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Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, insbesondere für ein Bauteil eines Kraftwagens, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen eines Bauteils, insbesondere für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art.
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Umformwerkzeuge zur Herstellung von Bauteilen für Kraftwagen sind hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2007 062 233 A1 . Im Zusammenspiel vieler Prozessparameter und Randbedingungen kommt es beim Umformen von Blechbauteilen teilweise zum Versagen in Form von Rissen. Solche Risse im Serienprozess zu detektieren und auszusortieren, ist sehr aufwändig. Herkömmlicherweise erfolgt eine Rissprüfung manuell in zwei Stufen: Eine erste Prüfung erfolgt üblicherweise nach der Entnahme der Bauteile aus dem Umformpresse. Ein Werker führt eine Sichtprüfung am Bauteil durch. Aufgrund der Benetzung mit Ziehöl können allerdings zu diesem Zeitpunkt nicht alle Risse prozesssicher erkannt werden. In einem zweiten Schritt erfolgt eine weitere Prüfung unmittelbar beispielsweise vor einer Schweißanlage, in der die Bauteile gefügt werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Bauteile bereits gewaschen, so dass sich Risse besser erkennen lassen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umformwerkzeug sowie ein Verfahren zum Umformen eines Bauteils der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchen eine verbesserte Rissprüfung durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Umformen eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Für eine verbesserte Rissdetektion an umgeformten Bauteilen ist es bei dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug vorgesehen, dass innerhalb des Umformwerkzeugs eine Wirbelstromsonde angeordnet ist, mittels welcher eine Rissprüfung an einem im Umformwerkzeug angeordneten Bauteil durchführbar ist. Die Besonderheit der Erfindung besteht also darin, die Rissdetektion bereits im Pressentakt durchführen zu können. Vorzugsweise wird lediglich eine partielle bzw. lokale Prüfung kritischer Bereiche an den hergestellten Bauteilen durchgeführt. Alternativ kann jedoch auch eine 100%-Prüfung durchgeführt werden, wenn es sich um besonders sicherheitsrelevante Bauteile handeln sollte, beispielsweise in Form von Achsträgern oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug eignet sich dabei zur Prüfung im Wesentlichen beliebiger Bauteilbereiche, wobei das Bauteil aus Stahl, Aluminium oder dergleichen bestehen kann. Die zu prüfenden Geometrien sollten vorzugsweise rotationssymmetrisch sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Umformwerkzeug einen Messkopf umfasst, in welchem die Wirbelstromsonde angeordnet und vollständig in Kunstharz eingegossen ist, wobei der Messkopf relativbeweglich zu einem im Umformwerkzeug angeordneten Bauteil ausgebildet ist. Dadurch, dass die Wirbelstromsonde also vollständig mittels des Kunstharzes von der Umgebung des Umformwerkzeuges abgeschirmt ist, kann diese auf besonders effektive Weise vor Beschädigungen und/oder Verschmutzungen bewahrt werden. Des Weiteren wird durch die Beweglichkeit des Messkopfes eine besonders effektive Risserkennung ermöglicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wirbelstromsonde 0,5 bis 1 mm von einer Oberfläche des Umformwerkzeuges zurückversetzt angeordnet ist. Dadurch kann auch bei einer Eintauchbewegung der Wirbelstromsonde in ein zu überprüfendes Bauteil eine Beschädigung der Wirbelstromsonde auf einfache Art und Weise verhindert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Umformwerkzeug als Transferwerkzeug oder als Folgeverbundwerkzeug ausgebildet ist, wobei die Wirbelstromsonde nach derjenigen Umformstufe des Umformwerkzeuges angeordnet ist, mittels welcher ein letzter Umformschritt am Bauteil ausführbar ist. Dadurch kann die Rissprüfung nach der letzten Umformoperation des Bauteils oder der zu prüfenden Geometrie durchgeführt werden, was den Vorteil mit sich bringt, dass man sichergehen kann, dass nach der Messung keine weiteren Risse im Bauteil aufgrund von Umformoperationen erzeugt werden. Dabei kann das Bauteil nach dem letzten Umformschritt automatisiert in die entsprechende Prüfstufe hineingeschoben werden, in welcher kein weiterer Umformvorgang, sondern nur die Prüfung stattfindet. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Presswerkzeugs für eine hochgenaue Positionierung des Bauteils genutzt. Die eigentliche Prüfzeit beträgt dabei etwa 1 Sekunde.