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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen einer metallischen
Beschichtung einer Platine, wobei die Platine aus einer Stahllegierung
besteht und bei welchem die metallische Beschichtung der Platine
bereichsweise unter Verwendung mindestens eines Laserstrahls ein-
oder beidseitig abgetragen wird. Darüber hinaus betrifft
die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Abtragen einer
metallischen Beschichtung einer Platine aus einer Stahllegierung,
mit welcher die metallische Beschichtung unter Verwendung mindestens
eines Laserstrahls bereichsweise abgetragen wird.
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Mit
zunehmenden Anforderungen im Hinblick auf ein möglichst
geringes Gewicht bei gleichbleibenden oder verbesserten mechanischen
Eigenschaften, insbesondere Crash-Eigenschaften, werden im Kraftfahrzeugbau
zunehmend höherfeste Stähle eingesetzt bzw. deren
Einsatz erforderlich. Platinen aus höherfesten Stählen
werden zur Erzielung hoher Zugfestigkeiten auf Austenitisierungstemperatur
erwärmt und direkt im Anschluss in einem gekühlten
Werkzeug zu einem Bauteil warmumgeformt und durch schnelle Abkühlung
im Werkzeug vergütet. Unbeschichtete Platinen neigen dazu,
während der Warmumformung zu verzundern, was dazu führt, dass
die Standzeiten der Umformwerkzeuge deutlich verringert werden.
Eine Möglichkeit, die Verzunderung der umzuformenden Platine
vor und während der Warmumformung und damit dem Verschleiß der Werkzeuge
entgegenzuwirken, ist es, die Platinen zu beschichten. Es hat sich
dabei gezeigt, dass insbesondere eine Aluminium-Silizium(AlSi)-Beschichtung neben
einem guten Korrosionsschutz auch gleichzeitig eine Verzunderung
der Platine selbst bei sehr hohen Temperaturen während
des Warmumformens verhindern kann. Für die Warmumformung
vorgesehene, belastungsgerecht ausgelegte Halbzeuge, sogenannte „tailored
Blanks", welche aus Platinen mit einer AlSi-Beschichtung hergestellt
sind, zeigen aber Probleme im Bereich der Schweißnähte,
welche auf das Eindringen von Aluminium in den Platinenwerkstoff
während des Schweißprozesses zurückzuführen
ist. Es treten Versprödung auf, welche bei der Warmumformung
Fehler verursachen, die sogar zu einem Bauteilversagen während
der Umformung führen können. Es ist daher wünschenswert,
insbesondere im Bereich von Schweißnähten die
Oberflächenbeschichtung selektiv, möglichst vollständig
zu entfernen.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 15 976 A1 ist bereits bekannt, eine
Oberflächenbeschichtung eines Werkstücks im Fügebereich durch
Einwirkung von Laserstrahlung abzutragen. Die genannte deutsche
Offenlegungsschrift bezieht sich im Wesentlichen auf eine Zinkschicht
oder eine Bonazinc-Beschichtung, welche durch Verdampfen abgetragen
wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass alleine die Verwendung von
Laserstrahlung noch nicht zu einer ausreichenden Entfernung der
Beschichtung aus den für die Schweißnähte
vorgesehenen Bereichen ermöglicht.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Abtragen einer metallischen Beschichtung sowie eine
entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, mit welchem bzw. mit welcher
einer ausreichende Abtragung der metallischen Beschichtung erfolgt,
so dass einwandfreie Schweißnähte in den entsprechenden Bereichen
erstellt werden können.
