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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils mit einem Umformwerkzeug sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.
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Beim Warmumformen werden Bauteile nach der Erwärmung auf eine vorher definierte Umformtemperatur in einem Umformwerkzeug durch die Ausübung von Kraft umgeformt. Typischerweise durchläuft ein umzuformendes Bauteil zwecks Erwärmung zunächst einen Ofen. Nun erfolgt der Transfer in das insbesondere zweiteilig ausgestaltete Umformwerkzeug und das Ausüben der Umformkraft durch Aneinanderpressen der beiden Teile des Umformwerkzeugs. Nach einer definierten Haltezeit wird das Umformwerkzeug geöffnet und das umgeformte Bauteil entnommen.
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Beim Formhärten oder Presshärten wird die Warmumformung von Stahlbauteilen mit einer Gefügeumwandlung kombiniert. Während der Erwärmung auf ca. 950 °C findet die Austenitisierung des Materials statt. Beim anschließenden Abschrecken wird dem Bauteil im Umformwerkzeug innerhalb weniger Sekunden ein Großteil der thermischen Energie entzogen. Dabei wird die Wärme an die Form übertragen und abgeleitet, wobei typischerweise gekühlte Umformwerkzeuge zum Einsatz kommen. Während des Abschreckens bildet sich ein Martensitgefüge aus, welches sich durch seine hohe Festigkeit auszeichnet. Auf diese Weise werden beispielsweise hochfeste bzw. höchstfeste Karosseriebauteile hergestellt.
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Unterschiedliche Störgrößen haben Einfluss auf den thermischen Verlauf des Aufwärm- und Abkühlprozesses von umzuformenden Bauteilen. Beispielsweise sind hier die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Umformwerkzeugs, die Ofentemperatur und die Ofenverweilzeit zu nennen. Weiterhin haben Abweichungen im Produktionsprozess, Störungen an der Anlage, Pausen, Werkzeugwechsel oder auch Schichtwechsel Einfluss auf die entsprechenden Temperaturen. Unterschiedliche Temperaturen stehen wiederum in direktem Zusammenhang mit der Härte der umzuformenden Bauteile.
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Unter den bisher praktizierten Lösungen ist eine zerstörende Prüfung der umgeformten Bauteile zwecks Ermittlung der Härte bekannt. Auf diese Weise können optimale Prozessbedingungen experimentell ermittelt und für darauffolgende Umformprozesse angepasst werden. Eine Einflussnahme zum Ausgleich der während des Prozesses auftretenden Störgrößen ist dabei allerdings nicht möglich.
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Ein Verfahren zur Erfassung thermischer Informationen sowie zur Beeinflussung eines Umformprozesses auf deren Basis ist aus der
WO 99 24 190 A1 bekannt. Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung eines Umformprozesses beschrieben, insbesondere zur Steuerung einer Umformpresse. Dabei wird eine durch den Umformprozess bedingte Oberflächentemperaturverteilung auf der Oberfläche eines Umformwerkzeugs und/oder eines umgeformten Werkstücks nach dem Umformen ermittelt und es werden Prozesseingangsgrößen des Umformprozesses, nämlich insbesondere das Aufheizen des Werkzeugs und der auszuübenden Druck auf einzelne Bereiche des Bauteils, entsprechend der ermittelten Oberflächentemperaturverteilung gesteuert. Dabei kann ein Oberflächentemperaturfeld und eine Geometrie des Umformwerkzeugs und/oder des umgeformten Werkstücks erfasst werden. Im Falle des Umformwerkzeugs kann dies insbesondere bei geöffnetem Werkzeug erfolgen, also wenn der Stößel sich im oberen Totpunkt befindet. Thermische Bildinformationen können mittels einer Infrarotkamera erfasst und gespeichert werden.
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Eine Möglichkeit der Einflussnahme zur Verringerung von Temperaturabweichungen ist die Veränderung der Haltezeit, also der Zeit, während derer das Bauteil im Umformwerkzeug mit der Umformkraft beaufschlagt wird, in Abhängigkeit der variablen Randbedingungen. Die
EP 2 455 741 B1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Härte eines pressgehärteten Bauteils, welches auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und anschließend in einer Presse umgeformt und abgekühlt wird. Unmittelbar nach der Abkühlung in der Presse wird die Oberflächentemperatur des Bauteils an unterschiedlichen Positionen erfasst, beispielweise mittels einer Thermographie-Kamera, und einer Auswertungseinrichtung zugeführt. Dort werden daraus Daten bezüglich der IST-Härte des Bauteils errechnet und mit SOLL-Härten verglichen.
