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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen
Fahrwerk- und/oder Karosseriebauteils gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es bspw. aus der
DE 101 20 934 A1 als bekannt
hervorgeht.
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Aus
der
DE 101 20 934
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerk- und/oder
Karosseriebauteils, wie bspw. Vorder- und/oder Hinterachsträger
und/oder Türschweller und/oder Stoßfänger und/oder
Längsträger und/oder A, B – oder C-Säulen usw. – im
folgenden vereinfachend Endbauteil genannt – bekannt. Bei
dem vorbekannten Verfahren werden Bauteilkomponenten aus warmvergüteten Stahlbleche
mit Bauteilkomponenten aus weichen, vorzugsweise unvergüteten
Stahlblechen vorzugsweise durch Schweißen zu einem Endbauteil
gefügt. Die warmvergütete Bauteilkomponente wird
vor dem Fügen insbesondere aus mehreren vorgeformten unvergüteten
Einzelbauteilen, die miteinander verbunden werden, hergestellt.
Im nachfolgenden werden die Einzelbauteile und die Bauteilkomponenten
vereinfachend als Ausgangsbauteile bezeichnet. Nach der Herstellung
des Ausgangsbauteils wird dieses in einem Durchlaufofen mit anschließendem
Abschreckvorgang vergütet. Danach werden die vergüteten
und die nicht vergüteten Ausgangsbauteile zu dem Endbauteil
zusammengefügt. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich
Endbauteile herzustellen, die ein gezieltes Festig keitsverhalten
aufweisen, wobei nur diejenigen Ausgangsbauteile 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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Zur
Senkung der Herstellungskosten ist es u. a. auch bekannt, Ausgangsbauteile
(Bauteilkomponenten und/oder Endbauteile) vorab zumindest teilweise
vor- und/oder formzubiegen und anschließend mittels eines
Innenhochdruck-Umformverfahrens formgebend zu bearbeiten. Durch
diese Vorgehensweise entstehen während des Biegens u. a.
Bereiche höchster Zug- und/oder Druckeigenspannungen. Zusätzlich
und/oder in Folge dieser Eigenspannungen kann es während
der Innenhochdruckumformung zu Rissbildungen kommen. Wegen der genannten Nachteile
werden insbesondere sicherheitsrelevanten Endbauteilen und/oder
Ausgangsbauteile genauestens überwacht und betroffene Teile
aussortiert. Auch hier ist der Gesamtaufwand also sehr hoch.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem
der Gesamtaufwand bei der Herstellung von geformten Endbauteilen und/oder
Ausgangsbauteilen zumindest verringert ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des
Anspruchs 1 gelöst. Durch das lokale induktive Spannungsarmglühen
der zumindest teilumgeformten Ausgangsbauteile (Einzelbauteile und/oder
Bauteilkomponenten) oder der Endbauteile, vorzugsweise im Bereich
hoher Eigenspannungen und besonders bevorzugt im Bereich von Eigenspannungsspitzen,
werden die Eigenspannungen im wärmebehandelbaren, vorzugsweise
metallischen Werkstoff des Endbauteils zumindest teilweise abgebaut
und insbesondere wird die Gefahr einer Rissbildung zumindest verringert.
