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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung
eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, wie es bspw. aus der
DE
101 20 934 B4 als bekannt hervorgeht.
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Aus
der
DE 101 20 934
B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerk- und/oder
Karosseriebauteils, wie bspw. eines Integralträgers, eines Vorder-
und/oder Hinterachsträgers und/oder Türschweller
und/oder Stoßfänger und/oder Längsträger und/oder
von A, B – oder C-Säulen usw. – im folgenden
vereinfachend Bauteil genannt – bekannt. Bei dem vorbekannten
Verfahren werden vorzugsweise Bauteilkomponenten aus warmvergüteten
Stahlblechen mit Bauteilkomponenten aus weichen, vorzugsweise unvergüteten
Stahlblechen vorzugsweise durch Schweißen zu einem zumindest
vorerst abschließenden Bauteil gefügt. Die warmvergütete Bauteilkomponente
wird vor dem Fügen insbesondere aus mehreren vorgeformten
unvergüteten Einzelbauteilen, die miteinander verbunden
werden, hergestellt. Nach der Herstellung der Bauteilkomponente wird
diese in einem Durchlaufofen mit anschließendem Abschreckvorgang
vergütet. Danach werden die vergüteten und die
nicht vergüteten Bauteilkomponenten zu dem Endbauteil zusammengefügt,
insbesondere verschweißt. Durch diese Vorgehensweise ist
es möglich, Bauteile herzustellen, die ein gezieltes Festigkeitsverhalten
aufweisen, wobei nur diejenigen Bauteilkomponenten in teurer Weise
vergütet sind, die auch ein hohes Festigkeitsverhalten
aufweisen müssen. Trotz dieser Vorzüge ist bei derartig
hergestellten Endbauteilen der erforderliche Aufwand immer noch
sehr hoch.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit
der der Gesamtaufwand bei der Herstellung von Bauteilen zumindest
verringert ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des
Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verwendung eines Forminduktors
an vorzugsweise einem Greifersystems eines Industrieroboters kann
auf einfache Weise an einem zumindest teilweise geformten Bauteil
eine lokale induktive Erwärmung zum Zweck einer Härtung
und/oder eines Spannungsarmglühens vorgenommen werden.
Dadurch kann auf einen Durchlaufofen verzichtet werden, wodurch
u. a. der Invest und auch der Betriebskostenanteil der Wärmehandlung
verringert ist.
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Sinnvollerweise
erfolgt vor der Wärmebehandlung zuerst ein wenigstens teilweises
Formen des Bauteils aus einem Anfangsbauteil, das bevorzugt mittels
eines Innenhochdruck-Umformverfahrens und/oder aus mehreren insbesondere
vorgeformten Bauteilkomponenten oder Einzelbauteilen geformt wird.
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Durch
die erfinderische Vorrichtung ist es des Weiteren möglich
in einfacher und preisgünstiger Weise variable Härtgeometrien
bzw. -muster, wie bevorzugt Zugwendeln, Druckrippen, Umfangshärtungen
usw. aber auch durch induktives Spannungsarmglühen realisierbare
Erweichungsgeometrien bzw. -muster herzustellen. Ferner ist die
Prozessführung durch die mögliche, insbesondere
variable Verwendung von Vorschubhärtung und/oder Schusshärtung vereinfacht.
Besonders von Vorteil ist zusätzlich noch, dass die Vergütung
der Bauteile noch im bereits zusammengebauten Zustand möglich
ist. Dadurch wiederum kann die Ausgestaltung des Härte- und/oder
Erweichungs- und/oder des Festigkeitsprofils eines Bauteils viel
genauer und detaillierter ausgebildet werden. In besonderer Weise
ist es sogar möglich, eventuell vorliegende und ggf. unerwünschte Spannung
innerhalb des Bauteils durch ein Orts- und/oder formdefiniertes
Spannungsarmglühen gezielt zu verringern. Insbesondere
können durch die genannte Vorgehensweise in diesem Zusammenhang
auch die gehärteten Zonen angelassen werden.