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Hier kann die Temperatur der Presse gezielt bereichsweise angepasst werden und/oder es kann die Kühlzeit des Bauteils in der Presse verändert werden, wenn die Abweichung der IST-Härte des Bauteils von dessen SOLL-Härte ein definiertes Maß übersteigt. Zur Ermittlung der SOLL-Temperatur, also zur Kalibrierung des Verfahrens, wird ein Ideal-Bauteil genutzt, dessen Härte-Daten in einer ausführlichen Härteprüfung ermittelt und in der Auswertevorrichtung gespeichert werden.
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Es wird deutlich, dass die beschriebenen Verfahren verhältnismäßig aufwendig und somit teuer sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen die Herstellung von warmumgeformten Bauteilen unter gleich bleibenden Bedingungen besonders einfach und kostengünstig realisierbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils mit einem Umformwerkzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils gemäß Anspruch 9. Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2-8 angegeben. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils mit einem Umformwerkzeug. Dabei wird wenigstens ein Prozessparameter der Warmumformung für ein umzuformendes Bauteil anhand einer Information über eine Temperatur wenigstens eines zuvor mit dem Umformwerkzeug umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs beeinflusst. Diese Information wird nach der Warmumformung des zuvor umgeformten Bauteils erfasst.
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Als zu beeinflussender Prozessparameter kann beispielsweise die Haltezeit im Umformwerkzeug genutzt werden. Alternativ können Ofentemperatur, Ofenverweilzeit oder beispielsweise Parameter genutzt werden, die auf die Kühlung des Bauteils im Umformwerkzeug Einfluss nehmen, wie etwa die Temperatur oder der Volumenstrom eines durch das Umformwerkzeug geleiteten Kühlmediums. Ebenso können mehrere Prozessparameter in Kombination beeinflusst werden. Das Beeinflussen eines Prozessparameters meint dabei eine jegliche Einflussnahme, etwa ein Ändern eines vorgegebenen oder vorherigen Wertes oder ein Einstellen bzw. Definieren eines Wertes.
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Eine Information über eine Temperatur im Sinne der Erfindung ist ein Wert, der eine Aussage über die Temperatur erlaubt. Insbesondere ist dies ein Messwert. Die Information kann dabei die Temperatur selbst sein, aber auch beispielsweise der Emissionsgrad des Bauteils bzw. Umformwerkzeugs oder ein anderer Parameter. Insbesondere wird eine Information bezüglich einer Oberflächentemperatur des umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs erfasst. Das Erfassen einer Information meint insbesondere das Messen einer Messgröße, wie beispielsweise der Temperatur.
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Ist die erfasste Temperatur nach der Umformung zu niedrig, kann dies ein Indiz für eine zu lange bzw. zu starke Abkühlung sein, welche typischerweise in spröden Materialeigenschaften resultiert. Bei einer zu geringen bzw. zu kurzen Abkühlung, beispielsweise erkennbar an zu hohen Temperaturen nach der Umformung, werden dagegen keine ausreichenden Festigkeiten erreicht und das umgeformte Bauteil ist zu weich.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nach dem Erfassen der Information über die Temperatur ein geeigneter Prozessparameter geändert bzw. beeinflusst werden und das umzuformende Bauteil somit unter optimierten Prozessbedingungen umgeformt werden. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Anpassung der Prozessbedingungen möglich, die einen raschen Ausgleich auftretender bzw. sich verändernder Störgrößen erlaubt.
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Zusätzlich kann vor der Warmumformung des umgeformten bzw. eines umzuformenden Bauteils eine Information bezüglich dessen Temperatur und/oder der Temperatur des Umformwerkzeugs erfasst werden und diese Information ebenfalls zur Beeinflussung eines Prozessparameters der Warmumformung des umzuformenden Bauteils bzw. eines folgenden umzuformenden Bauteils genutzt werden. Auf diese Weise kann beispielweise bei einer besonders hohen Temperatur des umzuformenden Bauteils die Haltezeit entsprechend verlängert werden, zum Beispiel zum Ausgleich von Änderungen bei der Erwärmung des Bauteils.
