DE102020128925A1

DE102020128925A1 - Verfahren und Anlage zum Abschrecken von Metallbauteilen

Info

Publication number: DE102020128925A1
Application number: DE102020128925.1A
Authority: DE
Inventors: Jan Gaugler; Steffen Otterbach; Marc Hummel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken eines Metallbauteils (100) in einem Tauchbecken (210) mithilfe eines Roboters (220), wobei der Roboter (220) das Metallbauteil (100) aufnimmt, zum Tauchbecken (210) verbringt und in das Tauchbecken (210) eintaucht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Roboter (220) beim Eintauchen des Metallbauteils (100) in das Tauchbecken (210) eine bauteilspezifische Eintauchbewegung (T) ausführt, wobei das Metallbauteil (100) mit einer für dieses Metallbauteil (100) vorbestimmten Bauteilausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit (V) eingetaucht wird.Die Erfindung betrifft ferner ein analoges Verfahren mit mehreren in einem Wärmebehandlungsgestell angeordneten Metallbauteilen sowie auch eine Anlage (200), die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Abschrecken bzw. Abschreckkühlen eines Metallbauteils oder mehrerer Metallbauteile in einem Tauchbecken mithilfe eines Roboters.
Metallbauteile können einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um Werkstoffeigenschaften zu verändern und bestimmte Bauteileigenschaften zu erzielen. Einige Wärmebehandlungen erfordern ein sogenanntes Abschrecken bzw. Abschreckkühlen, wobei das betreffende Metallbauteil nach einer vorausgehenden Erwärmung möglichst rasch abgekühlt wird. Das Abschrecken kann durch Eintauchen des erhitzten Metallbauteils in ein sogenanntes Tauchbecken bzw. Abschreckbad erfolgen, welches mit einem Kühlfluid (bspw. Wasser, Öl oder Granulat) gefüllt ist.
Zum Stand der Technik wird auf die in der DE 10 2008 006 640 A1 beschriebene Vorrichtung zum Tempern von Gegenständen verwiesen, welche eine Hub- und Senkstation umfasst, mit der die zuvor erhitzten Gegenstände, insbesondere Aluminiumräder, in ein mit Wasser gefülltes Abschreckbecken abgesenkt und dadurch abgeschreckt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren des Patentanspruchs 1 ermöglicht ein verbessertes Abschrecken eines Metallbauteils durch Berücksichtigung bauteilspezifischer Aspekte. Der nebengeordnete Patentanspruch 9 betrifft ein analoges Verfahren mit mehreren in einem Wärmebehandlungsgestell angeordneten Metallbauteilen. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch 10 erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Anlage (Vorrichtung), die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen und entsprechend ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Anlage ist bevorzugt für eine Serienfertigung ausgelegt. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschrecken bzw. Abschreckkühlen eines Metallbauteils in einem (mit Kühlfluid gefüllten) Tauchbecken wird mithilfe eines Roboters bzw. Manipulators ausgeführt, wobei der Roboter das Metallbauteil aufnimmt, zum Tauchbecken verbringt und in das Tauchbecken eintaucht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Roboter beim Eintauchen des (erhitzten) Metallbauteils in das Tauchbecken eine bauteilspezifische Eintauchbewegung ausführt, insbesondere derart, dass das Metallbauteil mit einer für dieses Metallbauteil bzw. für einen betreffenden Bauteiltyp vorbestimmten Bauteilausrichtung (relativ zur Kühlfluidoberfläche) und/oder Eintauchgeschwindigkeit (in das Kühlfluid) eingetaucht wird. Mit anderen Worten: Das abzuschreckende Metallbauteil wird mithilfe des Roboters beim Eintauchen (in das Kühlfluid) so bewegt, dass dieses eine bauteilspezifische Eintauchbewegung ausführt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass während der Eintauchbewegung (bauteilspezifisch) die Bauteilausrichtung und/oder die Eintauchgeschwindigkeit verändert wird/werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können je nach Zielsetzung unterschiedliche Bauteileigenschaften (d. h. Bauteilbereiche mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften) oder, insbesondere bei einem Metallbauteil mit unterschiedlichen Wanddicken, homogene Bauteileigenschaften erzeugt werden. Ferner kann das Abschrecken so ausgeführt werden, dass kein Bauteilverzug auftritt. Eine je nach Zielsetzung geeignete bauteilspezifische Eintauchbewegung unter Berücksichtigung bauteilspezifischer Aspekte kann durch Versuche und/oder mittels Simulation ermittelt werden. Hieraus können dann eine entsprechende Bewegungsbahn (Bewegungspfad) und Bewegungsgeschwindigkeit für den Roboter abgeleitet werden.
