DE102007006256A1

DE102007006256A1 - Heat treatment industrial robot for e.g. automotive metal body panel has multi-axis arm terminating in form inductor

Info

Publication number: DE102007006256A1
Application number: DE102007006256A
Authority: DE
Inventors: Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Dieter Dipl.-Ing. Hahn (FH); Wolfgang Dipl.-Ing. Hansen; Arie-Stephan Dipl.-Ing. Koller (Fh); Bertram Dipl.-Ing. Seifert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-14

Abstract

A metal component e.g. automotive body panel is heat treated by an assembly consisting of a multi-axis industrial robot with an arm terminating in a form induction heating assembly.

Description

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.The invention relates to a device for heat treatment of a component according to the preamble of claim 1, as it is, for example. From the DE 101 20 934 B4 as known.

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.From the DE 101 20 934 B4 is a method for producing a chassis and / or body component, such as. An integral carrier, a front and / or Hinterachsträgers and / or door sills and / or bumpers and / or side members and / or A, B - or C-pillars etc. - in the following simplifying called component - known. In the known method preferably component components made of heat-treated steel sheets with component components made of soft, preferably unsigned steel sheets are preferably joined by welding to an at least for the time being final component. The hot-tempered component component is made prior to joining in particular from a plurality of preformed unshared individual components which are joined together. After the component component has been manufactured, it is tempered in a continuous furnace followed by a quenching process. Thereafter, the annealed and the non-annealed component components are joined together, in particular welded, to the end component. By this procedure, it is possible to produce components that have a targeted strength behavior, with only those component components are annealed in expensive ways that must also have a high strength behavior. Despite these advantages, the required effort is still very high in such manufactured end components.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der der Gesamtaufwand bei der Herstellung von Bauteilen zumindest verringert ist.The The object of the invention is to develop a device with the total effort in the manufacture of components at least is reduced.

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.The The object is achieved by a method with the method steps of Claim 1 solved. By using a shape inductor preferably on a gripper system of an industrial robot in a simple manner on an at least partially shaped component a local inductive heating for the purpose of curing and / or a Spannungsarmglühens be made. This can be dispensed with a continuous furnace, which u. a. the Invest and also the operating cost portion of the heat treatment is reduced.

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.Logically, takes place before the heat treatment, first at least a partial Forming of the component from an initial component, preferably by means of a hydroforming process and / or a plurality of particular preformed component components or individual components is formed.

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.By the inventive device is further possible in a simple and inexpensive way variable hardness geometries or pattern, such as preferred Zugwendeln, pressure ribs, Umfangshärtungen etc. but also by inductive stress relief annealing realizable To produce softening geometries or patterns. Furthermore, the Litigation by the possible, in particular variable use of feed hardening and / or shot hardening simplified. In addition, it is particularly advantageous that the remuneration the components still possible in the already assembled state is. This in turn can the design of the hardness and / or Softening and / or the strength profile of a component much be formed more accurate and detailed. In a special way It is even possible, possibly present and possibly unwanted voltage within the component by a location and / or shape-defined Reduce stress relieving in a targeted manner. Especially can by the said procedure in this context even the hardened zones are tempered.

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.at Components that are first joined from individual component components and if necessary, can only be reshaped if at least one partially joined component targeted areas locally inductive heated, in particular hardened and / or low in tension be annealed. As a result, in particular the previously necessary Effort in the heat treatment can be reduced, as only critical component areas and / or component parts areas and / or Component component areas specifically and only to the required extent must be hardened or softened.

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:Further useful embodiments of the invention are the dependent claims removable. Incidentally, the invention is based on in The drawings illustrated embodiments closer explained. Showing:

1 eine Vorrichtung zur lokalen Wärmebehandlung von Bauteilen, 1 a device for local heat treatment of components,

2 ein aus mehreren miteinander gefügten Bauteilkomponenten bestehendes komplexes Bauteil mit verschiedenen Spannungsbereichen, 2 a complex component consisting of a plurality of interconnected component components with different voltage ranges,

3a einen Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 mit einer Streifenhärtung, 3a a cross section along the line III-III in 2 with a strip hardening,

3b einen Querschnitt parallel zur Linie III-III in 2, diesmal mit einer durchgehenden Umfangsstreifenhärtung, 3b a cross section parallel to the line III-III in 2 , this time with a continuous circumferential strip hardening,

4a ein hohlzylindrisches und mittels Innenhochdruck umgeformtes Bauteil mit mäanderförmigem Härtestreifen und 4a a hollow cylindrical and by means of In nenhochdruck formed component with meandering hardened strip and

4b ein hohlzylindrisches und mittels Innenhochdruck umgeformtes Bauteil mit weiteren Härtemustern. 4b a hollow cylindrical and formed by hydroforming component with other hardness patterns.