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Mit anderen Worten wird wenigstens eine Information über eine Temperatur eines ersten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs nach der Warmumformung des ersten Bauteils erfasst und es wird ein Prozessparameter der Warmumformung für ein anschließend umzuformendes zweites Bauteil anhand der Information beeinflusst.
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Es wird demnach ein geschlossener Regelkreis zur Verfügung gestellt, mit welchem die Warmumformung umzuformender Bauteile basierend auf Daten von zuvor im selben Umformwerkzeug umgeformten Bauteilen geregelt werden kann. Es wird eine kontinuierliche Regelung des Warmumformprozesses ermöglicht. Das zuvor umgeformte Bauteil muss dabei nicht notwendigerweise unmittelbar zuvor umgeformt worden sein.
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Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin die Erwärmung des umzuformenden Bauteils auf eine Zieltemperatur, beispielsweise in einem Durchlaufofen, sowie dessen Umformung im Umformwerkzeug.
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Die Erwärmung des Bauteils erfolgt bis zu einer Zieltemperatur des Bauteils oberhalb von 100°C, insbesondere oberhalb von 300°, typischerweise oberhalb von 500° und in einer Ausführungsform oberhalb von 650°. Sie kann zwischen 800° und 1000° betragen. Das Ziel der Erwärmung ist neben der Verbesserung der Umformbarkeit wie beschrieben die Änderung des Gefüges. Im Umformwerkzeug erfolgt die Abkühlung bzw. das Abschrecken des Bauteils zur Ausbildung des Martensitgefüges.
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Typischerweise durchlaufen mehrere Bauteile nacheinander das erfindungsgemäße Verfahren und werden erwärmt sowie im Umformwerkzeug umgeformt und der oder die Prozessparameter der Warmumformung werden zumindest anhand der erfassten Informationen über die Temperatur des zuvor umgeformten Bauteils und beispielsweise anhand der erfassten Informationen über die Temperaturen mehrerer zuvor umgeformter Bauteile beeinflusst.
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Es können auch mehrere Bauteile in einem Umformvorgang mit dem Umformwerkzeug gleichzeitig umgeformt werden, wobei beispielsweise nur von einem Bauteil die Information bzw. Informationen erfasst werden.
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Durch die direkte Nutzung der erfassten Informationen über eine Temperatur, beispielsweise eines Temperaturmesswerts, ist eine einfache und schnelle Beeinflussung des Prozessparameters und somit eine einfache und schnelle Anpassung des Umformprozesses an etwaig auftretende Störgrößen realisierbar. Weiterhin ist keine Kalibrierung anhand eines vorgegebenen idealen Bauteils notwendig.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Prozessparameter anhand nach der Warmumformung wenigstens zweier zuvor nacheinander mit dem Umformwerkzeug umgeformter Bauteile erfasster Informationen über die jeweiligen Temperaturen der beiden umgeformten Bauteile und/oder des Umformwerkzeugs beeinflusst. Dabei wird insbesondere eine Differenz der beiden Informationen zur Beeinflussung des Prozessparameters genutzt.
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Die beiden Informationen über Temperaturen der Bauteile bzw. des Umformwerkzeugs werden jeweils nach der Warmumformung des jeweiligen Bauteils erfasst. Dabei müssen die jeweiligen Warmumformungen der beiden zuvor nacheinander umgeformten Bauteile nicht notwendigerweise unmittelbar nacheinander erfolgen, sondern es kann eine beliebige Anzahl von Warmumformungsprozessen dazwischen liegen.
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Insbesondere wird die Temperatur der jeweiligen Bauteile erfasst. Auf diese Weise können Temperaturentwicklungen erkannt werden und es kann entsprechend gegengesteuert werden. Beispielsweise kann, wenn die Differenz der Temperaturen positiv ist, auf eine Steigerung der nach der Umformung erreichten Temperatur geschlossen werden und die Haltezeit verlängert werden, sodass ein stärkeres Abkühlen im Umformwerkzeug erfolgt. Bei einer Verringerung der Temperatur, ersichtlich durch eine negative Differenz, kann die Haltezeit entsprechend verkürzt werden.
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Mit anderen Worten wird vor der Warmumformung des ersten Bauteils und nach der Warmumformung eines vorherigen Bauteils wenigstens eine weitere Information über die Temperatur des vorherigen Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs erfasst. Es wird zur Beeinflussung des Prozessparameters für das zweite, nach dem ersten Bauteil umzuformende Bauteil, neben der Information über die Temperatur des ersten Bauteils bzw. des Umformwerkzeugs weiterhin die Information über die Temperatur des vorherigen Bauteils bzw. des Umformwerkzeugs genutzt. Insbesondere wird eine aus den beiden Informationen errechnete Differenz genutzt.
