassen des Fügevorgangs bei Feststellung einer Abweichung eines überwachten Wertes von einem Sollwert.

Das Verfahren kann auch weiter ausgebildet werden mit dem Schritt vor dem Pressen des Werkstücks eingeben von Prozessparametervorgaben, insbesondere durch einen Benutzer.

Überdies kann auch der Schritt Berücksichtigen der Prozessparametervorgaben bei der Bereitstellung von Sollwerten für die automatisierte Prozesssteuerung eine Weiterbildung des Verfahrens darstellen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Kurzbeschreibunq der Figuren Es zeigen:

Fig.1 eine erste Ausführungsform eines Flochtemperatur-Fügungsofens in Seiten- Schnittansicht mit eingelegtem Werkstück,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Hochtemperatur-Fügeofens in Seiten-Schnittansicht, wobei die Presseinrichtung eine Presskraft auf das Werkstück ausübt,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Hochtemperatur-Fügeofens in Seiten-Schnittansicht mit unterschiedlicher Presseinrichtung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Hochtemperatur-Fügeofens,

Fig. 5 eine weitere perspektivische Ansicht eines Hochtemperatur-Fügeofens,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Hochtemperatur-Fügeofens mit Peripherieanbauten, Fig. 7 Draufsicht auf einen Hochtemperatur-Fügeofen,

Fig. 8 perspektivische Ansicht eines Hochtemperatur-Fügeofens,

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm für ein Fügeverfahren. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Hochtemperatur-Fügeofens 1 mit einer im Inneren des Gehäuses 12 angeordneten Fleizkammer 15, in welchem ein Werkstück 50 für einen späteren Pressvorgang angeordnet ist. Der Fügeofen 1 weist eine Befüll- bzw. Entnahmeöffnung

11 auf, durch welches das Werkstück 50 - oder auch mehrere Werkstücke 50 bzw. eine Charge - in die Fleizkammer 15 eingebracht oder aus dieser herausgeholt werden kann. Das Werkstück 50 liegt auf der Werkstückaufnahme 34, die an der Unterseite der Fleizkammer 15 angeordnet ist. Die Werkstückaufnahme kann das Gegenpresselement 38 sein oder an dem Gegenpresselement 38 angeordnet sein. Im Beispiel der Figur 1 liegt das Werkstück 50 direkt auf dem Gegenpresselement 38 auf.

Die Presseinrichtung 20 ist in dieser Ausführungsform an der Oberseite des Gehäuses

12 des Fügeofens 1 angeordnet, um von oben auf das Werkstück 50 und gegen die Werkstückaufnahme 34 bzw. das Gegenpresselement 38 eine Presskraft entfalten zu können. Eine Mehrzahl von Pressstempeln 32 - im gezeigten Beispiel der Figur 1 vier Presstempel 32 - sind mit einem Presszylinder 24 verbunden. Der Presszylinder 24 ist beispielsweise ein FHydraulikzylinder, wobei die Pressstempel 32 von dem Presszylinder 24 über das Übertragungsstück 26 in Richtung des Werkstücks 50 angestellt werden. Ein Druckverteilelement 22 ist in dem Aufnahmebereich 6 des Gehäuses 12 angeordnet, um die Presskraft der Presseinrichtung 20 auf die Mehrzahl von Presstempeln 32 zu verteilen.

Anstelle der Mehrzahl von Pressstempeln 32 kann ggf. auch ein einziger Pressstempel 32 eingesetzt sein (vgl. Fig. 3). Die Mehrzahl von Pressstempeln 32, z. B. 4, 8 oder 12 Pressstempel 32, kann einerseits die Presskraft gleichmäßig(er) auf das Presselement 36 verteilen. Beispielsweise kann mit FHilfe der Mehrzahl von Pressstempeln 32 auch eine verbesserte thermische Abdichtung der Fleizkammer 15 erreicht werden, da jeder Pressstempel 32 nur eine vergleichsweise kleine Öffnung in der Isolierung 16 der Fleizkammer 15 bedarf, so dass die Energieverluste aus der Fleizkammer 15 geringer ausfallen können. Zudem können mittels des Einsatzes der Mehrzahl von Pressstempeln 32 auch die thermischen Energieverluste besser über die Außenoberfläche der Fleizkammer 15 egalisiert werden und insgesamt eine verbesserte Flomogenisierung der Temperaturverteilung in der Fleizkammer 15 erreicht werden. Dies gilt sinngemäß auch für die Gegenpressstempel 29 auf der Unterseite der Fleizkammer 15, wobei die Erwägungen der homogeneren Druckverteilung über das Gegenpresselement 38 wie auch der geringeren und/oder gleichmäßigeren Wärmeverluste Berücksichtigung finden.