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Gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe
dadurch gelöst, dass die metallische Beschichtung der Platine durch
den Laserstrahl erhitzt wird und das zumindest teilweise gasförmige
und/oder flüssige Material der metallischen Beschichtung über
eine Absaugvorrichtung von der Platine entfernt wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Kombination von Erhitzen der Beschichtung
zusammen mit der Nutzung einer Absaugvorrichtung dazu führt,
dass vor allem metallische Beschichtungen einwandfrei und nahezu
rückstandslos von der Platine aus den entsprechend behandelten
Bereichen entfernt werden können. Einerseits kann die Temperatur
beim Abtragen reduziert werden, da nicht nur verdampfte Bestandteile
der Beschichtung entfernt werden, sondern auch teigige bzw. lediglich
verflüssigte Bestandteile. Dies ermöglicht zudem
eine Reduzierung der Temperatur während des Abtragens und
eröffnet die Möglichkeit, die zu entfernenden
Beschichtung durch Einstellung der Temperatur während des
Abtragens selektiv auszuwählen.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist die Platine zumindest einseitig eine AlSi-Beschichtung auf,
welche zumindest bereichsweise abgetragen wird. Trotz der hohen
Temperaturbeständigkeit der AlSi-Beschichtung kann diese
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einwandfrei
von den entsprechenden Bereichen der Platine entfernt werden und
so eine einwandfreie Schweißbarkeit mit einer verzunderungsfreien
Warmumformung kombinieren.
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Insbesondere
die Herstellung von „tailored Blanks" mit besonders hohen
Festigkeitswerten bei geringem Gewicht wird dadurch erreicht, dass
die Platine aus einem höherfesten Stahl, vorzugsweise aus
einer Stahlegierung vom Typ 22MnB5 besteht. Diese Werkstoffe werden
bevorzugt mit einer AlSi-Beschichtung versehen, da diese warm vergütbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher
einen wirtschaftlichen Einsatz dieser Platinen zur Herstellung von
Bauteilen für den Kraftfahrzeugbau, welche trotz des Vorhandenseins
von Schweißnähten einer Warmumformung unterzogen
werden können. Denkbar ist auch der Einsatz von weiteren warm
vergütbaren Stahlgüten.
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Wird
eine Abblasvorrichtung verwendet, welche das lasergestützt
aufgeweichte, zumindest teilweise gasförmige und/oder flüssige
Material der metallischen Beschichtung zusätzlich von der
Platine entfernt, kann die Effizienz des Abtragens der metallischen
Beschichtung weiter gesteigert werden.
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Gemäß einer
nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird im Bereich einer Schweißstoßkante
und/oder -fläche die metallische Beschichtung der Platine
abgetragen, so dass die entsprechend behandelten Platinen in einem I-Stoß oder Überlappstoß verschweißbar
sind. „Tailored Blanks" weisen typischerweise eine Schweißnaht in
Form eines I-Stoßes auf. Die Breite des Bereichs, in welchem
die metallische Beschichtung entfernt wird, beträgt typischerweise
0,6 mm bis 1 mm. Die Entfernung der Beschichtung im Bereich der
Stoßkante erfolgt üblicherweise auf beiden Seiten
der Platine entlang der Stoßkante, sofern die Platine beidseitig
beschichtet ist.
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Die
metallische Beschichtung, beispielsweise im Bereich einer Schweißstoßkante,
kann auf einfache Weise kostengünstig dadurch abgetragen
werden, dass die Platine während des Abtragens der metallischen
Beschichtung kontinuierlich bewegt wird, da in diesem Fall eine
feststehende Laseroptik zum Einsatz kommen kann. Die feststehende
Laseroptik ist nicht nur kostengünstiger, sie benötigt
auch einen geringeren Wartungsaufwand als bewegbare Laseroptiken.
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Eine
verbesserte Flexibilität im Hinblick auf die Bereiche,
in welchen die metallische Beschichtung auf der Platine entfernt
werden soll, wird dadurch erreicht, dass mindestens eine feststehende und/oder
mindestens eine bewegbare Laseroptik zum Fokussieren der Laserstrahlen
in einem Arbeitsbereich auf der Platine verwendet wird. Beispielsweise
können über zwei feststehende Laseroptiken zwei Laserstrahlen
auf je einer Seite der Platine fokussiert werden, so dass die Beschichtung
beidseitig einfach entfernt werden kann. Eine bewegbare Laseroptik
ermöglicht dagegen auch in nicht linearen Bereichen, beispielsweise
gekrümmten Bereichen, der Platine die metallische Beschichtung
zu entfernen.
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Wird
die Platine zumindest im Arbeitsbereich der Laserstrahlen senkrecht
oder in einer zur Horizontalen angewinkelten Position geführt,
besteht die Möglichkeit, die Laserstrahlquellen auf einfache
Weise anzuordnen und auf die jeweilige Seite der Platine zu fokussieren.
