DE102022122012A1

DE102022122012A1 - Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils

Info

Publication number: DE102022122012A1
Application number: DE102022122012.5A
Authority: DE
Inventors: Dominic Linsler; Bernd Aha; Stefan Reinicke
Original assignee: Zeller Gmelin & Co KG GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Zeller and Gmelin GmbH and Co KG
Current assignee: ZELLER + GMELIN GMBH & CO. KG, DE; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils vorgeschlagen, die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Bleches mit einer Vorderseite und einer Rückseite; Aufbringen eines Schmierstoffs auf die Vorderseite und die Rückseite des Bleches, wobei der Schmierstoff eine erste Viskosität aufweist und Formen des Bleches zu einem Blechbauteil. Dabei ist der Schmierstoff in seiner Viskosität schaltbar. Zusätzlich wird zwischen dem Aufbringen des Schmierstoffs und dem Formen des Blechs der schaltbare Schmierstoff mit Licht, insbesondere UV-Licht, bestrahlt, derart dass der Schmierstoff eine zweite Viskosität annimmt, wobei die erste Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils, beispielsweise für die Verwendung in der Automobilindustrie. Das Blechbauteil kann beispielsweise ein Coil und/oder ein Pressteil und/oder ein Ziehteil sein.
Blechumformung durch Tiefziehen ist einer der wichtigsten Umformprozesse in der Industrie, der vor allem in der Großserienproduktion der Automobilindustrie wegen der geringen laufenden Kosten eingesetzt wird. Nach derzeitigem Stand der Technik wird dabei kaltgewalztes Blechmaterial im Stahlwalzwerk mit einem Schmierstoff, dem sogenannten Prelube, beaufschlagt und zum Coil aufgewickelt. Das Prelube (vgl. bspw. VDA 230-213) fungiert gleichzeitig als Korrosionsschutzöl und als Schmierstoff im weiteren Prozessverlauf, beispielsweise im Presswerk.
Dabei sind die Viskosität und der Viskositätsindex (VI) des Schmierstoffs durch seine Zusammensetzung bestimmt und auf die Einsatzbedingungen angepasst.
Bei der Einstellung von Viskosität und des Viskositätsindex müssen alle Einsatzszenarien des Schmierstoffs entlang der Prozesskette berücksichtigt und ein Kompromiss der Eigenschaften gefunden werden, der möglichst allen Anwendungen gerecht wird.
Um ein Ablaufen des Korrosionsschutzes in einem Coil zu vermeiden oder zumindest zu vermindern wird beispielsweise eine höhere Viskosität benötigt. Um ein gleichmäßiges Auftragen und des Korrosionsschutzes bzw. des Schmierstoffes zu gewährleisten, ist hingegen eine geringere Viskosität von Vorteil.
In Umformprozessen, beispielsweise beim Tiefziehen, werden wiederum andere Anforderungen an den Schmierstoff des Blechbauteils gestellt.
Die unterschiedlichen, zum Teil gegensätzlichen Anforderungen, führen dazu, dass den jeweiligen Anforderungen nur teilweise gerecht wird oder aufwendiges Entfernen des Schmierstoffes und darauffolgender Neuauftrag nötig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren vorzuschlagen, das dieser Problematik zumindest teilweise entgegenwirkt.
Das Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils umfasst die folgenden Schritte

I. Bereitstellen eines Bleches mit einer Vorderseite und einer Rückseite,
II. Aufbringen eines Schmierstoffs auf die Vorderseite und/oder auf die Rückseite des Bleches, wobei der Schmierstoff eine erste Viskosität aufweist,
III. Bestrahlen des schaltbaren Schmierstoffs mit Licht, insbesondere UV-Licht, derart, dass der Schmierstoff eine zweite Viskosität annimmt, wobei die erste Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist, und
IV. Formen des Bleches zu einem Blechbauteil.