Ein Presskrafterzeuger 28, in diesem Beispiel eine Hydraulikeinheit 28, beaufschlagt den Pressenzylinder 24 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, sodass dieser von dem Presskrafterzeuger 28 abstellt bzw. ausrückt und an das Werkstück 50 anstellt. Beispielsweise können Motoreinheiten 3 den Hydraulikdruck im Presskrafterzeuger 28 erzeugen.

Oberseitig ist eine erste Sensoreinrichtung 4 angeordnet, mittels welcher eine Wegmessung des Presszylinders 24 erfolgt. Der erste Sensor 4 erfasst demnach den Abstand des Presszylinders 24 oder den Abstand des Pressstempels 32 oder das Ausfahren (den Hub) des Presszylinders 24 und stellt daraus ein erstes Sensorsignal 170 bereit. Im Presskrafterzeuger

28 und/oder im Presszylinder 24 kann ein weiterer Sensor 5 angeordnet sein, beispielsweise zur Messung des Hydraulikdrucks, um daraus eine Information über die aufgebrachte Presskraft abzuleiten und als Sensorsignal 170 bereitzustellen.

Die Werkstückaufnahme 34 ist innerhalb der Heizeinrichtung 14 angeordnet, um das Werkstück 50 im Heizraum 15 aufzunehmen. Auch um die den Heizraum 15 beherbergende Isolierung 16 möglichst wenig zu beeinträchtigen, ist die Werkstückaufnahme 34 mit einer Mehrzahl von Gegenpressstempeln 29 versehen, die die Kraftverteilung möglichst gleichmäßig von dem Gegenpresselement 38 abführen, so dass das Gegenpresselement 38 einer möglichst geringen Verformung ausgesetzt ist. Da die Gegenpressstempel 29 durch die Isolierung 16 hindurchführen, und die Isolierung 16 möglichst wenig beeinträchtigt werden soll, kann insgesamt eine vergleichsweise geringe Durchbruchsfläche verursacht werden bzw. die Gegenpressstempel

29 besser thermisch abgedichtet werden.

Weiter unterseitig ist eine zweite Sensoreinrichtung 42 angeordnet, die beispielsweise die auf das Werkstück 50 beaufschlagte Presskraft erfassen kann. So handelt es sich bei der zweiten Sensoreinrichtung 42 beispielsweise um einen Drucksensor. Es kann auch eine Mehrzahl von zwei oder mehr Drucksensoren als zweite Sensoreinrichtung 42 eingesetzt sein, beispielsweise jeweils eine im Bereich einer Gegenpressstempel 29, so dass die auf das Gegenpresselement 38 wirkende Druckverteilung erfassbar und als Sensorsignal ausgebbar ist. Somit kann erfasst werden, ob die Druckverteilung auf das Werkstück bzw. die Charge 50 in der gewünschten Weise erfolgt, also beispielsweise homogen über das Werkstück bzw. die Charge 50. In einer alternativen Ausführungsform kann auf das Werkstück bzw. die Charge 50 von beiden Seiten aus eine Presskraft ausgeübt werden. Beispielsweise kann die Ausführungsform der Fig. 1 so modifiziert werden, dass anstelle der (passiven) Unterbaugruppe, die insbesondere Gegenpressstempel29 und Gegenpresselement 38 umfasst, eine weitere Presseinrichtung 20‘ an der Unterseite des Hochtemperatur-Fügeofens angeordnet sein.

Eine automatische Prozesssteuerung 44 ist in diesem Beispiel im Bereich der Unterkonstruktion 8 des Fügeofens 1 angeordnet. Mittels der Eingabeeinrichtung 48 und der Ausgabeeinrichtung 46, beispielsweise Tastatur 48 und Bildschirm 46, sind Ein- und Ausgaben an die Steuerungseinrichtung 44 und somit eine manuelle Einflussnahme auf den Prozessablauf bzw. Eingabe von Prozessparametern ermöglicht.

Bezugnehmend auf Fig. 2 ist die Presseinrichtung 20 in einer Betriebsposition dargestellt, wobei die Pressplatte 36 an das Werkstück 50 vollständig angestellt ist und eine Presskraft auf das Werkstück 50 beaufschlagt wird. Der Presszylinder 24 bzw. das Übertragungsstück 26 ist hierbei in ausgerückter Position dargestellt. Die Pressstempel 32 sind in dieser Ausführungsform mit je zwei Druckverteilstücken 37 ausgerüstet, die in dem Winkel zwischen Pressplatte 36 und und jeweiligem Pressstempel 32 angeordnet sind und dabei unterstützen, die Presskraft noch homogener auf die Pressplatte 36 zu übertragen.

