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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerk-
und/oder Karosseriebauteils gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, wie es bspw. aus der gattungsbildend zugrunde gelegten
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
der Ausgangsbauteile werden diese in einem Durchlaufofen mit anschließendem
Abschreckvorgang vergütet. Danach werden die vergüteten
und die nicht vergüteten Ausgangsbauteile zu dem Endbauteil
zusammengefügt, insbesondere verschweißt. Durch
diese Vorgehensweise ist es möglich, Endbauteile herzustel len,
die ein gezieltes Festigkeitsverhalten 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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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrunde gelegte Verfahren dahingehend
weiter zu entwickeln, dass Gesamtaufwand bei der Herstellung von
Endbauteilen zumindest verringert ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten des
Anspruchs 1 gelöst. Durch das zuerst vorgenommene wenigstens
teilweise Formen eins Ausgangs- und/oder eines Endbauteils aus einem
Ausgangsbauteil und die erst anschließend erfolgende lokale
induktive Härtung des zumindest teilweise geformten Ausgangs-
bzw. Endbauteils, das insbesondere mittels eines Innenhochdruck-Umformverfahrens
geformt wird, kann zumindest auf eine aufwendige thermische Vorbehandlung des
wenigstens bereichsweise aus einem wärmebehandelbaren,
vorzugsweise metallischen Werkstoff bestehenden Endbauteils verzichtet
werden.
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Des
Weiteren können durch die erfindungsgemäße
Vorgehensweise auch in einfacher und preisgünstiger Weise
variable Härtgeometrien, wie bevorzugt 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 Endbauteils viel
genauer und detaillierter ausgebildet werden. In besonderer Weise
ist es sogar möglich, eventuell vorliegende und ggf. unerwünschte
Spannung innerhalb des Endbauteils durch ein orts- und/oder formdefiniertes
Spannungsarmglühen gezielt zu ver ringern. Insbesondere
können durch die genannte Vorgehensweise in diesem Zusammenhang
auch die gehärteten Zonen abgelassen werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird das Ausgangs- oder das Endbauteil
zuerst aus einzelnen Bauteilkomponenten gefügt und ggf.
umgeformt. Erst bei dem zumindest teilweise gefügten Ausgangs- bzw.
Endbauteil werden gezielt Bereiche lokal induktiv gehärtet.
Dadurch kann insbesondere der bislang notwendige Aufwand bei der
Wärmebehandlung reduziert werden, da nur kritische Endbauteilbereiche und/oder
Einzelbauteilbereiche und/oder Einzelkomponentenbereiche gezielt
und nur im erforderlichen Umfang gehärtet 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 zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zum lokalen induktiven Härten von Bauteilen,
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2 einen
aus mehreren miteinander gefügten Ausgangsbauteilen bestehender
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 Härtung 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 induktiv gehärtet
werden.
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Die
gesamte Wärmebehandlung umfasst in zweckmäßiger
Weise eine induktive Härtung und/oder in günstiger
Weise zusätzlich noch ein induktives Weich- bzw. Spannungsarmglühen.
Als derart zu behandelnde Bauteile, also sowohl Ausgangs- als auch
Endbauteile, 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 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 Bau teile 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 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- 9a–d und/oder
Integralträger 2) 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 gehärtete und/oder 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 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]