Ferner ist zusätzlich das Umformpotential eines Ausgangsbauteils
gesteigert, wodurch weitere Umformoperationen prozesssicher durchgeführt
werden können. Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße
Verfahren ggf. zwar ein zusätzlicher Arbeitsschritt eingeführt worden
sein, jedoch ist der Gesamtaufwand durch die hohe Prozesssicherheit,
die erweiterten Umformmöglichkeiten sowie die damit zusammenhängende erhöhte
Flexibilität sowie erweiterten möglichen Bauteilgeometrien
als auch den geringeren Ausschuss bemerkenswert verringert. Dies
zeigt sich insbesondere u. a. in einer Steigerung der Effizienz
bei der Produktion, in der Verringerung des Qualitätssicherungsaufwandes,
in einer gegenüber einer konventionellen Wärmebehandlung
eines Endbauteils und/oder Ausgangsbauteils kostengünstigeren In-Line-Erwärmung
durch das lokale induktive Spannungsarmglühen als auch
in geringeren Produktionskosten durch den Entfall von Konstruktionsmodifikationen
mit anschließender Absicherung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden einzelne Bauteilkomponenten
zuerst zu einem Ausgangsbauteil gefügt und dann insbesondere
zur Endform umgeformt. In sinnvoller Weise wird zur Umformung ein
Innenhochdruck-Umformverfahren angewendet. Bei dem zumindest teilweise aus
Ausgangsbauteilen hergestellten Endbauteil werden gezielt Bereiche
lokal induktiv spannungsarm geglüht. Dadurch kann insbesondere
der bislang notwendige Aufwand bei der auf einem Wärmeofen
beruhenden Wärmebehandlung reduziert werden, da nur kritische
Endbauteilbereiche und/oder Ausgangsbauteilbereiche gezielt und
nur im erforderlichen Umfang erwärmt bzw. spannungsarm
geglüht werden müssen. In besonderer Weise ist
es möglich, eventuell vorliegende unerwünschte
Spannung innerhalb des Endbauteils durch ein orts- und/oder formdefiniertes
Spannungsarmglühen gezielt zu verringern. Insbesondere
können durch die genannte Vorgehensweise in diesem Zusammenhang
auch möglicherweise gehärtete Zonen abgelassen
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung werden zur Herstellung des Endbauteils Ausgangsbauteile
gebogen und anschließend umgeformt. Je nach Umfang des Biegens
bzw. Umformens ist es zweckmäßig das jeweils vorliegende
Bauteil (Ausgangsbauteil, oder Endbauteil) vor und/oder nach dem
Biegen vor und/oder nach der Formgebung mittels der lokalen induktiven
Erwärmung spannungsarm zu glühen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Endbauteil aus Ausgangsbauteilen
gefügt sein. Bei dem Fügen können, besonders
wenn das Fügen mittels eines Schweißverfahrens
erfolgt, durch Gefügeumwandlungen und sonstige Einwirkungen
Eigenspannungen im Material auftreten. Insbesondere vor diesem Hintergrund
ist es zweckmäßig, nach dem Fügen das
Endbauteil vorzugsweise im Bereich der Fügung induktiv
lokal spannungsarm zu glühen.
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Des
Weiteren können durch die erfindungsgemäße
Vorgehensweise auch in einfacher und preisgünstiger Weise
variable Härtgeometrien, wie bspw. Zugwendeln, Druckrippen,
Umfangshärtungen usw. realisiert werden 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 Endbauteile noch im bereits zusammengebauten Zustand möglich
ist. Dadurch wiederum kann die Ausgestaltung des Härte- und/oder
des Festigkeitsprofils eines Endbauteil viel genauer und detaillierter
ausgebildet werden.
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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 zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zum lokalen Spannungsarmglühen bzw. Erweichen
von Bauteilen,
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2 einen
aus mehreren miteinander gefügten Bauteilkomponenten bestehende
r Integralträger mit verschiedenen Spannungsbereichen,
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3a einen
Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 mit einer
Streifenerweichung und -härtung,
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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 Endbauteil
mit mäanderförmigem Härtestreifen und
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4b ein
hohlzylindrisches und mittels Innenhochdruck umgeformtes Endbauteil
mit weiteren Härtemustern.
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In 1 ist
eine Vorrichtung zur lokalen Wärmebehandlung von insbesondere
komplexen Endbauteilen, welches aus mehreren miteinander gefügten
Ausgangsbauteilen 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 Endbauteil
also die komplette Rohkarosse 1.
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Mit
der dargestellten Vorrichtung können ferner insbesondere
weitere frei zugängliche Ausgangsbauteile der Rohkarosse 1,
die zumindest bereichsweise 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 in zweckmäßiger
Weise ein induktives Weich- bzw. Spannungsarmglühen und/oder
eine induktive Härtung. 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
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 Formin duktor 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 spannungsarm geglühten Erweichungsmustern und/oder
Härtemuster in einer hochflexiblen und extrem variablen
Weise versehen werden.
