DE102022116557A1

DE102022116557A1 - Kühlstation für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück, sowie ein Kühlverfahren für ein beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück

Info

Publication number: DE102022116557A1
Application number: DE102022116557.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Phillip Utsch
Original assignee: HPL Technologies GmbH
Current assignee: HPL Technologies GmbH
Priority date: 2022-07-02
Filing date: 2022-07-02
Publication date: 2024-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlstation (1) für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Werkstückaufnahme (3,4,5,6) für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes Werkstück (2); und
- zumindest eine Kühleinrichtung (7) zum Kühlen eines in der Werkstückaufnahme (4) aufgenommenen Werkstücks (2). Die Kühlstation (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass von der Kühleinrichtung (7) eine Flüssigkühlung ausführbar ist, und dass weiterhin eine Trockeneinrichtung (8) zum Trocknen eines in der Werkstückaufnahme (5) aufgenommenen Werkstücks (2) vorgesehen ist. Mit der hier vorgeschlagenen Kühlstation ist ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und noch abzuschleifendes Werkstück schnell, effizient und Taktzeitgerecht kühlbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlstation für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück, einen Kühlverfahren für ein beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück, eine Bearbeitungsstation mit einer solchen Kühlstation für ein zu beschichtendes und abzuschleifendes Werkstück, sowie einen Fertigungsstraße mit einer solchen Bearbeitungsstation.
Beim Auftragschweißen entsteht an dem zu beschichtenden Werkstück große Wärme. Es wurde festgestellt, dass die hohe Temperatur des Werkstücks sich negativ auf nachfolgende Prozesse, beispielsweise Schleifen, auswirkt. Es gilt daher, bevor das Werkstück einem nachfolgenden Arbeitsschritt zugeführt wird, die Wärme aus dem Werkstück abzuführen. Weil das Auftragschweißen ein trockenes Werkstück bedingt, bietet es sich an, eine Luftkühlung zur Kühlung einzusetzen, weil damit im Gegensatz zu einer Flüssigkühlung ein zeitaufwendiger Trockenschritt entfällt. Bei einer Trockenkühlung ist daher eine sehr kurze Prozesszeit zu erwarten. Zudem ist zu befürchten, dass die aufgebrachte Oberflächenbeschichtung bei einem hohen applizierten Temperatur-Gradienten aufgrund der von dem Trägermaterial abweichenden chemischen Zusammensetzung einen anderen TemperaturAusdehnungskoeffizienten und/oder eine schlechte Wärmeleitung aufweist und derart hohe Eigenspannungen entwickelt, dass es zu Abplatzern kommen kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Kühlstation für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- zumindest eine Werkstückaufnahme für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes Werkstück; und
- zumindest eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines in der Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstücks.