Die von der Presseinrichtung 20 auf das Werkstück 50 beaufschlagte Presskraft kann von dem bzw. den Drucksensor(en) 42 detektiert werden, wobei dies als Sensorsignal 170 an die Steuereinrichtung 44 übermittelt wird. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform der Fig. 2 derjenigen, welche mit Fig. 1 gezeigt und beschrieben ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fügeofens 1, wobei ein Pressstempel 32 die Kraft von dem Presskrafterzeuger 28 an die Pressplatte 36 überträgt. Diese kompaktere Bauweise kann ggf. gewählt werden, wenn die Pressplatte 36 entsprechend ausgelegt ist, die Presskraft so über die Fläche zu verteilen, dass eine gleichmäßige Verformung des Werkstücks 50 erzielt werden kann.

Bezugnehmend auf Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Flochtemperatur- Fügeofens 1 dargestellt, wobei ein Außenrahmen 7, 9, 10 umfasst ist zur Abstützung der Presseinrichtung 20. Der Presszylinder 24 wird von dem Stützrahmenelement 10 gelagert, so dass die Presskraft von der Presseinrichtung 20 auf das im Inneren des Flochtemperatur- Fügeofens 1 angeordnete Werkstück 50 (vgl. Fig. 1 bis 3) abgegeben werden kann. Bei Beaufschlagung mit der Presskraft wird die Gesamtkraft vom Außenrahmen 7, 9, 10 aufgenommen, der sich in Betrieb in eine Richtung weg vom Fügeofen 1 aufbiegen kann. Das Aufbiegen des Außenrahmens 7, 9, 10 stellt eine dynamische Lagerung für die Presseinrichtung 20 bereit, so dass von dem Außenrahmen 7, 9, 10 ein Pressenwiderlager 18 gebildet ist.

Mit anderen Worten stützt sich die Presseinrichtung 20 am Außenrahmen 7,9,10 an einem „Stützpunkt“ ab, um sich so zu verspannen, die Presskraft auf das Werkstück 50 aufzubringen. Der Stützpunkt ist als Pressenwiderlager 18 bezeichnet, da der „Stützpunkt“ ein Widerlager für die Aufnahme der Presskraft bildet. In Fig. 4 und 5 ist als Pressenwiderlager 18 demgemäß nur der Ort bezeichnet, an welchem sich die Presseinrichtung 20 abstützt. Die Presseinrichtung 20 kann am Stütz- oder Außenrahmen 7, 9, 10 geschraubt sein, oder nichtlösbar damit verbunden sein.

In Fig. 4 ist ein Lagesensor 5 vorgesehen, mit welchem die Lageverschiebung des Pressenwiderlagers 18 erfasst werden kann. Mittels der Lageverschiebung kann ebenfalls ein Rückschluss auf die mit der Presseinrichtung 20 beaufschlagte Presskraft gezogen werden, und die Information als Sensorsignal bereitgestellt werden.

Figuren 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Hochtemperatur-Fügeofens 1, welcher nun mit weiteren Anbauteilen vervollständigt dargestellt ist. Ein Unterdruckerzeuger 54 beispielsweise eine Turbomolekularpumpe, stellt eine Unterdruckabsaugung bereit, so dass der Fügeprozess im Hochtemperatur-Fügeofen 1 im Bereich eines Vakuums, insbesondere eines Hochvakuums oder eines Ultrahochvakuums, durchgeführt werden kann. Der Presskrafterzeuger 28 ist in ein separates Gehäuse ausgelagert, so dass dort ggf. eine größere Einheit untergebracht werden kann. Eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung 48, 46 ist in ein Benutzerterminal 45 ausgelagert, welches die SPS 44 sowie Eingabe/Ausgabe 48, 46 umfasst.

Bezugnehmend auf Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm eines Fügeverfahrens 100 gezeigt. In einem ersten Schritt 110 wird die Anlage mit einem Werkstück bzw. einer Charge aus einem oder mehreren Werkstücken befüllt. Dies wird typischerweise von einem Anwender durchgeführt, kann aber auch automatisiert erfolgen.