Der Wartungsaufwand wird aufgrund der Zugänglichkeit der
Laseroptiken verbessert.
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Die
Genauigkeit des Abtragens der metallischen Beschichtung hängt
unter anderem von der Positionsgenauigkeit der Platine zu den Laseroptiken ab.
Insofern wird gemäß einer nächsten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens die Platine zumindest
im Arbeitsbereich der Laserstrahlen zwischen beidseitig an der Platine
anliegenden Andruckrollen geführt.
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Eine
erste einfache Möglichkeit eine Kante der Platine im Arbeitsbereich
der Laserstrahlen einfach zu positionieren wird dadurch erreicht,
dass die Platine auf einer Führungsschiene unter Verwendung mindestens
eines Mitnehmers transportiert wird und die Führungsschiene
im Arbeitsbereich der Laserstrahlen die Platine relativ zu den Laserstrahlen
positioniert. Insbesondere kann die Führungsschiene zur Erzielung
einer möglichst genauen Vertikalposition der Platine, beispielsweise
beim Entfernen der metallischen Beschichtung an einer Schweißstoßkante, dienen.
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Eine
alternative Möglichkeit die Platine im Arbeitsbereich der
Laserstrahlen zu positionieren bzw. durch diesen mit hoher Genauigkeit
durchzuführen, wird gemäß einer weiteren
alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dadurch erreicht, dass die Platine alternativ auf einer
Aufnahmeplatte aufgenommen wird und die Aufnahmeplatte mit der Platine
in den Arbeitsbereich der Laserstrahlen transportiert wird. Über
die Aufnahmeplatte kann die Position der Platine relativ zum Arbeitsbereich sehr
genau eingestellt werden, wobei beispielsweise durch einen linearen
Transport der Aufnahmeplatte in den Arbeitsbereich der Laserstrahlen
eine sehr genaue Positionierung der Platine im Arbeitsbereich der Laserstrahlen
ermöglicht wird. Die Aufnahmeplatte kann beispielsweise
durch mit oder ohne Dichtungen versehene Ansaugkanäle die
Platine auf Position halten. Die Positionierung der Platine auf
der Aufnahmeplatte verbessern auf einfache Weise Anschläge, welche
in einem Einlaufbereich zum Bestücken der Aufnahmeplatte
mit einer Platine angeordnet sein können.
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Gemäß einer
weiteren, alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die Platine während des Abtragens der metallischen
Beschichtung stationär, wobei eine bewegbare Laseroptik
mit einer bewegbaren Absaugvorrichtung und optional mit einer bewegbaren
Abblasvorrichtung verwendet wird. Hierdurch wird eine maximale Flexibilität
erreicht, um beispielsweise auch in nicht linear verlaufenden Bereichen
auf der Platine, beispielsweise zur Realisierung der Schweißbereiche
von Verstärkungselementen auf der Platine, zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
wird ein gütegeschalteter Laser verwendet. Dieser Laser
zeichnet sich dadurch aus, dass er neben einer besonders kurzen
Pulsdauer auch sehr hohe Energien bzw. Energiedichten zur Verfügung
stellen kann. Diese sind hervorragend dazu geeignet, beispielsweise
bei einem Pulsüberlapp ein nahezu vollständiges
Abtragen der metallischen Beschichtung zu erzielen.
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Dennoch
ist es vorteilhaft gemäß einer nächsten
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Bereiche mit abgetragener metallischer Beschichtung zusätzlich
mechanisch, insbesondere unter Verwendung von Bürsten,
zu reinigen. Die zusätzliche mechanische Reinigung verringert
die Anwesenheit von metallischen Partikeln der Beschichtung in den
für die Schweißnaht vorgesehenen Bereichen weiter.
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Werden
die Bereiche der Platine mit abgetragener metallischer Beschichtung
plasmaspektroskopisch überprüft, kann festgestellt
werden, inwieweit die Platine für eine Weiterverarbeitung,
d. h. für ein Schweißen und ein anschließendes
Warmumformen, geeignet ist.