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Peripherie des Umformwerkzeugs eine Ausschleuseinrichtung umfasst, mittels welcher die mittels der Wirbelstromsonde als fehlerhaft erkannten Bauteile von den fehlerfreien Bauteilen separierbar sind. Mit anderen Worten wird also, sobald ein fehlerhaftes Bauteil detektiert wird, dieses automatisch ausgeschleust oder als fehlerhaft gekennzeichnet. Eine solche Kennzeichnung kann beispielsweise in Form einer Farbmarkierung oder eines Data Matrix Codes erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umformen eines Bauteils, insbesondere für einen Kraftwagen, zeichnet sich dadurch aus, dass mittels einer innerhalb des Umformwerkzeugs angeordneten Wirbelstromsonde eine Rissprüfung an einem im Umformwerkzeug angeordneten Bauteil durchgeführt wird. Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs sind als vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens anzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Perspektivansicht auf ein teilweise dargestelltes Umformwerkzeug, mittels welchem ein Achsträger durch Umformen hergestellt und anschließend einer Rissprüfung unterzogen wird;
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines an dem Umformwerkzeug vorgesehenen Messkopfes, in welchem eine Wirbelstromsonde angeordnet ist, mittels welcher die Rissprüfung an den umgeformten Achsträgern durchgeführt werden kann; und
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3 ein Diagramm, in welchem mit der oberen Linie ein jeweiliger Abstand zwischen der Wirbelstromsonde und dem zu überprüfenden Bauteil dargestellt ist, wobei in einer unteren Linie die Stärke der jeweils erzielten Wirbelströme während der Rissprüfung aufgetragen sind.
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Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Umformwerkzeug zum Herstellen eines Achsträgers 12 für einen Kraftwagen ist in 1 teilweise gezeigt. Bei dem Umformwerkzeug 10 handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Transferwerkzeug in einer Stufenpresse, mittels welcher in einem mehrstufigen Umformverfahren die Achsbauteile 12 hergestellt werden können. Innerhalb des Umformwerkzeugs 10 ist ein Messkopf 14 relativbeweglich zu dem im Umformwerkzeug 10 angeordneten Bauteil 12 vorgesehen. Innerhalb des Messkopfes 14 ist eine hier nicht erkennbare Wirbelstromsonde 16 vorgesehen, mittels welcher eine Rissprüfung an dem Achsträger 12 vorgenommen werden kann. Vorliegend wird zur Rissüberprüfung des Achsträgers 12 der Messkopf 14 mitsamt seiner Wirbelstromsonde 16 durch einen Kragen 18, bei welchem es sich mit anderen Worten um eine Durchgangsöffnung innerhalb des Achsträgers 12 handelt, hindurchgeführt. Im Bereich der Kragen 18 des Achsträgers 12 entsteht aufgrund des großen Umformgrades eine erhöhte Belastung auf den Werkstoff, so dass insbesondere an dieser Stelle eine erhöhte Gefahr von Rissbildungen während des Umformvorgangs besteht.
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Die Wirbelstromsonde 16 bzw. der Messkopf 14 sind dabei nach derjenigen Umformstufe des Umformwerkzeugs 10 angeordnet, mittels welcher ein letzter Umformschritt an dem Achsträger 12 ausführbar ist. Somit wir die Rissprüfung an dem Achsträger 12 also erst nach der letzten Umformoperation durchgeführt, was den Vorteil mit sich bringt, dass nach Durchführung der Rissprüfung mit keiner weiteren Rissbildung aufgrund von Umformvorgängen am Achsträger 12 zu rechnen ist.
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Der Achsträger 12 kann dabei nach dem letzten Umformschritt automatisiert in die Prüfstufe 20 hineingeschoben werden, in der kein weiterer Umformvorgang, sondern nur die Rissprüfung stattfindet. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Umformwerkzeuges 10 für eine hochgenaue Positionierung des Achsträgers 12 genutzt.
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Dadurch kann also eine integrierte Rissprüfung an dem hergestellten Achsträger 12 im Pressentakt durchgeführt werden. Eine Prüfzeit im Pressentakt bedeutet dabei im vorliegenden Fall eine Zugriffszeit von etwa 3 Sekunden bei ca. 18 Hüben pro Minute der Presse, was einer Netto-Prüfzeit von ca. 1 Sekunde entspricht. Als fehlerhaft identifizierte Bauteile können dabei beispielsweise mittels einer hier nicht dargestellten Ausschleuseinrichtung von den fehlerfreiern Bauteilen automatisch separiert werden. Die Ausschleuseinrichtung kann beispielsweise in Form einer Ausschleusweiche ausgebildet sein, welche auf einem im Prozessablauf nach dem Umformwerkzeug 10 angeordneten Austragband vorgesehen sein kann.