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.In 1 is a device for local heat treatment of particular complex components, which consists of several component components joined together 9a -D exists. The device is within a production line for bodyshells 1 of motor vehicles, in particular of passenger cars. In the present embodiment, therefore, the complex component is the complete body shell 1 ,

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.In particular, further freely accessible component components of the body shell can be used with the illustrated device 1 , which are made of a heat-treatable, preferably metallic material, during the production process, preferably along a production line, according to locally defined and heat treated specifically.

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.The heat treatment expediently comprises an inductive hardening and / or an inductive annealing. In particular, integral carriers are suitable as components to be treated in this way 2 , Chassis and / or body parts, front or a rear axle, door sills, bumpers, side members and / or A, B or C columns.

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.The device according to the invention 1 has three multi-axis industrial robots 3 . 4 and 5 on. On the arm of every industrial robot 3 . 4 and 5 is in each case a shape inductor 6 arranged. On the gripper system of industrial robots 3 . 4 and 5 is in the range of the respective shape inductor 6 further, one each to the mold inductor 6 associated transformer 7 arranged. The mold inductor 6 and the transformer 7 of every industrial robot 3 . 4 and 5 are with a flexible hose package 8th provided with which they can be supplied with electricity and a coolant. By this embodiment of the device can be dispensed with hitherto conventional energy-intensive heat ovens for heat treatment. In addition, components can be produced by means of the industrial robot-guided form structures 6 be provided with differently shaped hardness pattern and / or low-stress annealed softening patterns in a highly flexible and extremely variable manner.

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.In 2 is as a further embodiment of a component integral carrier 2 shown. The integral carrier 2 is made up of several component components 9a -D made, preferably welded together, glued or joined together in any other secure connection forming manner. The component components 9a In turn, they can be formed from preferably preformed individual components which are permanently connected to each other. Along the curved area of the integral support 2 the stress ratios (tensile stress: sigma +; compressive stress: sigma) are plotted. Depending on the desired behavior of the integral carrier 2 , in particular with regard to its desired crash behavior, these curved areas can be locally stiffened or hardened and / or locally softened, that is stress-relieved annealed.

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.In 3a is a cross section through the curved portion of the integral carrier 2 to 2 shown. The cross-section has hardened strips along its peripheral line and / or realized by stress relief annealing. These stripes may be in the direction of the affected area (curved area) parallel to the center line of the curved area (central area hardening 10 or softening 11 ) and / or transversely in the manner of a screw thread (helical hardening 12 or softening 13 ) and / or meandering (meandering strip hardening 14 or softening 15 ). The edge areas of the strip cures may be rectilinear and / or wavy and / or parallel or opposite to each other and have a different course. In addition or as a substitute, all other conceivable hardness patterns and / or softening patterns can be realized.

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.In 3b a further cross-section is shown, which is parallel to the line III-III in 2 is aligned. In this case, the cure (Umfangsstreifenhärtung 16 ) along the entire circumference of the cross section. Also in this case, the marginal areas of the perimeter strip cures 16 rectilinear and / or wavy us / or parallel or opposite to each other and have a different course.

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.In 4a is a section of an at least partially hollow cylindrical component shown, which was preferably prepared by hydroforming. This component has a meander strip hardening along its course direction following this course 14 or softening 15 on. Such a shaping of a softening pattern that can be realized by stress relief annealing is particularly useful in the case of tensile and / or compressive loads along the propagation direction of a component.

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.In 4b is a to the component after 4a represented analog component, along its outer sheath different Umfangsstreifenhärtungen 16 and perimeter strip softening 17 , Central band hardening 10 and mid-band softening 11 as well as transverse to the circumference aligned helical hardening 12 or helical line softening 13 having. The name helical line is due to the fact that such Schraubenstreifenhärtungen 12 or softening would extend over a longer extension in the manner of a screw thread over the outer jacket of the component. The component according to 4b also has a printing plate 18 on, which is arranged in the form of a circular surface on the outer jacket of the component. Is it the printing plate 18 around a hardened area it can be provided for pressure absorption, in the case of a softened area as a desired breakthrough and / or Aufwölbstelle.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10120934 B4 [0001, 0002]

Claims

Device for the heat treatment of a component, characterized in that the device comprises at least one multi-axis industrial robot ( 3 . 4 . 5 ) and one on the arm of the industrial robot ( 3 . 4 . 5 ) arranged form inductor ( 6 ) having.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the industrial robot ( 3 . 4 . 5 ) in the region of the shape inductor ( 6 ), in particular on the gripper system of the industrial robot ( 3 . 4 . 5 ), a transformer ( 7 ) for the shape inductor ( 6 ) is arranged.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that on the mold inductor ( 6 ) and / or on the transformer ( 7 ) a particularly flexible hose package ( 8th ) and that the shape inductor ( 6 ) and / or the transformer ( 7 ) by means of the hose package ( 8th ) can be acted upon with electricity and / or coolant.

Device according to claim 1, characterized in that that the component is at least partially made of a heat-treatable, preferably metallic material is made.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the component is a chassis and / or body component, in particular an integral support ( 2 ), a front or a rear axle carrier or a door sill or a bumper or a side member or an A, B or C-pillar.