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Schließlich
wird das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick
auf eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens dadurch
verbessert, dass das Abtragen der Beschichtung, die optionale mechanische
Reinigung der abgetragenen Bereiche der Platine sowie die plasmaspektroskopische
Untersuchung in einer Bearbeitungslinie erfolgt, so dass Arbeitsschritte,
beispielsweise notwendige Positionierungen etc. eingespart werden
können.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe für eine gattungsgemäße Vorrichtung
dadurch gelöst, dass Mittel zur Fokussierung des mindestens
einen Laserstrahls in einem Arbeitsbereich und eine Absaugvorrichtung
vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Fokussierung den Laserstrahl
auf den abzutragenden Bereich der metallischen Beschichtung der Platine
fokussieren und die Absaugvorrichtung im Arbeitsbereich der Laserstrahlen
angeordnet ist, so dass das vom Laserstrahl erwärmte, zumindest
teilweise gasförmige und/oder flüssige Material
der metallischen Beschichtung von der Platine abgesaugt wird.
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Wie
bereits zuvor ausgeführt hat es sich gezeigt, dass die
Kombination aus lasergestütztem Erhitzen der Beschichtung
unter Verwendung einer Absaugvorrichtung im Arbeitsbereich der Laserstrahlen dazu
führt, dass die Beschichtung sicher und nahezu rückstandsfrei
von der Platine entfernt werden kann. In diesem Zusammenhang wird
auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen
Verfahren verwiesen, welche auch auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung zutreffen.
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Die
Wirtschaftlichkeit und die Positionsgenauigkeit der Platine im Hinblick
auf den Arbeitsbereich der Laserstrahlen kann durch eine erste Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch verbessert
werden, dass Mittel zum Transport und Positionieren der Platine
im Arbeitsbereich der Laserstrahlen vorgesehen sind. Diese ermöglichen auch
eine starke Rationalisierung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Gemäß einer
nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ermöglichen die Mittel zum Transport der Platine
einen senkrechten oder zur Horizontalen angewinkelten Transport
der Platinen im Arbeitsbereich der Laserstrahlen, so dass die Mittel
zur Fokussierung der Laserstrahlen auf einfache Weise, beispielsweise
auf jeder Seite der Platine angeordnet werden können, ohne
dass diese durch die Wärmeentwicklung während
des Laserschweißens beeinträchtigt werden. Gleichzeitig
ist bei dieser Anordnung der Mittel zur Fokussierung der Laserstrahlen
eine leichte Wartung möglich.
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Eine
kostengünstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht als Mittel zum Transport der Platine eine Transportkette
mit mindestens einem Mitnehmer und mindestens einer Führungsschiene
vor, wobei die Führungsschiene zur Positionierung der Platine
im Arbeitsbereich der Laserstrahlen dient. Mit dieser Vorrichtung
können auf einfache Weise beispielsweise Stoßkanten
und/oder -flächen von Platinen von metallischer Beschichtung befreit
werden.
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Weist
die Führungsschiene mindestens eine Öffnung im
Arbeitsbereich der Laserstrahlen zur Bereitstellung eines Absaugkanals
auf, besteht die Möglichkeit im unmittelbaren Arbeitsbereich
der Laserstrahlen die Absaugvorrichtung auf einfache Weise zu realisieren.
Gleichzeitig wird der Arbeitsbereich der Laserstrahlen durch die
Absaugvorrichtung nicht behindert.
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Da
das Abtragen der metallischen Beschichtung abhängig ist
von der Genauigkeit der Positionierung der Platine im Arbeitsbereich
der Laserstrahlen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, dass in Transportrichtung
der Platine gesehen zumindest vor und nach dem Arbeitsbereich der
Laserstrahlen beidseitig an der Platine anliegende Andruckrollen
vorgesehen sind. Diese führen die Platine exakt durch den
Arbeitsbereich der Laserstrahlen, so dass ein sehr genaues Ergebnis
im Hinblick auf das Abtragen der metallischen Beschichtung erzielt
wird. Vorzugsweise verteilen sich die Andruckrollen über
die gesamte zu führende Platinenbreite.
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Alternativ
zur Verwendung einer Transportkette mit mindestens einem Mitnehmer
und einer Führungsschiene kann eine sehr genaue Positionierung
der Platine im Arbeitsbereich der Laserstrahlen auch dadurch erzielt
werden, dass alternativ eine Aufnahmeplatte zur Aufnahme der Platine
und Transportmittel zur Bewegung der Aufnahmeplatte zusammen mit
der Platine vorgesehen sind, so dass die Platine in den Arbeitsbereich
der Laserstrahlen bewegbar ist.