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Die beschriebene Ausgestaltung bringt den Vorteil einer noch exakteren Regelungsmöglichkeit mit sich, da die Einbeziehung mehrerer aufeinanderfolgender Prozessschritte die Entwicklung sich verändernder Störgrößen besonders gut und genau sichtbar macht und auf diese Weise eine gezieltere Einflussnahme ermöglicht.
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Die Nutzung einer Differenz aus den beiden in einander folgenden Prozessschritten erfassten Informationen bringt darüber hinaus den Vorteil mit sich, dass nicht notwendigerweise Einrichtungen zur Erfassung von Informationen genutzt werden müssen, welche die exakte Erfassung von Absolutwerten erlauben. Somit können kostengünstigere und/oder einfacher verfügbare Einrichtungen genutzt werden. Beispielsweise können absolute Messwerte ohne die Notwenigkeit einer Kalibrierung genutzt werden, da durch die Differenzbildung die Fehler eliminiert werden. So können etwa Wärmebildkameras genutzt werden, ohne dass der Emissionsgrad der Bauteile bekannt ist.
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In einer Ausgestaltung wird der Prozessparameter anhand einer Reihe von nacheinander erfassten Informationen beeinflusst, was in eine noch genauere Einflussnahme ermöglicht. Auch diese Informationen müssen nicht notwendigerweise in unmittelbar aufeinander folgenden Warmumformungsprozessen erfasst worden sein. Es können beispielsweise über längere Zeiträume hinweg Mittelwerte errechnet und diese in Bezug zu den aktuell gemessenen Informationen gesetzt werden, was kurzfristige Abweichungen sichtbar macht und ein Entgegenwirken erleichtert.
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In einer Ausgestaltung wird eine Information über die Temperatur des Bauteils und eine Information über die Temperatur des Umformwerkzeugs gemessen und es wird die Differenz der beiden Temperaturen errechnet. Somit lässt sich abschätzen, inwieweit eine verlängerte Haltezeit zur weitergehenden Kühlung des Bauteils beitragen könnte.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird als Prozessparameter der Warmumformung eine Haltezeit des umzuformenden Bauteils im Umformwerkzeug anhand der Information beeinflusst.
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Wie beschrieben beeinflusst die Haltezeit die Temperatur, bis zu welcher die Abkühlung des Bauteils erfolgt, und somit die Härte des Materials nach der Abkühlung.
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Die Haltezeit ist die Zeit, in der zwecks Umformung des Bauteils die Umformkraft mittels des Umformwerkzeugs auf das Bauteil ausgeübt wird. Die Haltezeit kann unter 10 s betragen, insbesondere unter 7 s und beispielsweise unter 5 s.
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Die genannte Ausgestaltung, umfassend die Anpassung der Haltezeit nach Erfassung der Information, bringt als Vorteil eine einfache und effektive Regelungsmöglichkeit des Warmumformprozesses mit sich. Die Änderung der Haltezeit wird ohne Verzögerung wirksam und ist somit geeignet, einen negativen Effekt einer auftretenden Störgröße sofort auszugleichen.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Beeinflussung der Haltezeit können wie beschrieben andere Parameter beeinflusst werden, die sich auf die Temperatur des umgeformten Bauteils auswirken, wie etwa die Temperatur oder der Volumenstrom eines das Umformwerkzeug durchströmenden Kühlmediums.
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Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin die Ofenverweilzeit angepasst werden, bei einem Durchlaufofen beispielsweise durch Änderung der Durchlaufgeschwindigkeit bzw. der Taktzeit. Derartige Anpassungen sind ebenso geeignet, Störgrößen auszugleichen. Allerdings wird hierbei durch das vergleichsweise träge System eine deutlich größere Regelzeit benötigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Information über die Temperatur des zuvor umgeformten Bauteils erfasst, während wenigstens ein Bereich des zuvor umgeformten Bauteils zumindest einen Teil des Umformwerkzeugs kontaktiert.