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In 2 ist in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht der Messkopf 14 dargestellt. Wie vorliegend zu erkennen, ist ein oberer Bereich 22 des Messkopfes 14 durch den Achsträger 12 im Bereich des hier nicht bezeichneten Durchzugs 18 hindurchgeführt. Die Wirbelstromsonde 16 ist vorliegend vollständig in dem Messkopf 14 mittels Kunstharz eingegossen und etwa 0,5 bis 1 mm von der Oberfläche aus zurückversetzt. Dadurch kann die Wirbelstromsonde 16 während einer Eintauchbewegung in den Achsträger 12 bzw. durch dessen Durchzug 18 nicht beschädigt werden.
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Der Messkopf 14 und somit auch die Wirbelstromsonde 16 können also relativ zu dem Achsträger 12 in die mit dem Pfeil 24 gekennzeichnete Bewegungsrichtung relativ zum Achsträger 12 bewegt werden. Der Messkopf kann dabei um seine Hochachse 26 rotierbar ausgebildet sein, so dass eine Kreisbewegung innerhalb der durch den Kragen 18 gebildeten rotationssymmetrischen Geometrie des Achsträgers 12 durchgeführt werden kann. Dabei wird die Wirbelstromsonde 16 an einer nicht näher bezeichneten Wandung des Durchzugs 18 entlanggeführt und führt eine entsprechende Rissprüfung entlang dieser Mantelfläche durch.
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In 3 sind zwei während der Rissprüfung am Achsträger 12 durchgeführten Rissprüfung gewonnene Messsignale 28, 30 dargestellt. Das Messsignal 28, welches im Wesentlichen sinusförmig ausgebildet ist, zeigt den Abstand zwischen der Wirbelstromsonde 16 und der Wandung des Achsträgers 12, entlang welchem die Wirbelstromsonde 16, wie bereits erläutert, während der Rissprüfung rotiert wird. Dieses Signal 28 schwankt entsprechend der Exzentrizität vom Mittelpunkt bzw. Drehpunkt des Messkopfes 14 und dem geometrischen Mittelpunkt des Durchzuges 18.
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Das Messsignal 30 zeigt die eigentlichen Wirbelströme bzw. das dadurch erzeugte Feld. Die Signalspitzen 32 (zwei bis drei Stück pro Zyklus) entsprechen einem Riss. Die Anzahl der Signalspitzen 32 entspricht den vollen Umdrehungen, welche die Wirbelstromsonde während eines Prüfzyklus durchläuft. Die Wirbelstromsonde 16 rotiert also und kann während des Prüfzyklus ca. drei Umdrehungen durchführen. Demzufolge wird auch der Defekt (der Riss) maximal dreimal pro Prüfzyklus als Signalspitze 32 erkannt.
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Im Umformwerkzeug 10 wird also eine integrierte Rissprüfeinheit vorgesehen. Somit können bereits während einer Umformoperation innerhalb von ein und derselben Werkzeugstufe auch parallel entsprechende Rissprüfungen an Bauteilen wie beispielsweise dem Achsträger 12 durchgeführt werden. Im Gegensatz zu beispielsweise optischen Systemen, welche große Probleme bei Schmutz, Reflektionen und Schmiermedien aufweisen, ist es mittels der in das Umformwerkzeug 10 integrierten Wirbelstromsonde 16 möglich, reproduzierbar Defekte zu detektieren.
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Öle und auch wässrige Medien haben dabei keinen Einfluss auf die Rissprüfung, so dass auch beispielsweise durch Emulsionen und/oder Schmutz verdeckte Risse zuverlässig erkannt werden können. Das Prüfprinzip funktioniert dabei bei allen leitenden Werkstoffen wie beispielsweise Stahl, Edelstahl, Aluminium und dergleichen, wie sie üblicherweise im Antriebsstrang eingesetzt werden. Durch die Kapselung der Wirbelstromsonde 16 innerhalb des Messkopfes 14 wird diese insbesondere vor flüssigen Medien und Bauteilberührungen geschützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007062233 A1 [0002]
- DE 0236312 A1 [0003]
- EP 01153289 B1 [0003]
- DE 04344327 A1 [0003]
- DE 19710743 A1 [0003]
- DE 202009003635 U1 [0003]