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Bei
Bauteilen, die zuerst aus einzelnen Bauteilkomponenten gefügt
und ggf. umgeformt werden können erst bei einem zumindest
teilweise gefügten Bauteil gezielt Bereiche lokal induktiv
erwärmt, insbesondere gehärtet und/oder spannungsarm
geglüht werden. Dadurch kann insbesondere der bislang notwendige
Aufwand bei der Wärmebehandlung reduziert werden, da nur
kritische Bauteilbereiche und/oder Einzelteilbauteilbereiche und/oder
Bauteilkomponentenbereiche gezielt und nur im erforderlichen Umfang
gehärtet bzw. erweicht werden müssen.
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Weitere
sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
entnehmbar. Im Übrigen wird die Erfindung anhand von in
den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
Vorrichtung zur lokalen Wärmebehandlung von Bauteilen,
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2 ein
aus mehreren miteinander gefügten Bauteilkomponenten bestehendes
komplexes Bauteil mit verschiedenen Spannungsbereichen,
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3a einen
Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 mit einer
Streifenhärtung,
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3b einen
Querschnitt parallel zur Linie III-III in 2, diesmal
mit einer durchgehenden Umfangsstreifenhärtung,
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4a ein
hohlzylindrisches und mittels Innenhochdruck umgeformtes Bauteil
mit mäanderförmigem Härtestreifen und
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4b ein
hohlzylindrisches und mittels Innenhochdruck umgeformtes Bauteil
mit weiteren Härtemustern.
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In 1 ist
eine Vorrichtung zur lokalen Wärmebehandlung von insbesondere
komplexen Bauteilen, welches aus mehreren miteinander gefügten Bauteilkomponenten 9a–d
besteht, dargestellt. Die Vorrichtung ist innerhalb einer Produktionslinie
für Rohkarossen 1 von Kraftfahrzeugen insbesondere von
Personenkraftwagen angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das komplexe Bauteil also die komplette Rohkarosse 1.
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Mit
der dargestellten Vorrichtung können ferner insbesondere
weitere frei zugängliche Bauteilkomponenten der Rohkarosse 1,
die aus einem wärmebehandelbaren, vorzugsweise metallischen
Werkstoff gefertigt sind, während des Produktionsprozesses,
bevorzugt entlang einer Produktionslinie, entsprechend örtlich
definiert und gezielt wärmebehandelt werden.
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Die
Wärmebehandlung umfasst zweckmäßiger
Weise eine induktive Härtung und/oder ein induktives Weichglühen.
Als derart zu behandelnde Bauteile eignen sich insbesondere Integralträger 2,
Fahrwerk- und/oder Karosseriebauteile, Vorder- oder ein Hinterachsträger,
Türschweller, Stoßfänger, Längsträger
und/oder A-, B- oder C-Säulen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 weist
drei mehrachsige Industrieroboter 3, 4 und 5 auf.
An dem Arm jedes Industrieroboters 3, 4 und 5 ist
jeweils ein Forminduktor 6 angeordnet. Am Greifersystem
der Industrieroboter 3, 4 und 5 ist im Bereich
des jeweiligen Forminduktors 6 ferner ein jeweils dem Forminduktor 6 zugeordneter
Transformator 7 angeordnet. Der Forminduktor 6 und
der Transformator 7 eines jeden Industrieroboters 3, 4 und 5 sind
mit einem flexiblen Schlauchpaket 8 versehen, mit welchen
sie mit Strom und einem Kühlmittel versorgt werden können.
Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung kann auf bisher übliche
energieintensive Wärmeöfen zur Wärmebehandlung
verzichtet werden. Des Weiteren können Bauteile mittels
der industrierobotergeführten Formindukturen 6 mit
unterschiedlich geformten Härtemuster und/oder spannungsarm
geglühten Erweichungsmustern in einer hochflexiblen und
extrem variablen Weise versehen werden.
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In 2 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Bauteil
ein Integralträger 2 dargestellt. Der Integralträger 2 ist
aus mehreren Bauteilkomponenten 9a–d gefertigt,
vorzugsweise miteinander verschweißt, geklebt oder in sonstiger
eine sicher Verbindung bildenden Weise miteinander gefügt
sind. Die Bauteilkomponenten 9a–d können
ihrerseits aus bevorzugt vorgeformten und miteinander bleibend verbundenen
Einzelbauteilen gebildet sein. Entlang des geschwungenen Bereichs
des Integralträgers 2 sind die Spannungsverhältnisse
(Zugspannung: Sigma+; Druckspannung: Sigma–) eingezeichnet.