Die Kühlstation ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass von der Kühleinrichtung eine Flüssigkühlung ausführbar ist, und dass weiterhin eine Trockeneinrichtung zum Trocknen eines in der Werkstückaufnahme aufgenommenen Werkstücks vorgesehen ist.
Es wird im Folgenden auf die jeweils definierten Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Die hier vorgeschlagene Kühlstation ist, beispielsweise zusammen mit einer eigenen oder mit anderen Stationen geteilten Transporteinrichtung, als Kühlstrecke in eine Fertigungsstraße und/oder in eine Bearbeitungsstation integrierbar. Die Kühlstation ist eingerichtet zum Kühlen eines Werkstücks, welches beim Auftragschweißen erwärmt worden ist. Beispielsweise beim Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA] (vergleiche beispielsweise DE 10 2011 100 456 A1 ) wird erhebliche (Wärme-) Leistung von dem Werkstück absorbiert. Beispielsweise heizt sich das Werkstück auf etwa 150 °C [einhundertundfünfzig Grad Celsius] auf. Die mittels Auftragschweißen erzeugte Oberfläche erfordert einen nachgelagertes Abschleifen, wofür das Werkstück auf eine Temperatur nahe Raumtemperatur, bevorzugt eine gegen Hautverbrennungen sichere Temperatur, gebracht werden soll, beispielsweise auf maximal 50 °C [fünfzig Grad Celsius].
Die Kühlstation umfasst zumindest eine Werkstückaufnahme, beispielsweise für jede Aufgabe jeweils eine Werkstückaufnahme. Für ein rotatives Werkstück ist beispielsweise ein Dreibackenfutter vorgesehen. In einer Ausführungsform ist eine Werkstück-spezifische Werkstückaufnahme vorgesehen. In einer Ausführungsform sind alle Werkstückaufnahmen gleich, bevorzugt identisch, für gleiche beziehungsweise identische Werkstücke.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Kühleinrichtung für eine Flüssigkühlung eingerichtet ist, also eine Kühlflüssigkeit auf das (erhitzte) Werkstück aufgebracht wird. In einer Ausführungsform wird eine geringe Flüssigkeitsmenge appliziert, beispielsweise aufgespritzt, sodass ein Kälteeintrag mittels der vorliegenden Wärmeleitfähigkeit ausreichend schnell in dem Werkstück verteilt wird. In einer Ausführungsform wird eine temperierte Kühlflüssigkeit aufgegeben, beispielsweise leicht unterhalb (beispielsweise mit einer Abweichung um 5 °K [fünf Kelvin] bis 20 °K, bevorzugt maximal 10 °K von) der Zieltemperatur. In einer Ausführungsform ist die Anbindungsqualität derart hoch, dass keine Abplatzer zu erwarten sind, wenn die Kühlflüssigkeit eine Temperatur nahe Raumtemperatur, bevorzugt Raumtemperatur aufweist, beispielsweise 20 °C bis 25 °C.
Weiterhin ist hier vorgeschlagen, dass eine Trockeneinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Großteil der Kühlflüssigkeit von dem Werkstück abscheidbar ist. Eine verbleibende Oberflächenbenetzung mit der Kühlflüssigkeit ist für einige Anwendungen, vor allem für einen unmittelbar nachfolgenden Schleifprozess unschädlich, somit eine Trocknungszeit im Vergleich zu einer vollständigen Trocknung erheblich reduzierbar ist. In jedem Fall ist aufgrund der erheblichen Reduzierung des Zeitaufwands beim Kühlen im Vergleich zu einer trockenen Kühlung, also mittels Gas (beispielsweise Luft) abgeführten Wärme, überraschender Weise insgesamt eine verkürzte Kühlzeit erzielbar. Beispielsweise ist der Kühlprozess inklusive des Eingebens vor und des Ausgebens nach der Flüssigkühlung und nach dem Trocknen maximal zweimal länger als die Dauer des Auftragschweißens. Damit ist für eine Fertigungsstraße mit zwei Bearbeitungsstationen zum Auftragschweißen lediglich eine einzige Kühlstation (mit vier Werkstückaufnahmen) notwendig. Es sei darauf hingewiesen, dass dies auch für ein Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA] gilt, bei welchem Auftragsgeschwindigkeiten pro Lage Schweißzusatzwerkstoff im Bereich von einer Drehmaschine zum Abdrehen einer Lage erzielbar sind (beispielsweise 5 m²/h [fünf Quadratmeter pro Stunde]).
Ein weiterer Vorteil der Flüssigkühlung ist die Abfuhr von Resten von Schweißzusatzwerkstoff, welcher nicht (ausreichend fest) mit dem Werkstück verbunden worden ist. Dies ist besonders vorteilhaft für ein Pulver-basiertes Auftragschweißen, wie beispielsweise EHLA. Damit ist ein beschichtetes Werkstück ohne Entfernen von Pulverrückständen, also staubig, in die Kühlstation eingebbar. Bei einer trockenen Kühlung ist dies nicht möglich oder mit erheblichem Aufwand hinsichtlich einer Staubfilterung zum Schutz von Menschen und/oder anderen (gegebenenfalls Staub-empfindlichen) Anlagen in der Fertigungsstraße.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden mittels der Kühlflüssigkeit abgeführte Reste von einem Schweißzusatzwerkstoff, beispielsweise Pulver, aus der Kühlflüssigkeit herausgefiltert und diese Reste für eine weitere Nutzung, beispielsweise für das vorgelagerte Auftragschweißen, bereitgestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kühlflüssigkeit ein Kühlschmierstoff, beispielsweise eine Wasser-Öl-Emulsion, wie sie beispielsweise bei einer spanenden Bearbeitung eingesetzt wird.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlstation vorgeschlagen, dass das zu kühlende Werkstück mittels Laserauftragschweißen, bevorzugt mittels Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA], beschichtet ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlstation vorgeschlagen, dass das Werkstück rotierbar ist, bevorzugt eine Bremsscheibe oder ein Zylinder.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlstation vorgeschlagen, dass die Kühlstation drei oder mehr Werkstückaufnahmen umfasst, von welchen die Werkstückaufnahmen für das zeitgleiche Ausführen zumindest der folgenden Aufgaben eingerichtet sind:

- Eingeben und/oder Entnehmen eines Werkstücks;
- Zugeben von Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Werkstücks; und
- Zuführen von einem Gas, bevorzugt Luft, und/oder Hitze zum Trocknen des Werkstücks,