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Um
einerseits die Positionsgenauigkeit der Platine im Arbeitsbereich
der Laserstrahlen zu verbessern und eine einfache Aufnahme der Platinen auf
der Aufnahmeplatte zu gewährleisten, weist die Aufnahmeplatte
Ansaugkanäle zur festen Positionierung der Platine auf.
Die Ansaugkanäle können mit oder ohne Dichtgummis
realisiert werden und ermöglichen die Aufnahme von Platinen
mit unterschiedlichen Zuschnitten und Formen.
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Vorzugsweise
sind beidseitig der Platine Mittel zur Fokussierung des Laserstrahls
auf die Platine vorgesehen, so dass die metallische Beschichtung der
Platine auf beiden Seiten gleichzeitig entfernbar ist. Vorzugsweise
sind die Mittel zur Fokussierung des Laserstrahls dann gegeneinander
versetzt angeordnet, um eine Beeinflussung oder eine Zerstörung der
Laserstrahlquellen zu vermeiden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist mindestens auf einer Seite der Platine im Arbeitsbereich eines
Laserstrahls eine Abblasvorrichtung vorgesehen. Diese unterstützt
die Absaugvorrichtung in der Entfernung der lasergestützt
aufgeweichten, flüssigen oder gasförmigen Beschichtung
der Platine.
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Ist
mindestens eine feststehende und/oder mindestens eine bewegbare
Laseroptik vorgesehen, muss im Falle einer feststehenden Laseroptik
lediglich die Platine im Hinblick auf die Laseroptik positioniert
werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft sofern gerade Kanten der
Platine von der metallischen Beschichtung befreit werden müssen.
Eine bewegbare Laseroptik ist dann von Vorteil, wenn nichtlineare,
d. h. gekrümmte Bereiche der Platine von der metallischen
Beschichtung befreit werden müssen.
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Vorzugsweise
ist im Falle einer bewegbaren Laseroptik mindestens eine bewegbar
angeordnete Absaugvorrichtung und optional eine bewegbar angeordnete
Abblasvorrichtung vorgesehen, welche beispielsweise der an einem
Robotterarm befestigten Laseroptik folgen kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann gemäß einer
nächsten Ausgestaltung dadurch weiter verbessert werden,
dass mindestens ein gütegeschalteter Laser vorgesehen ist.
Gütegeschaltete Laser können, wie bereits ausgeführt,
Laserpulse mit besonders kurze Pulsdauern mit besonders hohen Energiedichten
erzeugen und sind daher ideal geeignet, Oberflächenbeschichtungen
stark zu erhitzen und aufzuweichen bzw. zu verdampfen.
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Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im
Hinblick auf das Entfernen der metallischen Oberfläche
dadurch weiterverbessert werden, dass eine Arbeitsstation vorgesehen
ist, in welcher die Bereiche der Platine, in welchen die metallische
Beschichtung entfernt wurde, zusätzlich mechanisch gereinigt
werden. Eine zusätzliche mechanische Reinigung, beispielsweise
durch Bürsten, verbessert das Abtragergebnis weiter und
führt zu verbesserten Schweißnähten.