Die Schritte I bis IV werden vorzugsweise in der oben aufgeführten, also in chronologischer, Reihenfolge durchgeführt. Die Reihenfolge kann jedoch auch variieren. Beispielsweise kann der Verfahrensschritt III nach dem Verfahrensschritt IV durchgeführt werden.
Der Schmierstoff ist in seiner Viskosität schaltbar. Insbesondere ist der Schmierstoff durch Bestrahlung mit Licht, insbesondere UV-Licht und/oder VIS-Licht, in seiner Viskosität schaltbar. Die Viskosität kann temperaturabhängig variieren. Unter „schaltbar“ ist vorliegend insbesondere gemeint, dass die Viskosität temperaturunabhängig und/oder dauerhaft schaltbar ist, d.h. durch die Schaltung kann die Viskosität insbesondere temperaturunabhängig und/oder dauerhaft geändert werden.
Die Bestrahlung im Verfahrensschritt III führt zu einer Schaltung des Schmierstoffs in seiner Viskosität. Der schaltbare Schmierstoff weist also zunächst die erste Viskosität auf und weist nach der Bestrahlung zumindest in den bestrahlten Bereichen die zweite Viskosität auf.
Die Schaltbarkeit des Schmierstoffes kann den Vorteil haben, dass derselbe Schmierstoff in einem Blechbearbeitungsprozess für einen oder mehrere erste Prozessschritte zunächst eine erste Viskosität aufweisen kann, die für die ersten Prozessschritte vorteilhaft sein kann für zweite nachfolgende Prozessschritte jedoch nachteilig sein kann. Nach Beendigung der ersten Prozessschritte kann der Schmierstoff, insbesondere ortsaufgelöst, auf einfache Art und Weise geschaltet werden und eine zweite Viskosität annehmen, die vorteilhaft für einen oder mehrere kommende Prozessschritte ist, gegebenenfalls jedoch nachteilig für die vorhergehenden Prozessschritte wäre. So kann beispielsweise erreicht werden, dass die Viskosität an die Prozessschritte und deren Anforderungen angepasst werden kann, ohne dass ein aufwendiger Schmierstoffwechsel stattfinden muss oder ohne dass ein gegebenenfalls für einen oder mehrere Prozessschritte unzulänglicher Kompromiss in den Schmierstoffeigenschaften eingegangen werden muss.
Im Verfahrensschritt III kann der schaltbare Schmierstoff mit UV-Licht bestrahlt werden.
Vorliegend wird unter UV-Licht elektromagnetischen Strahlung, insbesondere mit einer Wellenlänge kürzer als die des sichtbaren Lichts, aber länger als die der Röntgenstrahlen, insbesondere aufweisend Wellenlängen von etwa 400 nm bis etwa 100 nm, verstanden.
Zusätzlich oder alternativ kann im Verfahrensschritt III der schaltbare Schmierstoff mit VIS-Licht bestrahlt werden. Unter VIS-Licht wird vorliegend elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 400 nm und etwa 780 nm verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schmierstoff derart ausgebildet, dass eine Bestrahlung mit UV-Licht einer ersten Wellenlänge eine Vernetzungsreaktion von Molekülen auslöst. Der Schmierstoff kann ferner derart ausgebildet sein, dass eine erneute Bestrahlung mit UV-Licht einer zweiten Wellenlänge eine Rückreaktion auslöst.
Dabei ist die erste Wellenlänge insbesondere ungleich der zweiten Wellenlänge. Bei dem Schmierstoff kann ein Additiv mit Molekülen funktionalisiert sein, die eine reversible Bindung eingehen können. Der Vernetzungsgrad der Moleküle kann über die Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen oder über Wärmeeintrag gesteuert werden.
Dies kann den Vorteil haben, dass für einen Prozessschritt, beispielsweise eine Lagerung des Bleches oder ein Bearbeitungsschritt des Bleches, eine vordefinierte Viskosität eingestellt werden kann und für einen nachfolgenden Prozessschritt die ursprüngliche Viskosität wieder eingestellt werden kann.
Die Viskositätsänderung des Schmierstoffes bei Bestrahlung kann insbesondere von der Wellenlänge abhängen. Zusätzlich oder alternativ kann die Viskositätsänderung des Schmierstoffes bei Bestrahlung insbesondere von der Bestrahlungsdauer und/oder-Bestrahlungsintensität abhängen.