In einer Ausführungsform ist eine einzige Werkstückaufnahme vorgesehen, auf welcher alle Aufgaben ausgeführt werden. In einer Ausführungsform sind mehrere Werkstückaufnahmen vorgesehen, wobei an jeweils einer Werkstückaufnahme jeweils ausschließlich eine oder mehrere der Aufgaben ausgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird an jeder der Mehrzahl der Werkstückaufnahmen jede der Aufgaben ausgeführt, wobei die Werkstückaufnahmen nacheinander verschiedenen Positionen für jeweils eine oder mehrere der Aufgaben zugeführt werden. Bevorzugt ist dies mittels eines gemeinsamen Antriebs erzielt, beispielsweise mithilfe eines Schalttischs, auf welchem die Werkstückaufnahmen zueinander fixiert sind. Alternativ oder zusätzlich ist eine entsprechende Einrichtung (zum Eingeben, Entnehmen, Kühlen und/oder Trocknen) bewegbar, bevorzugt mittels eines gemeinsamen Antriebs, wobei bevorzugt die Werkstückaufnahmen unbeweglich sind.
In einer Ausführungsform mit relativ bewegbaren, also angetriebenen, Werkstückaufnahmen wird das Eingeben und das Entnehmen in der gleichen Position der betreffenden Werkstückaufnahme ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden diese (Teil-) Aufgaben separat an unterschiedlichen (zu den entsprechenden Einrichtungen relativen) Positionen ausgeführt. Das Eingeben und/oder das Entnehmen wird beispielsweise von einem Transport-Roboter, bevorzugt jeweils einem Transport-Roboter, ausgeführt.
In einer Ausführungsform ist das Werkstück in der jeweiligen Werkstückaufnahme bewegbar, beispielsweise (translatorisch und/oder zu einer außermittigen Achse) oszillierbar und/oder rotierbar, beispielsweise eine Bremsscheibe oder ein Zylinder als Werkstück um seine Rotationsachse rotierbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rotieren des Werkstücks zum Trocknen beziehungsweise zum Unterstützen eines Trocknens von der Trockeneinrichtung eingesetzt, um die verbliebene Kühlflüssigkeit mittels Zentripetalkraft abzuschleudern. In einer Ausführungsform ist dies zusätzlich mittels eines Gasstroms (also vornehmlich Gasgetragener Abtransport) und/oder Erhitzung (also vornehmlich Verdampfen) unterstützt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlstation vorgeschlagen, dass die Kühleinrichtung eine Spritzeinrichtung zum Abspritzen des Werkstücks mit einer Kühlflüssigkeit umfasst.
Bei dieser Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeit mittels eines Auslasses, beispielsweise einer Düse, auf das zu kühlende Werkstück gespritzt. Damit ist ein einfacher Aufbau sowie eine gute Regelbarkeit des Kälteeintrags erzielbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Kühlstation vorgeschlagen, dass die Kühleinrichtung ein Kühlbad mit einer Kühlflüssigkeit umfasst.
Bei dieser Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeit mittels eines Beckens (ohne oder bevorzugt mit Konvektion) vorgehalten und das zu kühlende Werkstück in das Kühlbad eingetaucht. In einer Ausführungsform wird das Werkstück vollständig eingetaucht. Alternativ wird das Werkstück nur zu einem Teil eingetaucht, und bevorzugt dabei rotiert. Damit ist ebenfalls ein einfacher Aufbau sowie ein hoher Kälteeintrag erzielbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kühlverfahren für ein beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück vorgeschlagen, aufweisend die folgenden Schritte:

a. in eine erste Werkstückaufnahme, Eingeben eines mittels Auftragschweißen beschichteten Werkstücks;
b. bei einer zweiten Werkstückaufnahme, Kühlen eines aufgenommenen Werkstücks mittels Aufbringen einer Kühlflüssigkeit;
c. bei einer dritten Werkstückaufnahme, Trocknen eines aufgenommenen Werkstücks; und
d. von einer vierten Werkstückaufnahme, Ausgeben eines aufgenommenen Werkstücks,