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Ist
schließlich eine Arbeitsstation vorgesehen, in welcher
die Bereiche der Platine, in welchen die metallische Beschichtung
abgetragen wurde, unter Verwendung eines Plasmaspektroskops untersucht
werden, besteht die Möglichkeit das Ergebnis des Abtragens
der metallischen Beschichtung zu klassifizieren und der Platine
eine entsprechende Qualitätskennzahl zuzuordnen. Eine Platine,
welche in den Schweißnahtbereichen noch Beschichtungsanteile
aufweist, kann so ausselektiert bzw. aus der weiteren Produktion
ausgeschleust werden. Vorzugsweise sind die Arbeitsstationen, in
welchen die metallische Beschichtung durch die Laserstrahlen abgetragen
werden, die mechanische Reinigung durchgeführt wird und
die plasmaspektrokopischen Untersuchungen durchgeführt
werden, in einer Bearbeitungslinie angeordnet.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße
Verfahren zum Abtragen einer metallischen Beschichtung einer Platine
sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und
weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen
1 und 17 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
Die Zeichnung zeigt in
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1 in
einer schematischen Seitenansicht die Arbeitsstation zum Abtragen
der Beschichtung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
schematische Schnittansicht des Arbeitsbereichs der Laserstrahlen
des ersten Ausführungsbeispiels aus 1,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren bearbeiteten Platine,
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4 in
einer schematischen Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
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6 in
einer schematischen perspektivischen Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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7 eine
schematische Draufsicht der weiteren Arbeitsstationen gemäß des
in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels
und
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8 eine
schematische Draufsicht auf alle Arbeitsstationen des Ausführungsbeispiels
aus 1.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zum Abtragen einer metallischen Beschichtung
einer Platine in einer schematischen Seitenansicht dargestellt.
Die Seitenansicht zeigt Platinen 2, welche mit Hilfe einer Transportkette 3 transportiert
werden. Die Transportkette 3 weist hierzu Mitnehmer 4 und
eine Führungsschiene 5 auf, über welche
die Platinen 2 mit Hilfe der Mitnehmer 4 in Pfeilrichtung
transportiert werden. Im Arbeitsbereich der Laserstrahlen A werden
die Platinen 2 zusätzlich durch Andruckrollen 6 geführt,
um eine möglichst genaue Positionierung im gesamten Arbeitsbereich
A der Laserstrahlen zu ermöglichen. Im Arbeitsbereich der
Laserstrahlen A sind Mittel zur Fokussierung von Laserstrahlen 7, 8 angedeutet, welche
die Laserstrahlung eines Lasers auf den Bereich der Beschichtung
der Platinen 2 fokussieren, in welchem die Beschichtung
entfernt werden soll. In dem vorliegenden in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel werden die Platinen 2 kontinuierlich über
die Transportkette 4 durch den Arbeitsbereich A der Laserstrahlen
durchgeführt, so dass ein gleichbleibendes Ergebnis hinsichtlich
des Abtragens der Beschichtung erzielt wird. Die Laseroptiken 7, 8 sind versetzt
zueinander angeordnet, um eine gegenseitige Beeinflussung der Laserstrahlen
zu vermeiden. Über die gegenüberliegend angeordneten
Laseroptiken 7, 8 kann die Beschichtung beidseitig
von der Platine entfernt werden. Zur Führung größerer
Platinen sind zusätzliche Führungsschienen 5a, 5b vorgesehen,
um den Transport und die Positionierung großer Platinen 2 im
Arbeitsbereich A der Laserstrahlen zu verbessern. Die Platinen 2 werden
in senkrechter Position durch den Arbeitsbereich A transportiert
und deren Beschichtung an der unterer Stoßkante der Platine 2a,
die auf der Führungsschiene 5 geführt
wird, auf beiden Seiten entfernt. In 1 sind lediglich
Andruckrollen 6 vorgesehen, welche die Platinen 2 nur
im unteren Bereich führen. Es können aber auch
mehrere Andruckrollen 6 vorgesehen sein, welche sich entlang
der Platine 2 nach oben erstrecken und die Platine 2 noch
besser führen. Dies ist insbesondere bei größeren
Platinen 2 erforderlich.
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Der
Arbeitsbereich der Laserstrahlen A ist in einer schematischen Schnittansicht
entlang der Schnittachse II-II in 2 dargestellt.
Die Platinen 2 werden in dem Arbeitsbereich A der Laserstrahlen durch
gegenüberliegende Andruckrollen 6 geführt. Dort
wo die Laserstrahlen 9, 10 auf die Beschichtung der
Platine 2 auftreffen, sind in der Führungsschiene 5 Absaugkanäle 11, 12 angeordnet, über
welche das von den Laserstrahlen aufgeweichte, flüssige
oder gasförmige Beschichtungsmaterial der Platine abgesaugt
und damit von der Platine 2 entfernt wird. Zur Unterstützung
des Absaugens der Bestandteile der Beschichtung sind noch Abblasvorrichtungen 13, 14 vorgesehen,
welche den Absaugvorgang durch die Absaugkanäle 11, 12 unterstützen.