In einer Ausführung kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge größer 300 nm, bevorzugt größer 330 nm, besonders bevorzugt größer 360nm und/oder kleiner 450 nm, bevorzugt kleiner 400 nm, besonders bevorzugt kleiner 370 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs erhöht wird. Beispielsweise kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs erhöht wird. Eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge größer 240 nm, bevorzugt größer 245 nm, besonders bevorzugt größer 250 nm und/oder kleiner 300 nm, bevorzugt kleiner 280 nm, besonders bevorzugt kleiner 260 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs verringert wird. Beispielsweis kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs verringert wird.
In einer Ausführung kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge größer 500 nm, bevorzugt größer 550 nm, besonders bevorzugt größer 560nm und/oder kleiner 650 nm, bevorzugt kleiner 600 nm, besonders bevorzugt kleiner 570 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs erhöht wird. Beispielsweise kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 565 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs erhöht wird. Eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge größer 300 nm, bevorzugt größer 330 nm, besonders bevorzugt größer 360nm und/oder kleiner 450 nm, bevorzugt kleiner 400 nm, besonders bevorzugt kleiner 370 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs verringert wird. Beispielsweise kann eine Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm dazu führen, dass die Viskosität des Schmierstoffs verringert wird.
Entsprechend kann eine erste Wellenlänge größer 300 nm, bevorzugt größer 330 nm, besonders bevorzugt größer 360nm und/oder kleiner 450 nm, bevorzugt kleiner 400 nm, besonders bevorzugt kleiner 370 nm sein. Beispielsweise kann die erste Wellenlänge 365 nm sein. Alternativ kann die erste Wellenlänge größer 500 nm, bevorzugt größer 550 nm, besonders bevorzugt größer 560nm und/oder kleiner 650 nm, bevorzugt kleiner 600 nm, besonders bevorzugt kleiner 570 nm sein. Beispielsweise kann die erste Wellenlänge in diesem Ausführungsbeispiel 565 nm sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Verfahrensschritt III zunächst mit einer Wellenlänge größer 300 nm, bevorzugt größer 330 nm, besonders bevorzugt größer 360nm und/oder kleiner 450 nm, bevorzugt kleiner 400 nm, besonders bevorzugt kleiner 370 nm bestrahlt, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 365 nm. In einem unmittelbar oder mittelbar folgenden Verfahrensschritt kann mit einer Wellenlänge von größer 240 nm, bevorzugt größer 245 nm, besonders bevorzugt größer 250 nm und/oder kleiner 300 nm, bevorzugt kleiner 280 nm, besonders bevorzugt kleiner 260 nm bestrahlt werden, beispielsweise 254 nm. Derart kann im Verfahrensschritt III die Viskosität zunächst erhöht werden und in dem unmittelbar oder mittelbar folgenden Verfahrensschritt die Viskosität verringert werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird im Verfahrensschritt III zunächst mit einer Wellenlänge von größer 500 nm, bevorzugt größer 550 nm, besonders bevorzugt größer 560nm und/oder kleiner 650 nm, bevorzugt kleiner 600 nm, besonders bevorzugt kleiner 570 nm bestrahlt, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 565 nm. In einem unmittelbar oder mittelbar folgenden Verfahrensschritt kann mit einer Wellenlänge von größer 300 nm, bevorzugt größer 330 nm, besonders bevorzugt größer 360nm und/oder kleiner 450 nm, bevorzugt kleiner 400 nm, besonders bevorzugt kleiner 370 nm bestrahlt werden, beispielsweise 365 nm. Derart kann im Verfahrensschritt III die Viskosität zunächst erhöht werden und in dem unmittelbar oder mittelbar folgenden Verfahrensschritt die Viskosität verringert werden.
In einer Ausführungsform wir nach dem III. Schritt der Schritt