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Beispielsweise wird die Information nach Abschluss der Warmumformung und bei geöffnetem Umformwerkzeug erfasst. Dabei kann das umgeformte Bauteil im unteren Teil des Umformwerkzeugs liegen. Es kann zum Beispiel eine Einrichtung zur Erfassung der Information derart angeordnet sein, dass sie bei geöffnetem Umformwerkzeug Informationen zur Oberflächentemperatur des Bauteils erfassen kann. Dies bringt den Vorteil einer einfachen und schnellen Erfassung der Information mit sich.
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Alternativ zur beschriebenen Ausführungsform kann das Bauteil vor der Erfassung der Information aus dem Umformwerkzeug entnommen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Information über die Temperatur innerhalb von 10 s und insbesondere innerhalb von 5 s nach Abschluss der Warmumformung erfasst.
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Der Abschluss der Warmumformung ist dabei beispielsweise der Beginn des Öffnungsvorgangs des Umformwerkzeugs bzw. der Umformpresse, also das Ende der Haltezeit. Die erfasste Information ist die Information über die Temperatur des zuvor umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil einer schnellen Reaktionsmöglichkeit mit sich. Die Erfassung der Information in unmittelbarem Anschluss an die Warmumformung erlaubt weiterhin detailliertere Aussagen über die Temperatur, insbesondere bei Nutzung mehrerer Informationen mehrerer Bereiche, da etwaige Temperaturgradienten zwischen den Bereichen sich mit der Zeit verringern bzw. sich die Temperaturverteilung homogenisiert und somit die Aussagekraft derartiger Informationen abnimmt.
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Die Information über die Temperatur des zuvor umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs kann unter Nutzung eines bildgebenden Verfahrens erfasst werden. Insbesondere erfolgt dies unter Erstellung digitaler Daten, also in einer digitalen bildgebenden Einrichtung.
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Es kann beispielsweise eine Wärmebildkamera zur Erfassung von Wärmestrahlung, insbesondere langwelliger Wärmestrahlung, auch thermisches Infrarot genannt, genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Digitalkamera zur Erfassung der Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 700 und 900 Nanometer, auch Nahinfrarot genannt, genutzt werden. Beide Einrichtungen können kombiniert werden, um die Aussagekraft der erfassten Information zu erhöhen und/oder um die Vorteile der jeweiligen Verfahren auszunutzen.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass ein einfaches und etabliertes Verfahren zur Erfassung von Informationen über Temperaturen genutzt werden kann.
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Alternativ können zur Erfassung der Information über die Temperatur des Bauteils bzw. des Umformwerkzeugs Thermoelemente genutzt werden. Diese sind weiterhin dazu eingerichtet, während des Umformprozesses Informationen zu erfassen. Allerdings unterliegen sie einem hohen Verschleiß und verursachen somit hohe Kosten.
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Die ebenfalls zur berührungslosen Temperaturerfassung eingerichteten Pyrometer haben eine langsame Reaktionszeit und bringen einen großen gerätetechnischen Aufwand mit sich, da für unterschiedliche Messaufgaben unterschiedliche Pyrometer genutzt werden müssen.
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Zwecks Beeinflussung des Prozessparameters können mehrere Informationen über die Temperaturen mehrerer Bereiche des Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs erfasst werden.
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Die mehreren Informationen über die Temperaturen mehrerer Bereiche des zuvor umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs werden insbesondere für die Beeinflussung genutzt.
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Typischerweise werden räumlich aufgelöste Informationen genutzt, die Aussagen über die räumliche Verteilung der Temperatur ermöglichen. Dies bringt deutlich erweiterte Möglichkeiten hinsichtlich der Nutzung der Informationen mit sich. Beispielsweise können gezielt die Temperaturen an kritischen Stellen des Bauteils überwacht werden und es kann somit der Umformprozess auf die Härte dieser Bereiche hin optimiert werden.
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In einer Ausführungsform wird aus den erfassten Informationen ein Mittelwert gebildet und dieser für die Beeinflussung des Prozessparameters genutzt. In einer anderen Ausführungsform wird die Temperatur des wärmsten und/oder des kältesten Bereichs bestimmt und anhand dessen der Prozessparameter beeinflusst. Ist die Temperatur des kältesten Bereichs zu niedrig, kann beispielsweise beim nächsten umzuformenden Bauteil eine Verkürzung der Haltezeit erfolgen.
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Es ist eine Vielzahl an weiteren Berechnungsmethoden möglich, die die bereichsweise aufgelösten Informationen nutzen. Die jeweilige Berechnungsmethode kann in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Bauteils gewählt werden, insbesondere hinsichtlich der Härte bzw. Festigkeit des Bauteils.