Auch im Auslauf des Arbeitsbereichs A der Laserstrahlen werden die Platinen 2 über
gegenüberliegend angeordnete Andruckrollen 6 geführt,
so dass die Position der Platine beim Durchlauf insbesondere in
dem Bereich, wo die Laserstrahlen auf die Platine 2 treffen,
konstant gehalten wird. Nach dem Durchlauf der Platine 2 sind auf
beiden Seiten der Platine 2 im Bereich der Stoßkante
Bereiche erzeugt worden, in welchen die metallische Beschichtung
entfernt worden ist. In 2 ist zudem zu erkennen, dass
die Mittel zur Fokussierung des Lasers bzw. die entsprechenden Laseroptiken 7, 8 versetzt
angeordnet sind, um sich nicht gegenseitig zu beeinflussen.
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Ein
Beispiel einer mit dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus 1 und 2 bearbeiteten
Platine 2 zeigt 3 in einer schematischen Schnittansicht.
Die Platine 2 weist ein Kernmaterial 16 auf, welches
beispielsweise eine höherfeste Stahllegierung vom Typ 22MnB5
sein kann. Die äußeren Beschichtungen 15 und 17 sind
bei höherfesten Stählen wie der genannten Stahllegierung
zumeist als Aluminium-Silizium-Beschichtung ausgelegt. Wie bereits
ausgeführt, verhindert die AlSi-Beschichtung 15, 17 ein
Verzundern der Werkstücke bei höheren Warmumformtemperaturen
und gewährleistet damit eine höhere Standzeit
der Warmumformwerkzeuge. In den Bereichen der Schweißnaht,
wie in der vorliegenden 3 an einer Stoßkante 18 der
Platine gezeigt, muss die Beschichtung 15, 17 auf
beiden Seiten der Schweißstoßkante entfernt werden,
um eine einwandfreie Verschweißung der Platine 2 mit
einer weiteren Platine zur Bereitstellung eines „tailored
Blanks" zu ermöglichen. Typischerweise beträgt
die Breite dieses Bereichs 0,6 mm bis 1,0 mm auf jeder Seite der
Platine 2.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht, bei welchem eine
Aufnahmeplatte 19 vorgesehen ist, welche über
Transportmittel 20, beispielsweise einen Linearantrieb,
in bzw. durch den Arbeitsbereich der Laserstrahlen bewegbar ist.
Die Aufnahmeplatte 19 dient zur Aufnahme von Platinen 21, 22,
welche in einem Einlaufbereich B des Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auf
der Aufnahmeplatte 19 positioniert werden. Hierzu dienen
Positionsstifte 23, welche zur einwandfreien Positionierung
der Platinen 21, 22 im Hinblick auf die Position
der Schweißstoßkante der Platine 2 zu
den Laserstrahlen, in deren Bereich die Beschichtung auf der Platine 21, 22 entfernt
werden.
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In
der Aufnahmeplatte sind Ansaugkanäle 24 vorgesehen, über
welche die Platinen 21, 22 auf der Aufnahmeplatte 19 angesaugt
werden, so dass es bei einem Transport in vertikaler Position, wie
er in 1 und 4 dargestellt ist, zu keiner
Positionsveränderung der Platine 21, 22 auf
der Aufnahmeplatte 19 kommt. Durch die Ansaugkanäle 24 ist
die Aufnahmeplatte 19 sehr flexibel hinsichtlich der Geometrien
der auf ihr positionierbaren Platinen 21, 22 verwendbar.
Die Abblas- und Absaugvorrichtung 25 zur Beseitigung der
von den Laserstrahlen aufgeweichten, flüssigen oder gasförmigen
Beschichtungsbestandteile ist in 4 lediglich
angedeutet.
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Ein
flexibleres Abtragen der Beschichtung, beispielsweise einer AlSi-Beschichtung,
ermöglicht das in 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zum Abtragen einer Beschichtung. Zu erkennen
ist schematisch ein Mehrachsenroboter 26, an welchem eine
Laseroptik 27 angeordnet ist. Der Mehrachsenroboter 26 kann
in beliebiger Art und Weise, beispielsweise gekrümmte Bereiche
oder Flächen erzeugen, in welchen die AlSi-Beschichtung
der Platine abgetragen ist. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung
von gepatchten bzw. lokal verstärkten Platinen notwendig.