Bevorzugt wird das Metallbauteil völlig bzw. vollständig (in das Kühlfluid) eingetaucht. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das Metallbauteil beim Eintauchen nur partiell bzw. nur bereichsweise (in das Kühlfluid) eingetaucht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nacheinander verschiedene Bauteilbereiche eingetaucht werden, sodass nach jedem partiellen Eintauchvorgang die Bauteilausrichtung verändert wird, wobei die partiellen Eintauchvorgänge auch mit unterschiedlichen Eintauchgeschwindigkeiten ausgeführt werden können.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Roboter das Metallbauteil nach dem Eintauchen, insbesondere nach einem vollständigen Eintauchen, auch durch das Tauchbecken bzw. durch das Kühlfluid bewegt. Dadurch wird der sogenannte Leidenfrost-Effekt deutlich verringert. Bevorzugt wird das Metallbauteil dabei entlang vorgegebener Bewegungsbahnen durch das Tauchbecken bzw. durch das Kühlfluid bewegt, wobei auch die Bewegungsgeschwindigkeit verändert werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass mit dem Metallbauteil auch Schwenkbewegungen (d. h. Dreh- und/oder Kippbewegungen) und/oder Reversionsbewegungen (d. h. Umkehrbewegungen) ausgeführt werden.
Das Metallbauteil kann in einem Wärmebehandlungsgestell angeordnet sein und wird dann zusammen mit diesem Wärmebehandlungsgestell in das Tauchbecken eingetaucht. Der Roboter nimmt dann nicht das Metallbauteil direkt auf, sondern das Wärmebehandlungsgestell.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Roboter das Metallbauteil nach dem Abschrecken aus dem Tauchbecken heraushebt und dabei ebenfalls eine bauteilspezifische Aushebebewegung ausführt, um insbesondere einen Schöpfeffekt zu verhindern oder zu minimieren. Dies gilt insbesondere auch für den Fall, dass nacheinander verschiedene Bauteilbereiche eingetaucht werden (s. o.), wobei nach jedem partiellen bzw. bereichsweisen Eintauchen eine bauteilspezifische Aushebebewegung ausgeführt werden kann, oder auch für den Fall, dass das Metallbauteil in einem Wärmebehandlungsgestell angeordnet ist (s. o.).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch anwendbar für mehrere, in einem Wärmebehandlungsgestell oder dergleichen angeordnete Metallbauteile, die eine sogenannte Charge bilden, wobei die Metallbauteile dann zusammen mit dem Wärmebehandlungsgestell in das Tauchbecken eingetaucht werden und dabei der Roboter eine chargenspezifische Eintauchbewegung ausführt, derart, dass das Wärmebehandlungsgestell mit einer für die aufgenommenen Metallbauteile vorbestimmten (Gestell)Ausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit eingetaucht wird. Auch hierbei kann während der Eintauchbewegung die Ausrichtung des Wärmebehandlungsgestells und/oder die Eintauchgeschwindigkeit verändert werden. Ferner kann der Roboter das Wärmbehandlungsgestell nach dem Eintauchen, insbesondere nach einem vollständigen Eintauchen, durch das Tauchbecken bzw. durch das Kühlfluid bewegen, insbesondere derart, dass zwischen den Metallbauteilen eine bestmögliche Durchströmung erzielt wird. Beim Herausheben des Wärmbehandlungsgestells kann der Roboter eine chargenspezifische Aushebebewegung ausführen. Die vorausgehenden Erläuterungen gelten analog.