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Insbesondere kann die Nutzung mehrerer Informationen mit der Verwendung des bildgebenden Verfahrens kombiniert werden, da die üblichen zur Erfassung der Infrarotstrahlung geeigneten Digitalkameras bzw. Wärmebildkameras typischerweise räumlich aufgelöste Informationen zur Verfügung stellen.
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Die beschriebene Nutzung mehrerer Informationen bringt den Vorteil mit sich, dass eine Vielzahl an zusätzlichen Möglichkeiten zur Verfügung gestellt wird, um das Verfahren den Anforderungen entsprechend auszugestalten.
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In einer Ausführungsform kann die Kühlung des Umformwerkzeugs anhand der räumlich aufgelösten Informationen bereichsweise angepasst werden. Dies kann zwecks Homogenisierung der Eigenschaften des Bauteils oder zur Einstellung gewünschter Eigenschaften in unterschiedlichen Bauteilbereichen erfolgen. Beispielsweise können mehrere Kühlkanäle im Umformwerkzeug separat angesteuert bzw. mit unterschiedlichen Volumenströmen und/oder unterschiedlich temperierten Medien beaufschlagt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden Informationen über die Kühlleistung des Umformwerkzeugs für die Beeinflussung des Prozessparameters genutzt.
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Mit anderen Worten wird wenigstens eine bekannte Kenngröße des Umformwerkzeugs in die Beeinflussung anhand der erfassten Information über die Temperatur einbezogen. Zum Beispiel kann die bekannte Kühlleistung des Presswerkzeugs genutzt werden, um die benötigte Verlängerung bzw. Verkürzung der Haltezeit aus einer erfassten Temperaturdifferenz zweier nacheinander umgeformter Bauteile zu errechnen.
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Beispielsweise können die Informationen über die Kühlleistung eine Einschätzung des Wärmeübergangs vom Bauteil auf das Umformwerkzeug während der Warmumformung erlauben. Auch Materialwerte des Umformwerkzeugs wie die Wärmeleitfähigkeit, werkzeugspezifische Informationen wie die Wärmekapazität oder etwa Wärmeübergangskoeffizienten können genutzt werden. Daneben kann beispielsweise die Kühlkapazität der Kühlungseinrichtung und/oder die Temperatur bzw. der Volumenstrom des Kühlmediums einbezogen werden.
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Die beschriebene Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass eine besonders genaue und systemspezifische Anpassung der Prozessparameter möglich ist.
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Die werkzeugspezifischen Daten können in digitaler Weise bei einem Werkzeugwechsel übernommen bzw. übertragen werden und es muss keine manuelle Einstellung von Messeinrichtungen bzw. Sensoren erfolgen. Dies ermöglicht einen schnellen und unkomplizierten Wechsel des Umformwerkzeugs.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese umfasst ein Umformwerkzeug zur Warmumformung von Bauteilen sowie eine Einrichtung zur Erfassung von Informationen über eine Temperatur eines umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine mit dem Umformwerkzeug gekoppelte oder koppelbare Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens eines Prozessparameters der Warmumformung. Die Steuereinrichtung ist datentechnisch mit der Einrichtung zur Erfassung von Informationen gekoppelt oder koppelbar. Sie ist dazu ausgestaltet, eine von dieser erfasste Information über eine Temperatur eines zuvor mit dem Umformwerkzeug umgeformten Bauteils und/oder des Umformwerkzeugs zu verwerten und zumindest ein Steuerungssignal zur Einstellung bzw. Beeinflussung wenigstens eines Prozessparameters der Warmumformung für ein mit dem Umformwerkzeug umzuformendes Bauteil zu generieren.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Zum Generieren des Steuersignals wird die erfasste Information genutzt.