Eine Absaugvorrichtung 28 ermöglicht die erfindungsgemäße
Verbesserung der Beseitigung der Beschichtung, wobei gleichzeitig
eine Abblasvorrichtung 29 vorgesehen ist, welche die Beschichtung
zusammen mit der Absaugvorrichtung noch gründlicher von
der Platine entfernt.
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Ähnlich
flexibel ist das in 6 perspektivisch dargestellte
vierte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abtragen einer Beschichtung einer Platine. Diese
ist als Portalroboter 29 ausgebildet und weist eine Absaugvorrichtung 28 sowie
optional eine Abblasvorrichtung 29 auf. Die Platinen werden
in beiden Fällen fest auf einem Positioniertisch aufgelegt
bzw. von einer entsprechenden Vorrichtung fest gespannt. Wie bereits
zuvor ausgeführt, ermöglichen die in 5 und 6 dargestellten
Varianten ein sehr flexibles Abtragen der Beschichtung von der Platine.
Denkbar ist auch der Einsatz einer Scanneroptik für die
Laserstrahlen verbunden mit einer entsprechend nachgeführten
Absaugvorrichtung.
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Nach
dem lasergestützten Abtragen der Platine können
diese noch zusätzlich im abgetragenen Bereich mechanisch
gereinigt werden. Eine entsprechende Arbeitsstation 31 zeigt 7 schematisch. Dargestellt
ist eine Platine 2, welche auf einer Führungsschiene 5 mit
dessen von der Beschichtung befreiten Stoßkante über
die Bürsten 38, beispielsweise Tellerbürsten
und/oder Bürsten 33 und 34 für
den Flächenabtrag geführt wird, so dass im angetragenen Bereich
der Platine dort ein erneutes Abtragen der Beschichtung bzw. ein
Abtragen der restlichen Beschichtung erfolgt. Anschließend
wird das Abtragungsergebnis in der Arbeitsstation 32 einer
plasmaspektroskopischen Untersuchung unterzogen, bei welchem über
Laserstrahlquellen 35 ein Plasma beispielsweise im Bereich
der geplanten Schweißstoßkante der Platine 2 gezündet
wird, um festzustellen, ob Beschichtungsbestandteile im Bereich
der Schweißnähte noch vorhanden sind. Hierzu wird
das vom Plasma erzeugte Licht über optische Elemente 36 einem
Spektrometer 37 zugeführt, welches das Spektrum
des Plasmas auswertet. Sollten noch Beschichtungsbestandteile über
die Plasmaspektroskopie gemessen werden können, wird die
Platine kann die Platine beispielsweise aussortiert werden.
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Eine
komplette Bearbeitungslinie umfassend einen Einlaufbereich B, einen
Arbeitsbereich der Laserstrahlen A sowie Arbeitsstationen zur mechanischen
Reinigung 31 und spektroskopischen Untersuchungen 32 sowie
einen Auslaufbereich C zeigt 8 in einer
schematischen Ansicht. Aus Sicherheitsgründen ist der Arbeitsbereich
A der Laserstrahlen in einer in den Figuren nicht dargestellten
Schutzkabine untergebracht. Zusätzlich angedeutet sind Transportmittel 39,
welche in unterschiedlicher Ausprägung beispielsweise in
Form einer bewegbaren Aufnahmeplatte oder über eine Transportkette
mit einer Führungsschiene realisiert werden können.
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Im
Auslaufbereich C werden anhand der spektroskopischen Messung die
Platine bezüglich ihrer Schweißbarkeit selektiert.
Beispielsweise kann eine Selektion in brauchbar, nicht brauchbar
erfolgen. Wie man in 8 erkennt, sind alle drei Arbeitsstationen
hintereinander also inline angeordnet, so dass auf wirtschaftliche
Weise Bleche für die Herstellung von „tailored
Blanks" oder gepachte Blanks hergestellt werden können,
welche beispielsweise aus einer höherfesten Stahllegierung
bestehen und außer im Schweißnahtbereich mit einer
Aluminium-Silizium-Beschichtung aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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