Die erfindungsgemäße Anlage zum Abschrecken bzw. Abschreckkühlen eines Metallbauteils oder mehrerer in einem Wärmebehandlungsgestell angeordneter Metallbauteile umfasst zumindest die folgenden Einrichtungen bzw. Komponenten:

- ein Tauchbecken, das mit einem Kühlfluid bzw. Abschreckmedium befüllt ist, wobei als Kühlfluid insbesondere Wasser oder ein sogenanntes Wirbelbett bildendes Granulat aus Feststoffpartikeln, wie insbesondere Quarzsand oder Aluminiumoxidkorund, verwendet wird;
- einen Roboter bzw. Manipulator, der dafür vorgesehen ist, das Metallbauteil oder das Wärmebehandlungsgestell aufzunehmen, zum Tauchbecken zu verbringen und in das Tauchbecken einzutauchen, wobei der Roboter beim Eintauchen des Metallbauteils eine bauteilspezifische Eintauchbewegung ausführt bzw. beim Eintauchen des Wärmebehandlungsgestells eine chargenspezifische Eintauchbewegung ausführt, womit insbesondere gemeint ist, dass der Roboter so ausgebildet bzw. dessen Steuergerät so programmiert ist, dass das Metallbauteil beim Eintauchen mit einer für dieses Metallbauteil vorbestimmten Bauteilausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit eingetaucht wird bzw. dass das Wärmebehandlungsgestell beim Eintauchen mit einer für die aufgenommenen Metallbauteile vorbestimmten Ausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit eingetaucht wird.

Bei dem Roboter handelt es sich bevorzugt um einen Gelenkarmroboter, der insbesondere mit einem geeigneten Greifer ausgestattet ist. Zum Roboter gehört ein, insbesondere frei programmierbares, Steuergerät, welches die Bewegungsbahnen und Bewegungsgeschwindigkeiten des Roboters sowie gegebenenfalls auch die Greiffunktion des Greifers steuert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zum Abschrecken eines Metallbauteils und veranschaulicht eine bauteilspezifische Eintauchbewegung.

Die Anlage 200 zum Abschrecken eines Metallbauteils 100 umfasst ein Tauchbecken 210, das mit einem Kühlfluid K befüllt ist, und einen als Gelenkarmroboter ausgebildeten Manipulator 220, der mit einem Greifer 221 bestückt ist. Der Roboter 220 ist dazu vorgesehen, in Serie ein erwärmtes bzw. erhitztes Metallbauteil 100 definiert aufzunehmen, zum Tauchbecken 210 zu verbringen und in das Tauchbecken 210 bzw. in das Kühlfluid K einzutauchen und anschließend wieder abzulegen, wobei der Roboter 220 das Metallbauteil 100 durchgehend festhält. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Roboter 220 die Metallbauteile 100 nacheinander direkt von einem Ofen 300 übernimmt bzw. aus diesem Ofen 300 entnimmt und nach dem Abschrecken im Tauchbecken 210 wieder ablegt, insbesondere in einem Auslagerungsofen ablegt. Bei den Metallbauteilen 100 handelt es sich beispielsweise um Aluminium-Gussbauteile, insbesondere um dünn- oder dickwandige Aluminiumdruckguss-Karosseriebauteile, die im Ofen 300 lösungsgeglüht wurden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Roboter 220 beim Eintauchen eines Metallbauteils 100 in das Tauchbecken 210 eine bauteilspezifische Eintauchbewegung T ausführt, wobei das Metallbauteil 100 mit einer für dieses Metallbauteil 100 vorbestimmten Bauteilausrichtung und/oder mit einer vorbestimmten Eintauchgeschwindigkeit V eingetaucht wird. Dies ist in der Figur anhand der Bewegungsbahn und der zeitlichen Abfolge A-B-C-D veranschaulicht. Die Bauteilausrichtung beim Eintauchen bestimmt u. a. den Bauteilbereich bzw. die Bauteilbereiche, die zuerst eingetaucht werden und den Eintauchwinkel. Während der Eintauchbewegung T können sowohl die Bauteilausrichtung als auch die Eintauchgeschwindigkeit V verändert werden. Im Weiteren wird auf die obenstehenden Erläuterungen verwiesen.