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In 2 ist
als weiteres Ausführungsbeispiel für ein Endbauteil
ein Integralträger 2 dargestellt. Der Integralträger 2 ist
aus mehreren Ausgangsbauteilen 9a–d gefertigt,
die vorzugsweise miteinander verschweißt, geklebt oder
in sonstiger eine sichere Verbindung bildenden Weise gefügt
sind. Die Ausgangsbauteile 9a–d und/oder der Integralträger 2 können ihrerseits
aus bevorzugt vorgeformten und miteinander bleibend verbundenen
Einzelbauteilen, die in diesem Fall im vorliegenden Wortsinn ebenso
Ausgangsbauteile 9a–d darstellen, 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 erweicht, also spannungsarm geglüht,
und/oder ausgesteift bzw. gehärtet werden.
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Der
aus zumindest bereichsweise einem wärmebehandelbaren, vorzugsweise
metallischen Werkstoff hergestellte Integralträger 2 wird
aus mehreren Ausgangsbauteilen 9a–d gebildet,
die formgebend bearbeitet und zumindest bereichsweise erwärmt
sind. Die Erwärmung erfolgt hierbei durch eine lokale induktive
Erwärmung, wobei der Werkstoff des Integralträgers 2 insbesondere
spannungsarm geglüht wird. Da die induktive Erwärmung
u. a. im Bereich hoher Eigenspannungen und bevorzugt im Bereich
von Eigenspannungsspitzen vorgenommen wird, können hierdurch
die Eigenspannungen und bevorzugt die Eigenspannungsspitzen der
Ausgangsbauteile 9a–d und/oder des Integralträgers 2 zumindest
teilweise abgebaut werden.
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In
zweckmäßiger Weise ist der Integralträger 2 aus
mehreren Ausgangsbauteilen 9a–d gefügt,
wobei die Ausgangsbauteile 9a–d bereichsweise
voneinander verschiedene Bauteilfestigkeiten aufweisen können.
Ein Ausgangsbauteil 9a–d kann zusätzlich gebogen
und anschließend umgeformt werden. Eine derartige Umformung
erfolgt in sinnvoller Weise mittels eines Innenhochdruckverfahrens.
Da bei dieser Umformung Eigenspannungen im Werkstoff des jeweiligen
Bauteils auftreten können, werden die betroffenen Bereiche
eines umgeformten Bauteils (Ausgangs- und/oder Endbauteil) in zweckmäßiger
Weise vor und/oder nach der Formgebung induktiv spannungsarm geglüht.
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Werden
zur Herstellung des Integralträgers 2 mehrere
Ausgangsbauteile 9a–d miteinander gefügt, insbesondere
verschweißt, erfolgt nach dem Fügen in sinnvoller
Weise ein induktiv lokales Spannungsarmglühen zumindest
einiger der gefügten Bereiche.
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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 mittels Spannungsarmglühen
realisierte erweichte und/oder gehärtete 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 Streifenerweichungen
bzw. -härtungen können geradlinig und/oder gewellt
und/oder parallel oder gegenläufig zueinander sowie einen
sonstigen Verlauf aufweisen. Ergänzend oder ersatzweise
können auch alle weiteren denkbaren Erweichungsmuster und/oder
Härtemuster realisiert werden.
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In 3b ist
ein weiterer Querschnitt dargestellt, der parallel zur Linie III-III
in 2 ausgerichtet ist. In diesem 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 Endbauteils
dargestellt, das vorzugsweise mittels Innenhochdruckumformung hergestellt
wurde. Dieses Endbauteil 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 Endbauteil nach 4a analoges
Endbauteil 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 Endbauteils erstrecken würden.
Das Endbauteil gemäß 4b weist
ferner noch eine Druckplatte 18 auf, die in Form einer
Kreisfläche am Außenmantel des Endbauteils 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
A1 [0001, 0002]