In einem Schritt 120 erfolgt die Parametrisierung der Anlage. Hierbei können mit einer Eingabeeinrichtung 48 verschiedene Vorgaben, wie insbesondere die Materialien und Fügeflächen des Werkstücks bzw. der Charge 50, in der Steuereinrichtung 44 hinterlegt werden. Beispielsweise kann auch die beabsichtigte Stauchung des Werkstücks 50 bzw. der Charge in Prozent oder Wegstrecke, z.B. in Millimetern, eingegeben werden. Es können beispielsweise auch Temperaturvorgaben hinterlegt werden. Die eingegebenen Parameter des Schritts 120 werden an die Steuerungseinrichtung 44 übertragen. Die Steuerungseinrichtung 44 kann dann einen Satz von Steuerparametern im Schritt 125 erzeugen. Nach dem Verschließen der Befüllöffnung 11 ist der Fügeofens 1 nunmehr betriebsbereit. Es beginnt die Heizphase 130 mit von der Steuerungseinrichtung 44 bereitgestellten Temperaturparametern.

In Schritt 150 erfolgt eine Vorbereitung der Presse. Dies kann beinhalten, einen Vordruck auf die Pressvorrichtung 20 zu geben, sodass das Widerlager 18 eine Verschiebung bzw. Verformung oder Vorspannung erfährt und somit eine Ausgangsstellung der Pressvorrichtung 20 eingenommen werden kann.

Anschließend wird der Pressvorgang bzw. der Fügevorgang in Schritt 160 durchgeführt und von der automatischen Prozesssteuerung 44 überwacht und angepasst. Sensoren 4, 5, 42 liefern Sensorsignale 170, welche von der Prozesssteuerung 44 verarbeitet werden. In Schritt 165 erfolgt das Überprüfen bzw. Anpassen der vorbereiteten Steuerparameter in Ansprechen auf die von den Sensoren 4, 42 bereitgestellten Sensorsignale 170. Sofern es zu einer Anpassung der Steuerparameter kommt, wird mit den angepassten Steuerparametern aus Schritt 165 das Fügeverfahren 160 modifiziert weiter fortgeführt. Dies kann als Regelschleife ausgeführt sein und beispielsweise iterativ durchgeführt werden, sodass im Laufe des Fügeverfahrens eine verbesserte Parameterkonfiguration eingestellt werden kann und ein verbessertes Fügeergebnis erzielt werden kann.

Mit andere Worten wird in einem Beispiel mit Schritt 120 als Parameterwert eine schweißzeitabhängige Wegstrecke vorgegeben. Die schweißzeitabhängige Wegstrecke kann durch die Anlagensteuerung vorgegeben werden; Das heißt, die Anlagensteuerung kann dazu hergerichtet sein, die von der Schweißzeit abhängige Wegstrecke zu ermitteln, zu erfassen oder zu berechnen. Beispielsweise kann die zurückzulegende Wegstrecke für den Presszylinder 24 oder den Presstempel 32 ermittelt sein. Mit Schritt 150 erfolgt eine Anfangsbeaufschlagung einer Presskraft und bringt diese auf, mit Schritt 160 der eigentliche Pressvorgang. Während der Durchführung des Pressvorgangs 160 wird überprüft 165, ob die entsprechende Strecke pro Zeiteinheit erreicht wurde und verändert ggf. die Presskraft.

XXX Expertensystem

Bediener gibt nur Bauteilinformationen Nettofügefläche, Material, Dicke, zulässige Gesamtdeformation, keine Prozessinformation vom Anwender vorgegeben

Kein Prozesswissen notwendig: Schweißtemperatur, Stauchung, Sollwert Kraftvorgaben, Anwender muss nicht per Versuch zu Prozessparametern kommen; Entwicklungszeit verkürzt sich, Prozess muss nicht "designt" werden, Prozessingenieur nicht mehr notwendig, kann Tage dauern bis 1-2Wochen, Anlagenschwankung von einer Anlage zur nächsten

Aus den Bauteilinformationen werdne Prozessparameter abgeleitet, werden in der Steuerung generiert.

System kennt ungefähren Kraftbereich, Zielgröße ist Deformation des Bauteils Wegsensorik, Stempel verfährt (Widerlager des Stempels?)

Wegsensorik sitzt außerhalb der Vakuumkammer und außen im Kalten am Presszylinder System bekommt Vorspannung (komprimiert, Elastizität) z.B. Zylinder macht 5mm, Bauteil geht 0,3mm nach unten (reversible Verformung)

Plastische Verformung ist Ziel,

Indirekte Messung, plastische VerFormung wird nicht am Bauteil selbst gemessen Winzige Verformung (Kriechen; Deformationsrate) muss erfasst werden können, um diese einstellen zu können

Expertenvorgabe erzeugt rein reversible (elastische) Startkraft (Antwort des Systems)

Danach 1 Minute warten -> Stempel bleibt an Position stehen

Kraft Erhöhung z.B. 2200 Tonnen -> 1 ,5 mm -> Stempel bleibt stehen?