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Beispielsweise ist die Einrichtung zur Erfassung von Informationen eine Wärmebildkamera oder eine Digitalkamera zur Erfassung der Infrarotstrahlung. Sie kann derart angeordnet sein, dass sie Informationen des auf dem unteren Teil des Umformwerkzeugs befindlichen Bauteils bei geöffnetem Umformwerkzeug erfassen kann. Beispielsweise ist sie zu diesem Zweck seitlich oberhalb des unteren Werkzeugteils positioniert, so dass sie schräg, etwa in einem Winkel von ca. 45°, auf das in dem geöffneten Umformwerkzeug befindliche Bauteil ausgerichtet oder ausrichtbar ist. Die Erfassung der Information kann beispielsweise erfolgen, wenn der obere Werkzeugteil in einem oberen Totpunkt befindlich ist. Es ist ebenso möglich, die Einrichtung zur Erfassung von Informationen beweglich anzuordnen, sodass sie zwecks Erfassung der Information in das geöffnete Umformwerkzeug hinein bewegt kann.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Einrichtung zur Erfassung von Informationen auch derart angeordnet sein, dass sie die Information nach einem Transfer des Bauteils aus dem Umformwerkzeug heraus erfassen kann. Zu diesem Zweck ist sie beispielsweise in einer neben dem Umformwerkzeug befindlichen Position angeordnet, etwa im Bereich eines Entnahmeroboters oder eines Stapelroboters. Es ist ebenso möglich, dass das umgeformte Bauteil mittels Schienen in eine geeignete Position zur Erfassung der Information transportiert werden kann.
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Insbesondere umfasst die Steuereinrichtung einen Speicher zum Speichern der Information, sodass gespeicherte Informationen für zukünftige Umformprozesse genutzt werden können.
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Das Umformwerkzeug ist insbesondere zweiteilig ausgestaltet und kann zwecks Anordnung eines umzuformenden Bauteils, etwa einer Platine, und zwecks Entnahme des umgeformten Bauteils, geöffnet werden.
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Das Umformwerkzeug steht typischerweise in mechanischer Wirkverbindung mit einer Umformpresse, sodass mittels der Umformpresse die Umformkraft realisiert werden kann, die vom Umformwerkzeug auf das umzuformende Bauteil ausgeübt wird. Mit anderen Worten wird das Umformwerkzeug mittels der Umformpresse betätigt bzw. bewegt. Demnach ist die Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens eines Prozessparameters der Warmumformung selbstverständlich ebenso mit der Umformpresse gekoppelt oder koppelbar, sodass mittels der Steuerungseinrichtung wenigstens ein Prozessparameter der Warmumformung steuerbar ist. Wie beschrieben kann dieser Prozessparameter insbesondere die Haltezeit des Bauteils im Umformwerkzeug sein.
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Typischerweise umfasst das Umformwerkzeug wenigstens einen Kühlkanal ist somit mittels eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser, kühlbar.
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Insbesondere ist die Vorrichtung weiterhin dazu eingerichtet, das generierte Steuerungssignal zur Einstellung bzw. Beeinflussung wenigstens eines Prozessparameters von der Steuereinrichtung zum Umformwerkzeug bzw. zur Umformpresse zu leiten, sodass für einen folgenden Umformprozess des Umformwerkzeugs wenigstens ein entsprechender Prozessparameter beeinflusst werden kann.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen. Dieses umfasst wenigstens ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes warmumgeformtes Bauteil.
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Das warmumgeformte Bauteil kann dabei insbesondere ein Karosseriebauteil sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils, sowie
- 2: ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Regelkreises.
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1 zeigt die Vorrichtung 12 zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils in einer beispielhaften Warmumformungslinie. Diese umfasst ein in einer Umformpresse 32 angeordnetes Umformwerkzeug 10 sowie vier Einrichtungen 30 zur Erfassung von Informationen, von denen zwei in der Figur dargestellt sind und die anderen beiden hinter den gezeigten Einrichtungen 30 angeordnet und von diesen überdeckt sind. Nicht dargestellt ist die Steuereinrichtung zur Steuerung wenigstens eines Prozessparameters der Warmumformung für ein umzuformendes Bauteil, welche beispielsweise im Bereich der Umformpresse 32 angeordnet sein kann. Die Umformpresse 32 ist in diesem Beispiel hydraulisch angetrieben.
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Auf der rechten Seite, entlang der Richtung des Materialflusses M zuerst dargestellt befindet sich die Entstapelstelle 44, wo mittels des Entstapelroboters 45 eine einzelne zu erwärmende Stahlplatine entnommen und an die Markierstation 42 weitergegeben wird. Nach erfolgter Markierung durchläuft die Platine den als Durchlaufofen ausgestalteten Ofen 40, in welchem sie auf eine Zieltemperatur oberhalb von 800 °C erwärmt wird. Während der Erwärmung findet die Austenitisierung des Materials statt. Mit dem Beladeroboter 33 wird die erwärmte Platine, also das umzuformende Bauteil, in das geöffnete Umformwerkzeug 10 eingelegt. Etwaiger Ausschuss wird im Schrottbehälter 37 gesammelt.