Für die Schritte des hier vorgeschlagenen Kühlverfahrens wird auf die obige Beschreibung, zumindest hinsichtlich der dort erwähnten Aufgaben und Schritte, verwiesen. Das zeitgleiche, also zeitlich überlappende beziehungsweise in einem identischen Zeitfenster, Ausführen jedes der Schritte ermöglicht eine hohe Taktzahl. Die jeweilige Prozessdauer eines der Schritte ist möglicherweise kürzer als das vorgegebene Zeitfenster.
Es sei darauf hingewiesen, dass zum Einnehmen der Positionen die Werkstückaufnahmen allein oder die entsprechenden Einrichtungen allein oder beide bewegt werden, also die Positionen relativ zu den entsprechenden Einrichtungen definiert sind. Bevorzugt werden allein die Werkstückaufnahmen bewegt und die entsprechenden Einrichtungen sind fixiert.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlverfahrens vorgeschlagen, dass zumindest einer der Schritte des Kühlverfahrens bei einem gleichen Werkstück mehrfach ausgeführt wird, bevor der nächste Schritt bei diesem Werkstück ausgeführt wird.
In einer Ausführungsform ist die Prozesszeit eines der Schritte (beispielsweise das Kühlen) deutlich länger, beispielsweise doppelt so lang wie der längste Schritt der anderen Positionen. Dann wird dieser Schritt wiederholt. In einer Ausführungsform wird eine Werkstückaufnahme, beispielsweise in der Position zum Kühlen, aus der Bewegung der anderen Werkstückaufnahmen ausgeklinkt und nach Abschluss (beispielsweise des Kühlens) wieder eingeklinkt. Die Werkstückaufnahmen sind bei dieser Ausführungsform nicht zueinander fixiert, sondern voneinander lösbar und (situationsabhängig) miteinander bewegbar, bevorzugt mittels eines (einzigen) gemeinsamen Antriebs.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlverfahrens vorgeschlagen, dass ein an einem Werkstück mehrfach ausgeführter Schritt des Kühlverfahrens an unterschiedlichen Positionen ausgeführt wird.
Beispielsweise sind zwei entsprechende Einrichtungen, beispielsweise zwei Kühleinrichtungen und/oder Trockeneinrichtungen, vorgesehen. Damit ist eine quasikontinuierliche Bewegung der Werkstückaufnahmen relativ zu den entsprechenden Einrichtungen ermöglicht. Beispielsweise ist jeweils eine einzige Werkstückaufnahme für das Eingeben, eine einzige dritte Werkstückaufnahme für das Trocknen und eine einzige vierte Werkstückaufnahme für das Ausgeben vorgesehen, und zugleich genau zwei zweite Werkstückaufnahmen für das Kühlen vorgesehen. Die Werkstückaufnahmen sind dabei bevorzugt zueinander fixiert, und besonders bevorzugt mittels eines (einzigen) gemeinsamen Antriebs bewegbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlverfahrens vorgeschlagen, dass das Kühlverfahren mit einer Kühlstation nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bearbeitungsstation für ein zu beschichtendes und abzuschleifendes Werkstück vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- eine Kühlstation nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, bevorzugt eingerichtet für ein Kühlverfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
- eine Beschichtungseinrichtung für ein Werkstück; und
- einen Schalttisch mit einer Mehrzahl von Werkstückaufnahmen, von welchen die Werkstückaufnahmen der Kühlstation und eine Werkstückaufnahme zum Beschichten mittels der Beschichtungseinrichtung umfasst sind,

Hier ist eine Integration der Kühlstation in eine Bearbeitungsstation vorgeschlagen. Damit ist ein verringerter Stellplatzbedarf erzielbar und/oder eine Wiederverwendung von bei der Flüssigkühlung aufgefangenen Resten eines Schweißzusatzwerkstoffs vereinfacht.
Die Beschichtungseinrichtung ist bevorzugt zum Auftragschweißen eingerichtet, beispielsweise eine Laseroptik und Pulverdüse (bevorzugt für Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA]).
Die Werkstückaufnahmen wie zuvor beschrieben, sowie die weitere Werkstückaufnahme zum Beschichten mittels der Beschichtungseinrichtung sind von einem gemeinsamen Schalttisch umfasst. Der Schalttisch umfasst somit vier oder mehr, beispielsweise sechs, Werkstückaufnahmen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Werkstückaufnahme alle gleich (bevorzugt identisch) und werden relativ, bevorzugt selbst mittels eines Antriebs des Schalttischs, zu den entsprechenden Einrichtungen für die genannten Aufgaben (inklusive dem Beschichten) bewegt, beispielsweise um eine Schwenkachse des Schalttischs, verschwenkbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fertigungsstraße vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- zumindest eine Beschichtungsanlage mit Beschichtungseinrichtung, bevorzugt ausgeführt als Bearbeitungsstation nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
- zumindest eine Kühlstation nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
- zumindest eine Schleifmaschine; und
- zumindest eine Prüfstation.

In die hier vorgeschlagene Fertigungsstraße (beziehungsweise das Layout) ist die hier vorgeschlagene Kühlstation beziehungsweise die Bearbeitungsstation integriert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Fertigungsstraße zusätzlich zumindest eine der folgenden Komponenten:

- eine erste Förderanlage zum Bereitstellen der Werkstücke, beispielsweise aus einer Logistik oder einer Vorkontrolle ;
- eine zweite Förderanlage zum Abführen der Werkstücke (bevorzugt nach dem Schleifen), beispielsweise zu einer Qualitätskontrolle oder eine weitere Nachbearbeitung oder eine Logistik;
- zumindest einen Transport-Roboter für das Handling von einem oder mehr Werkstücken zwischen den Komponenten beziehungsweise Stationen der Fertigungsstraße;
- zumindest eine, bevorzugt eine einzige, Kühlmittelanlage zum Aufbereiten der Kühlflüssigkeit, beispielsweise Reinigen und/oder Temperieren;
- zumindest eine Mikroreinigung, beispielsweise zum Abscheiden von Resten von Schweißzusatzwerkstoff, bevorzugt zum Auffangen für eine Wiederverwendung des abgeschiedenen Schweißzusatzwerkstoffs;
- zumindest eine Strahlquelle für ein Laserauftragschweißen; und
- zumindest eine Absaugung für Abluft und/oder Pulver-Gasgemisch für ein Pulver-basiertes Auftragschweißen.