Kraft Erhöhung z.B. 2400 Tonnen -> 1 ,5mm -> Stempel bleibt stehen?

Kraft Erhöhung z.B. 2600 Tonnen -> 1 ,5mm -> Stempel bewegt sich ganz langsam kontinuierlich weiter (Kriechrate)

Schweißzeit kommt aus Expertensystem, ist Systemvorgabe z.B. 30 Minuten Errechnet jetzt z.B. 1mm pro 30 Minuten Ermittelt Kriechrate des Stempels

Neue Sprungantwort nach z.B. 1 Minute, danach Ermittlung der Kriechrate (in Mikrometer)

Neue Sprungantwort, danach Kriechrate ggf. zu groß, keine Erhöhung der Kraft ■*· (=Feedback)

Was passiert, wenn Kunde Material nicht kennt oder falsches Material angibt? System erkennt automatisch Material durch Pressenantwort Unterschiedliches Ausgangsmaterial -> Anlage gleicht aus

XXX Hierbei kann z.B. ein ansteigender Pressdruck bereits im mit Schritt 125 erzeugten Satz von Steuerparametern hinterlegt sein, welcher im Laufe des Fügeverfahrens 160 adaptiv nachgeführt wird. Auch eine maximale oder gewünschte Auslenkung des Presszylinders 24 auf einen gewünschten Endwert kann im Satz der ursprünglichen Steuerparameter bereits hinterlegt sein. Während der Überprüfung bzw. Anpassung von Steuerparametern 165 kann auch festgestellt werden, ob der gewünschte Endwert für die Auslenkung des Presszylinders 24 und/oder die Verformung des Werkstücks erreicht werden kann, ohne gegebenenfalls einen Pressdruck zu überschreiten, mit welchem das Werkstück bzw. die Charge 50 möglicherweise eine Beschädigung oder übermäßige Verformung erfahren könnte.

In einem Schritt 180 kann sich gegebenenfalls eine Nachbehandlung des Werkstücks bzw. der Charge 50 anschließen. Dies kann ein weiteres Temperieren, weiteres Erhitzen oder ein Abkühlen mit einer definierten Temperaturkonstante sein. Im Anschluss an die Nachbehandlung 180 ist das Werkstück bzw. die Charge 50 ausreichend abgekühlt und kann in Schritt 190 aus der Anlage 1 entnommen werden.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die gegebenenfalls nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchem der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist. Bezuaszeichenliste:

1 Hochtemperatur-Fügeofen

3 Motoreinheit

4 erste Sensoreinrichtung

5 weitere Sensoreinrichtung

6 Pressenaufnahmebereich des Gehäuses 12

7 Stützrahmenelement (waagrecht, unten)

8 Unterkonstruktion

9 Stützrahmenelement (senkrecht)

10 Stützrahmenelement (waagrecht, oben)

11 Befüll- und/oder Entnahmeöffnung

12 Gehäuse

14 Heizeinrichtung

15 Heizkammer

16 thermische Isolierung

18 Pressenwiderlager bzw. Abstützungsbereich der Presse am Außenrahmen bzw.

Stützrahmenelement

20 Presseinrichtung

22 Druckverteilelement

24 Presszylinder

26 Übertragungsstück

28 Presskrafterzeuger

29 Gegenpressstempel

32 Pressstempel

34 Werkstückaufnahme

36 Pressplatte

37 Druckverteilstück

38 Gegenpresselement

42 zweite Sensoreinrichtung

44 Speicherprogrammierbare Steuerung

45 Benutzerterminal mit SPS, Eingabe- und Ausgabeeinrichtung 46 Ausgabeeinrichtung

48 Eingabeeinrichtung

50 Werkstück

54 Unterdruckerzeuger (Vakuumpumpe) 100 Fügeverfahren

110 Befüllen 120 Parametrisierung 125 Erzeugung von Steuerparametern 130 Heizphase 140 Ggf. Vorbehandlung

150 Vorbereitung 160 Pressung bzw. Fügeschritt 165 Überprüfung bzw. Anpassen von Steuerparametern 170 Bereitstellen von Sensorsignalen 180 Ggf. Nachbehandlung

190 Entladen der Anlage