Je nach gewünschtem Verhalten des Integralträgers 2, insbesondere
hinsichtlich seines gewünschten Crashverhaltens, können
diese geschwungenen Bereiche lokal ausgesteift bzw. gehärtet
und/oder lokal erweicht, also spannungsarm geglüht werden.
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In 3a ist
ein Querschnitt durch den geschwungenen Bereich des Integralträgers 2 nach 2 dargestellt.
Der Querschnitt weist entlang seiner Umfangslinie gehärtete
und/oder mittels Spannungsarmglühen realisierte erweichte
Streifen auf. Diese Streifen können in Verlaufsrichtung
des betroffenen Bereiches (geschwungener Bereich) parallel zur Mittellinie
des geschwungenen Bereiches (Mittelstreifenhärtung 10 bzw.
-erweichung 11) und/oder quer in Art eines Schraubengewindes
(Schraubenlinienhärtung 12 bzw. -erweichung 13)
und/oder mäanderförmig (Mäanderstreifenhärtung 14 bzw.
-erweichung 15) angebracht werden. Die Ränderbereiche
der Streifenhärtungen können geradlinig und/oder
gewellt und/oder parallel oder gegenläufig zueinander sowie
einen sonstigen Verlauf aufweisen. Ergänzend oder ersatzweise
können auch alle weiteren denkbaren Härtemuster
und/oder Erweichungsmuster realisiert werden.
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In 3b ist
ein weiterer Querschnitt dargestellt, der parallel zur Linie III-III
in 2 ausgerichtet ist. In die sem Fall verläuft
die Härtung (Umfangsstreifenhärtung 16)
entlang des gesamten Umfangs des Querschnitts. Auch in diesem Fall
können die Ränderbereiche der Umfangsstreifenhärtungen 16 geradlinig
und/oder gewellt uns/oder parallel oder gegenläufig zueinander
sowie einen sonstigen Verlauf aufweisen.
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In 4a ist
ein Ausschnitt eines zumindest bereichsweise hohlzylindrischen Bauteils
dargestellt, das vorzugsweise mittels Innenhochdruckumformung hergestellt
wurde. Dieses Bauteil weist entlang seiner Verlaufsrichtung eine
dieser Verlaufrichtung folgende Mäanderstreifenhärtung 14 bzw.
-erweichung 15 auf. Eine derartige Ausformung eines Härte-
bzw. eines durch Spannungsarmglühen realisierbaren Erweichungsmusters
ist insbesondere bei Zug- und/oder Druckbelastungen entlang der
Ausbreitungsrichtung eines Bauteils von Nutzen.
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In 4b ist
ein zu dem Bauteil nach 4a analoges
Bauteil dargestellt, das entlang seines Außenmantels verschiedene
Umfangsstreifenhärtungen 16 und Umfangsstreifenerweichungen 17,
Mittelstreifenhärtungen 10 und Mittelstreifenerweichungen 11 sowie
quer zur Umfangslinie ausgerichtete Schraubenlinienhärtungen 12 bzw.
Schraubenlinienerweichungen 13 aufweist. Der Name Schraubenlinie
ist hierbei darauf zurückzuführen, dass sich derartige
Schraubenstreifenhärtungen 12 bzw. -erweichungen
bei längerer Erstreckung in der Art eines Schraubengewindes über
den Außenmantel des Bauteils erstrecken würden.
Das Bauteil gemäß 4b weist
ferner noch eine Druckplatte 18 auf, die in Form einer
Kreisfläche am Außenmantel des Bauteils angeordnet
ist. Handelt es sich bei der Druckplatte 18 um einen gehärteten
Bereich kann sie zur Druckaufnahme, im Falle eines erweichten Bereiches
als erwünschte Durchbruch- und/oder Aufwölbstelle
vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10120934
B4 [0001, 0002]