Die zumindest eine Prüfstation ist beispielsweise für eine Vorkontrolle eingerichtet, beispielsweise eine Typprüfung des Werkstücks bei möglichen unterschiedlichen Werkstücken, beispielsweise unterschiedlichen Bremsscheiben. Die zumindest eine Prüfstation ist beispielsweise für eine Nachkontrolle eingerichtet, beispielsweise ein Durchlaufmessen des Werkstücks zum Prüfen der Qualität der Bearbeitung, alternativ oder zusätzlich ist die zumindest eine Prüfstation zum Sicherstellen einer Qualität für eine Sichtprüfung, Röntgenprüfung oder Ultraschallprüfung für Stichproben oder eine 100%-Kontrolle eingerichtet.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in

1: eine schematische Draufsicht auf eine Kühlstation;
2: eine schematische Seitenansicht einer Bearbeitungsstation; und
3: eine Fertigungsstraße mit einer Kühlstation.

In 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Kühlstation 1 gezeigt. Die Kühlstation 1 ist eingerichtet zum Kühlen eines Werkstücks 2, welches beim Auftragschweißen erwärmt worden ist. Beispielsweise ist das gezeigte Werkstück 2 eine (beispielsweise in jeder der Werkstückaufnahmen 3,4,5,6 identische) Bremsscheibe 21. Die Kühlstation 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier Werkstückaufnahmen 3,4,5,6, wobei die erste Werkstückaufnahme 3 zum Eingeben eines Werkstücks 2, die zweite Werkstückaufnahme 4 zum Kühlen des Werkstücks 2, die dritte Werkstückaufnahme 5 zum Trocknen des Werkstücks 2 und die vierte Werkstückaufnahme 6 zum Ausgeben des Werkstücks 2 eingerichtet beziehungsweise positioniert ist. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der gezeigten Ausführungsform jede Werkstückaufnahme 3,4,5,6 zum Ausführen jeder Aufgabe eingerichtet ist, wobei die Werkstückaufnahme 3,4,5,6 zueinander fixiert sind und mittels eines gemeinsamen Antriebs 9 um eine Schwenkachse 22 in die jeweilige Position, also die (erste) Position zum Eingeben (hier erste Werkstückaufnahme 3), danach die (zweite) Position zum Kühlen (hier die zweite Werkstückaufnahme 4), danach die (dritte) Position zum Trocknen (hier die dritte Werkstückaufnahme 5) und zuletzt die (vierte) Position zum Ausgeben (hier die vierte Werkstückaufnahme 6), bevor dann wieder die (erste) Position zum Eingeben eingenommen wird. Die Werkstückaufnahmen 3,4,5,6 sind bei dieser Ausführungsform also von einem Schalttisch 14 umfasst, welcher mittels eines Antriebs 9 um die zentrale Schwenkachse 22 (bevorzugt endlos) rotierbar ist.
Die Kühlstation 1 umfasst weiterhin eine Kühleinrichtung 7, hier mit einer Spritzeinrichtung 10, zum Kühlen des erhitzten Werkstücks 2 mittels Flüssigkühlung. Es wird also eine Kühlflüssigkeit auf das (erhitzte) Werkstück 2 aufgebracht.
Als nächste Aufgabe erfolgt das Trocknen des Werkstücks 2 in der dritten Position. Dafür umfasst die Kühlstation 1 eine Trockeneinrichtung 8, mittels welcher zumindest ein Großteil der Kühlflüssigkeit von dem Werkstück 2 abscheidbar ist. Hier umfasst beispielhaft die Trockeneinrichtung 8 einen Ventilator und die Rotierbarkeit der jeweiligen Werkstückaufnahme 5 zum Abschleudern von Kühlflüssigkeit.
Als abschließende Aufgabe ist das Ausgeben des nun abgekühlten und (zumindest zum Großteil) trockenen Werkstücks 2 vorgesehen, für welche die Werkstückaufnahme 6 mittels des Antriebs 9 in die abschließende Position zum Ausgeben weiterdrehbar ist.
Mittels dieser Kühlstation 1 ist somit das zuvor beschriebene Kühlverfahren ausführbar, wobei also in einem Schritt a. in die erste Werkstückaufnahme 3 ein Werkstück 2 eingegeben wird. In einem anschließenden Schritt b. wird das aufgenommene erhitzte Werkstück 2 weitergedreht und mittels der Kühleinrichtung 7 und dem Aufbringen einer Kühlflüssigkeit gekühlt. In einem nächsten Schritt c. wird das abgekühlte Werkstück 2 mittels der Trockeneinrichtung 8 getrocknet und von (zumindest einem Großteil) der Kühlflüssigkeit befreit. In einem abschließenden Schritt d. erfolgt das Ausgeben des Werkstücks 2.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle Schritte des Kühlverfahrens zeitgleich, also zeitlich überlappend beziehungsweise in einem identischen Zeitfenster, ausführbar sind. Die jeweilige Prozessdauer ist möglicherweise kürzer als das vorgegebene Zeitfenster.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Bearbeitungsstation 12 gezeigt, ebenfalls rein optional und rein für das bessere Verständnis mit einer Bremsscheibe 21 als Werkstück 2. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Kühlstation 1 nach 1 in die Bearbeitungsstation 12 integriert, wobei hier nur auf die Unterschiede der Kühlstation 1 und die Bearbeitungsstation 12 eingegangen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ordinalzahlen hier in gleicher Definition wie mit Bezug auf beispielsweise 1 gewählt sind und also nicht der Reihenfolge der Werkstückaufnahmen 3,4,5,6,15 und ihren in der Darstellung eingenommenen Positionen entsprechen.
Das Eingeben und das Ausgeben des Werkstücks 2 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel an der gleichen (ersten) Position, hier an der ersten und zugleich vierten Werkstückaufnahme 3,6. Zudem ist an der (zweiten) Position zum Kühlen (hier an der zweiten Werkstückaufnahme 4) eine Kühleinrichtung 7 mit einem Kühlbad 11 vorgesehen, sodass eine gegebenenfalls beschleunigte und/oder Flächen-gleichmäßigere Abkühlung des erhitzten Werkstücks 2 darstellbar ist. Weiterhin ist an der (dritten) Position zum Trocknen (hier an der dritten Werkstückaufnahme 5) eine Trockeneinrichtung 8 vorgesehen, welche hier von dem Rotationsantrieb der Werkstückaufnahme 5 gebildet ist.
Zusätzlich ist neben der eigentlichen Kühlstation 1 eine Beschichtungseinrichtung 13 mit einer fünften Werkstückaufnahme 15 zum Auftragschweißen vorgesehen, welche derart eingerichtet ist, dass das Werkstück 2 mittels einer Beschichtungseinrichtung 13 zum Auftragschweißen, beispielsweise einer Laseroptik und einer Pulverdüse (hier nur schematisch dargestellt), eine (neue) Beschichtung erhält. Die entsprechende (fünfte) Position zum Beschichten ist hier unmittelbar vor der (zweiten) Position zum Kühlen angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein Schalttisch 14 vorgesehen, welcher die Werkstückaufnahmen 3,4,5,6,15 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Werkstückaufnahmen 3,4,5,6,15 mittels eines Antriebs 9 um eine in die Bildebene zeigende Schwenkachse 22 (bevorzugt endlos) rotierbar gelagert.
In 3 ist eine Fertigungsstraße 16 mit einer Kühlstation 1 in einer schematisch Draufsicht gezeigt. In die hier vorgeschlagene Fertigungsstraße 16 ist die hier vorgeschlagene Kühlstation 1 beziehungsweise die Bearbeitungsstation 12 nach 1 beziehungsweise 2 integriert.
Die Fertigungsstraße 16 umfasst hier die folgenden Komponenten beziehungsweise Stationen, darstellungsgemäß von links nach rechts:

- eine erste Förderanlage 23 zum Bereitstellen der Werkstücke 2, beispielsweise aus einer Logistik oder einer Vorkontrolle, wobei die Förderanlage 23 darstellungsgemäß mittig am linken Ende der Fertigungsstraße 16 angeordnet ist und eine Mehrzahl von Werkstücken 2 fördert.
- eine erste Prüfstation 19 ist bei der ersten Förderanlage 23 angeordnet und beispielsweise für eine Vorkontrolle eingerichtet, beispielsweise eine Typprüfung des Werkstücks 2 bei möglichen unterschiedlichen Werkstücken 2, beispielsweise unterschiedlichen Bremsscheiben 21.
- ein erster Transport-Roboter 25 für das Handling von einem oder mehr Werkstücken 2 zwischen den Komponenten beziehungsweise Stationen der Fertigungsstraße 16, wobei der erste Transport-Roboter 25 an der ersten Förderanlage 23 angeordnet ist. Der erste Transport-Roboter 25 transportiert zumindest ein Werkstück 2 von der ersten Förderanlage 23 zu (und gegebenenfalls zwischen) den Beschichtungsanlagen 17 (umfassend jeweils zumindest eine Bearbeitungsstation 12) darstellungsgemäß oberhalb und unterhalb des ersten Transport-Roboters 25, sowie zu der mittig angeordneten, rechts nachfolgenden Kühlstation 1.
- zwei Beschichtungsanlagen 17 oberhalb und unterhalb des ersten Transport-Roboters 25 zum Beschichten eines Werkstücks 2 mittels eines Laser-Beschichtungsverfahrens, beispielsweise Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA].
- eine Kühlstation 1, in welcher vier Werkstücke 2 zu erkennen sind, und in welcher die Werkstücke 2 nach dem Beschichten in den Beschichtungsanlagen 17 kühlbar sind.
- ein zweiter Transport-Roboter 26 für das Handling von einem oder mehr Werkstücken 2, wobei der zweite Transport-Roboter 26 mittig vor einer zweiten Förderanlage 24 angeordnet ist. Der zweite Transport-Roboter 26 transportiert zumindest ein Werkstück 2 von der Kühlstation 1 weg zu der zweiten Förderanlage 24. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Kühlstrecke 27 die Kühlstation 1 und die zwei (gemeinsam mit den Beschichtungsanlagen 17 beziehungsweise Schleifmaschinen 18 genutzten) Transport-Roboter 25,26.
- zwei Schleifmaschinen 18 zum Nachbearbeiten der beschichteten Werkstücke 2, wobei die Schleifmaschinen 18 darstellungsgemäß unterhalb des zweiten Transport-Roboters 26 angeordnet sind.
- eine Kühlmittelanlage 28 zum Aufbereiten der Kühlflüssigkeit, beispielsweise Reinigen und/oder Temperieren, wobei die Kühlmittelanlage 28 darstellungsgemäß am oberen rechten Ende der Fertigungsstraße 16 angeordnet ist.
- eine Mikroreinigung 29, beispielsweise zum Abscheiden von Resten von Schweißzusatzwerkstoff, bevorzugt zum Auffangen für eine Wiederverwendung des abgeschiedenen Schweißzusatzwerkstoffs, wobei der Mikroreinigung 29 mit der Kühlmittelanlage 28 in fluidischen Kontakt steht.
- mehrere (hier vier) Strahlquellen 30 für ein Laserauftragschweißen, wobei die Strahlquelle 30 darstellungsgemäß am linken unteren Ende der Fertigungsstraße 16 angeordnet ist und eine Beschichtungsanlage 17 mit einem Laserstrahl versorgt, sodass dort ein Laserauftragschweißen darstellbar ist. Die vier Strahlquellen 30 stellen mittels Splitting ausreichend Laserenergie für zwei oder mehr gleichzeitige Beschichtungsprozesse mittels jeweils einer Beschichtungseinrichtung 13 in den zwei Beschichtungsanlagen 17 zur Verfügung. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind je Beschichtungsanlage 17 drei Beschichtungseinrichtungen 13 vorgesehen, wobei bevorzugt jeweils zwei davon zeitgleich in Betrieb sind. Die Strahlquellen 30 werden dann entsprechend jeweils einzeln zugeschaltet.
- mehrere (hier vier) Absaugungen 31 für Abluft und/oder für ein Pulver-Gasgemisch für ein Pulver-basiertes Auftragschweißen, wobei die Absaugung 31 mit der Beschichtungsanlage 17 derart verbunden ist, dass die Abluft und/oder das Pulver-Gasgemisch absaugbar ist.
- eine zweite Förderanlage 24 zum Abführen der Werkstücke 2 nach dem Schleifen in den Schleifmaschinen 18, beispielsweise zu einer Qualitätskontrolle oder eine weitere Nachbearbeitung oder eine Logistik, wobei die zweite Förderanlage 24 mittig am rechten Ende der Fertigungsstraße 16 angeordnet ist.
- eine zweite Prüfstation 20 bei der zweiten Förderanlage 24, welche beispielsweise für eine Nachkontrolle eingerichtet ist, beispielsweise ein Durchlaufmessen des Werkstücks 2 zum Prüfen der Qualität der Bearbeitung. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest eine der Prüfstationen 19,20 zum Sicherstellen einer Qualität für eine Sichtprüfung, Röntgenprüfung oder Ultraschallprüfung für Stichproben oder eine 100%-Kontrolle eingerichtet.