Es kann vorgesehen sein, dass die aus dem Ofen 300 kommenden Metallbauteile 100 unterschiedlich sind, wobei der Roboter 220 für jedes dieser Metallbauteile 100 eine bauteilspezifische Eintauchbewegung T ausführt.
Die Erfindung ist in analoger Weise auch für mehrere, in einem Wärmebehandlungsgestell angeordnete Metallbauteile ausführbar, wie obenstehend erläutert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008006640 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Abschrecken eines Metallbauteils (100) in einem Tauchbecken (210) mithilfe eines Roboters (220), wobei der Roboter (220) das Metallbauteil (100) aufnimmt, zum Tauchbecken (210) verbringt und in das Tauchbecken (210) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (220) beim Eintauchen des Metallbauteils (100) in das Tauchbecken (210) eine bauteilspezifische Eintauchbewegung (T) ausführt, wobei das Metallbauteil (100) mit einer für dieses Metallbauteil (100) vorbestimmten Bauteilausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit (V) eingetaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Eintauchbewegung (T) die Bauteilausrichtung und/oder die Eintauchgeschwindigkeit (V) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (100) vollständig eingetaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (100) nur partiell eingetaucht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass nacheinander verschiedene Bauteilbereiche eingetaucht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (220) das Metallbauteil (100) nach dem Eintauchen (210) durch das Tauchbecken (210) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des Metallbauteils (100) durch das Tauchbecken (210) auch Schwenkbewegungen und/oder Reversionsbewegungen ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (100) in einem Wärmebehandlungsgestell angeordnet ist und zusammen mit dem Wärmebehandlungsgestell in das Tauchbecken (210) eingetaucht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (220) das Metallbauteil (100) nach dem Abschrecken aus dem Tauchbecken (210) heraushebt und dabei eine bauteilspezifische Aushebebewegung ausführt.
Verfahren zum Abschrecken mehrerer, in einem Wärmebehandlungsgestell angeordneter Metallbauteile in einem Tauchbecken (210) mithilfe eines Roboters (220), wobei der Roboter (220) das Wärmebehandlungsgestell mit den darin angeordneten Metallbauteilen aufnimmt, zum Tauchbecken (210) verbringt und in das Tauchbecken (210) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (220) beim Eintauchen des Wärmebehandlungsgestells eine chargenspezifische Eintauchbewegung ausführt, wobei das Wärmebehandlungsgestell mit einer für die darin angeordneten Metallbauteile vorbestimmten Ausrichtung und/oder Eintauchgeschwindigkeit eingetaucht wird.
Anlage (200) zum Abschrecken eines Metallbauteils (100) oder mehrerer in einem Wärmebehandlungsgestell angeordneter Metallbauteile, umfassend: - ein Tauchbecken (210), das mit einem Kühlfluid (K) befüllt ist; - einen Roboter (220), der dafür vorgesehen ist, das Metallbauteil (100) oder das Wärmebehandlungsgestell aufzunehmen, zum Tauchbecken (210) zu verbringen und in das Tauchbecken (210) einzutauchen, wobei der Roboter beim Eintauchen des Metallbauteils (100) eine bauteilspezifische Eintauchbewegung (T) bzw. beim Eintauchen des Wärmebehandlungsgestells eine chargenspezifische Eintauchbewegung ausführt.