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Nach erfolgter Umformung, welche während der Haltezeit erfolgt, wird mittels der Umformpresse 32 das Umformwerkzeug 10 geöffnet und es wird mittels wenigstens einer Einrichtung 30 zur Erfassung von Informationen, hier ausgeführt als Digitalkamera, innerhalb von wenigen Sekunden nach der Öffnung des Umformwerkzeugs 10, ein digitales Wärmebild des umgeformten Bauteils erfasst. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung 30 zur Erfassung von Informationen seitlich am oberen Teil des Umformwerkzeugs 10 angeordnet, sodass sie entlang einer schräg nach unten gerichteten Blickrichtung ein Wärmebild vom im unteren Teil des Umformwerkzeugs befindlichen Bauteil erfassen kann.
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In der hier nicht dargestellten Steuereinrichtung wird nun eine Differenz aus dem erfassten digitalen Wärmebild und dem vom zuvor in dem Umformwerkzeug 10 umgeformten Bauteil erfassten digitalen Wärmebild errechnet und ein entsprechendes Steuerungssignal zur Einstellung bzw. Beeinflussung der Haltezeit der Warmumformung für ein folgendes, mit dem Umformwerkzeug 10 umzuformendes, Bauteil generiert.
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Mittels des Entnahmeroboters 34 wird das umgeformte Bauteil entnommen. Mittels eines Stapelroboters 35 werden die umgeformten Bauteile in der Stapelstation 36 anschließend gestapelt.
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Die dargestellten Digitalkameras sowie die Steuereinrichtung können weiterhin zur Lagekontrolle des Werkstücks im Umformwerkzeug 10 bzw. in der Umformpresse 32 genutzt werden.
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In 2 ist der zugrunde liegende Regelkreis in einem Blockschaltbild dargestellt. Das gewünschte Ziel, nämlich das Erreichen eines definierten Gefüges im Material des Bauteils, wird durch die Beeinflussung der Haltezeit t erreicht, welche die Stellgröße darstellt, die wiederum die Temperatur des umgeformten Bauteils nach der Warmumformung beeinflusst. Die Warmumformung eines ersten Bauteils erfolgt mit der Haltezeit t1. Diese geht in den Regelalgorithmus 55 ein und wird dort mittels einer verarbeiteten Information 22 bezüglich der Temperatur T beeinflusst, sodass sich für ein nun umzuformendes Bauteil eine Haltezeit t2 ergibt.
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In der Vorrichtung 12 zur Herstellung wenigstens eines warmumgeformten Bauteils erfolgt nun die Umformung des Bauteils mit der Haltezeit t2. Dabei wirkt eine Störgröße 57 auf den Warmumformprozess. Resultat des Prozesses ist eine Information 20 über eine Temperatur T, welche mit der Einrichtung 30 zur Erfassung von Informationen erfasst bzw. gemessen wird. Mittels der Einrichtung 30 wird nun eine digitale Information 21 über die Temperatur T generiert, welche an die von der Steuereinrichtung umfasste Recheneinheit 59 geleitet wird. Hier wird aus wenigstens dieser Information 21 eine verarbeitete Information 22 generiert, welche als Stellgröße Eingang in den Regelalgorithmus 55 findet.
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Bezugszeichenliste
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| Umformwerkzeug |
10 |
| Vorrichtung |
12 |
| Information |
20 |
| Digitale Information |
21 |
| Verarbeitete Information |
22 |
| Einrichtung zur Erfassung von Informationen |
30 |
| Umformpresse |
32 |
| Beladeroboter |
33 |
| Entnahmeroboter |
34 |
| Stapel roboter |
35 |
| Stapelstation |
36 |
| Schrottbehälter |
37 |
| Ofen |
40 |
| Markierstation |
42 |
| Entstapelstelle |
44 |
| Entstapelroboter |
45 |
| Regelalgorithmus |
55 |
| Störgröße |
57 |
| Recheneinheit |
59 |
| Temperatur |
T |
| Haltezeit |
t |
| Haltezeit |
t1 |
| Haltezeit |
t2 |
| Materialfluss |
M |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9924190 A1 [0006]
- EP 2455741 B1 [0007]