Mit der hier vorgeschlagenen Kühlstation ist ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und noch abzuschleifendes Werkstück schnell, effizient und Taktzeitgerecht kühlbar.
Bezugszeichenliste

1: Kühlstation
2: Werkstück
3: erste Werkstückaufnahme (Eingabe)
4: zweite Werkstückaufnahme (Kühlen)
5: dritte Werkstückaufnahme (Trocknen)
6: vierte Werkstückaufnahme (Ausgabe)
7: Kühleinrichtung
8: Trockeneinrichtung
9: Antrieb
10: Spritzeinrichtung
11: Kühlbad
12: Bearbeitungsstation
13: Beschichtungseinrichtung
14: Schalttisch
15: fünfte Werkstückaufnahme (Beschichten)
16: Fertigungsstraße
17: Beschichtungsanlage
18: Schleifmaschine
19: erste Prüfstation (Typprüfung)
20: zweite Prüfstation (Durchlaufmessen)
21: Bremsscheibe
22: Schwenkachse
23: erste Förderanlage
24: zweite Förderanlage
25: erster Transport-Roboter
26: zweiter Transport-Roboter
27: Kühlstrecke
28: Kühlmittelanlage
29: Mikroreinigung
30: Strahlquelle
31: Absaugung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011100456 A1 [0007]

Claims

Kühlstation (1) für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - zumindest eine Werkstückaufnahme (3,4,5,6) für ein mittels Auftragschweißen beschichtetes Werkstück (2); und - zumindest eine Kühleinrichtung (7) zum Kühlen eines in der Werkstückaufnahme (4) aufgenommenen Werkstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass von der Kühleinrichtung (7) eine Flüssigkühlung ausführbar ist, und dass weiterhin eine Trockeneinrichtung (8) zum Trocknen eines in der Werkstückaufnahme (5) aufgenommenen Werkstücks (2) vorgesehen ist.
Kühlstation (1) nach Anspruch 1, wobei die Kühlstation (1) drei oder mehr Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) umfasst, von welchen die Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) für das zeitgleiche Ausführen zumindest der folgenden Aufgaben eingerichtet sind: - Eingeben und/oder Entnehmen eines Werkstücks (2); - Zugeben von Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Werkstücks (2); und - Zuführen von einem Gas, bevorzugt Luft, und/oder Hitze zum Trocknen des Werkstücks (2), wobei bevorzugt für zumindest eine der Aufgaben eine Mehrzahl von Werkstückaufnahmen (3,4,6) vorgesehen sind, und/oder wobei bevorzugt die Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) zueinander fixiert sind und mittels eines gemeinsamen Antriebs (9) in unterschiedliche Positionen relativ zu einer entsprechenden Einrichtung für die Aufgaben überfürbar sind.
Kühlstation (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Kühleinrichtung (7) eine Spritzeinrichtung (10) zum Abspritzen des Werkstücks (2) mit einer Kühlflüssigkeit umfasst.
Kühlstation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühleinrichtung (7) ein Kühlbad (11) mit einer Kühlflüssigkeit umfasst.
Kühlverfahren für ein beschichtetes und abzuschleifendes Werkstück (2), aufweisend die folgenden Schritte: a. in eine erste Werkstückaufnahme (3), Eingeben eines mittels Auftragschweißen beschichteten Werkstücks (2); b. bei einer zweiten Werkstückaufnahme (4), Kühlen eines aufgenommenen Werkstücks (2) mittels Aufbringen einer Kühlflüssigkeit; c. bei einer dritten Werkstückaufnahme (5), Trocknen eines aufgenommenen Werkstücks (2); und d. von einer vierten Werkstückaufnahme (6), Ausgeben eines aufgenommenen Werkstücks (2), wobei die Schritte a. bis d. zeitgleich ausgeführt werden und die Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) zum Ausführen jedes der Schritte an jeder der Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) nacheinander in entsprechende Positionen geführt werden.
Kühlverfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest einer der Schritte des Kühlverfahrens bei einem gleichen Werkstück (2) mehrfach ausgeführt wird, bevor der nächste Schritt bei diesem Werkstück (2) ausgeführt wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 6, wobei ein an einem Werkstück (2) mehrfach ausgeführter Schritt des Kühlverfahrens an unterschiedlichen Positionen ausgeführt wird.
Kühlverfahren nach einem von Anspruch 5 bis Anspruch 7, wobei das Kühlverfahren mit einer Kühlstation (1) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 4 ausgeführt wird.
Bearbeitungsstation (12) für ein zu beschichtendes und abzuschleifendes Werkstück (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Kühlstation (1) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 4, bevorzugt eingerichtet für ein Kühlverfahren nach einem von Anspruch 5 bis Anspruch 8; - eine Beschichtungseinrichtung (13) für ein Werkstück (2); und - einen Schalttisch (14) mit einer Mehrzahl von Werkstückaufnahmen (3,4,5,6,15), von welchen die Werkstückaufnahmen (3,4,5,6) der Kühlstation (1) und eine Werkstückaufnahme (15) zum Beschichten mittels der Beschichtungseinrichtung (13) umfasst sind, wobei bevorzugt die Werkstückaufnahme (15) zum Beschichten zwischen der ersten Werkstückaufnahme (3) zum Eingeben und der zweiten Werkstückaufnahme (4) zum Kühlen angeordnet ist.
Fertigungsstraße (16), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - zumindest eine Beschichtungsanlage (17) mit Beschichtungseinrichtung (13), bevorzugt ausgeführt als Bearbeitungsstation (12) nach Anspruch 9; - zumindest eine Kühlstation (1) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 4; - zumindest eine Schleifmaschine (18); und - zumindest eine Prüfstation (19,20).