IIIa. Bestrahlen des schaltbaren, die zweite Viskosität aufweisenden Schmierstoffs mit Licht, insbesondere UV-Licht oder VIS-Licht, derart, dass der Schmierstoff eine dritte Viskosität annimmt, wobei die dritte Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist.

Im Schritt Illa kann also der geschaltete Schmierstoff erneut bestrahlt werden, nachdem er in Schritt III bereits bestrahlt wurde.
Die erste Viskosität kann kleiner oder gleich der dritten Viskosität sein oder umgekehrt. Eine kleinere erste Viskosität kann ein Aufbringen des Schmierstoffes auf ein Blech erleichtern. Eine zweite Viskosität die größer als die erste Viskosität ist, kann ein Verlaufen des Schmierstoffes vermindern. Die dritte Viskosität kann beispielsweise für einen Umformprozess geeignet sein. Dafür kann sie beispielsweise gleich der ersten Viskosität sein oder größer oder kleiner der ersten Viskosität sein. Dadurch kann die Reibung beispielsweise für einen Tiefziehprozess verbessert werden.
Der Schritt Illa kann vor dem Schritt IV und/oder während und/oder nach dem Schritt IV durchgeführt werden. Die dritte Viskosität kann insbesondere gleich der ersten Viskosität sein. Die dritte Viskosität kann ungleich der ersten und ungleich der zweiten Viskosität sein.
Im Verfahrensschritt III wird der schaltbare Schmierstoff zumindest bereichsweise bestrahlt. Alternativ kann die gesamte Blechvorderseite und/oder die gesamte Blechrückseite bestrahlt werden.
Der Verfahrensschritt III und/oder der Verfahrensschritt Illa können lediglich bereichsweise durchgeführt werden, sodass das Blech zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die erste Viskosität umfasst und zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die zweite Viskosität umfasst und/oder zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die dritte Viskosität umfasst.
Beispielsweise können dafür Masken verwendet werden, die auf die Bleche gelegt oder über diesen angeordnet werden, sodass diese einige Bereiche des Bleches abdecken und vor einer Bestrahlung schützen, während andere Bereiche des Bleches freigelegt sind, sodass diese bestrahlt werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquelle, von welcher die Bestrahlung ausgeht, fokussiert werden, sodass eine gezielte Bestrahlung möglich ist.
Es kann vorgesehen sein, dass verschiedene Lichtquellen gleichzeitig verschiedene Bereiche bestrahlen. Die Lichtquellen können dabei mit derselben Wellenlänge bestrahlen oder mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die Bestrahlung kann je nach Bereich in der Bestrahlungsintensität und/oder Bestrahlungsdauer und/oder Wellenlänge des Lichts, mit dem bestrahlt wird, variieren.
Zu einem Zeitpunkt können so auf dem Blech Bereiche verschiedener Viskosität vorliegen. Ferner können die Bereiche jeweils zeitabhängig verschiedene Viskositäten annehmen.
Ein digitaler Zwilling des herzustellenden Blechbauteils bzw. des bereitgestellten Bleches kann erstellt werden, über den die Bestrahlung im Herstellprozess gesteuert werden kann. Durch Steuerung der Bestrahlung kann beispielsweise die Reibung im Formprozess, insbesondere Umformprozess steuerbar sein.
So kann beispielsweise ein tiefzuziehendes Blechbauteil erzeugt werden, das Bereiche mit Schmierstoff verschiedener Viskositäten aufweist. Dadurch können Reibungseigenschaften für den Tiefziehprozess bereichsweise auf einen vordefinierten Wert eingestellt. Der Tiefziehprozess kann dadurch verbessert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann die erste Viskosität kleiner als die zweite Viskosität sein oder umgekehrt. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, bevor ein Blech, beispielsweise vorliegend als Blechband, zu einem Coil geformt wird. Der Schmierstoff mit geringer, erster Viskosität kann vergleichsweise einfach auf das Blech aufgebracht werden, beispielsweise aufgesprüht werden. Daraufhin kann der Schmierstoff geschaltet werden. Bei dem geschalteten Schmierstoff mit der zweiten Viskosität ist die Ablaufhemmung vergrö-ßert, sodass ein unerwünschtes Ablaufen des Schmierstoffes, insbesondere während Transport und Lagerung des Coils, verringert und/oder vermieden werden kann.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Schaltung der Viskosität des Schmierstoffes durch Bestrahlung mit Licht kann der Schmierstoff durch Wärme schaltbar sein. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt oder auch ein Verfahrensschritt der alternativ zum Verfahrensschritt III. ist kann sein, dass der schaltbare Schmierstoff durch Wärme geschaltet wird. Dafür kann einer oder können mehrere Bereiche des Bleches erwärmt werden, was zu einer dauerhaften, temperaturunabhängigen Viskositätsänderung führen kann.
Insbesondere kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen sein, der vorsieht, dass nach dem Verfahrensschritt III ein Verfahrensschritt Illb durchgeführt wird:

IIIb Erwärmen des schaltbaren, die zweite Viskosität aufweisenden Schmierstoffs derart, dass der Schmierstoff eine dritte Viskosität annimmt, wobei die dritte Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist.

Insbesondere kann die dritte Viskosität des Schrittes IIIb ungleich der zweiten Viskosität sein. Die dritte Viskosität kann jedoch gleich der ersten Viskosität sein, sodass eine Rückschaltung stattfindet.
Der Schritt IIIb kann analog auch nach dem Verfahrensschritt Illa durchgeführt werden, wobei der schaltbare, dann die dritte Viskosität aufweisende Schmierstoff durch Erwärmung eine vierte Viskosität aufweist. Die vierte Viskosität kann gleich der ersten oder gleich der zweiten Viskosität sein. Die vierte Viskosität kann insbesondere ungleich der ersten und/oder der zweiten Viskosität sein. Die vierte Viskosität kann ungleich der dritten Viskosität sein.
Eine zumindest bereichsweise Erwärmung, beispielsweise gemäß Schritt IIIb, kann vor dem Schritt IV und/oder während und/oder nach dem Schritt IV durchgeführt werden.
In einer beispielhaften Ausführung wird der Schmierstoff bereichsweise erwärmt. Beispielsweise werden dafür nur einzelne Bereiche der Schmierstoffoberfläche mit Wärme bestrahlt. Alternativ oder zusätzlich, insbesondere wenn eine Erwärmung während des Schrittes IV durchgeführt wird, können Bereiche oder Teile eines Werkzeuges, mit dem das Blech geformt wird, beispielsweise umgeformt wird, insbesondere tiefgezogen wird, erwärmt werden. Insbesondere kann der Schmierstoff dabei derart erwärmt werden, dass das unter dem Schmierstoff befindliche Blech nicht oder nur unwesentlich erwärmt wird. Beispielsweise kann eine Erwärmung höchstens 120 s, insbesondere maximal 60 s andauern, bevorzugt maximal 40 s, besonders bevorzugt maximal 20 s andauern. Um den Schmierstoff genügend zu erwärmen, um eine gewünschte Viskositätsänderung zu erreichen, kann eine Erwärmung mindestens 0,1 s und/oder mindestens 0,5 s und/oder mindestens 1 s und/oder mindestens 2 s und/oder mindestens 5 s und/oder mindestens 10 s andauern. Insbesondere kann der Schmierstoff auf mindesten 120 °C, insbesondere mindestens 150°C erwärmt werden. Der Schmierstoff kann auf maximal 200 °C, insbesondere maximal 160°C erwärmt werden. Das unter dem zu erwärmenden Schmierstoff angeordnete Blech kann vorzugsweise maximal um 40° C, vorzugsweise maximal um 20°C erwärmt werden. Eine Rückschaltung der Viskosität kann beispielsweise bei einer Erwärmung bei 180° in 20s stattfinden. Eine Rückschaltung der Viskosität kann beispielsweise bei einer Erwärmung bei 150° in 40s stattfinden.
Im Verfahrensschritt IV kann das Blech geformt werden. Beispielsweise kann das Blech zu einem Blechbauteil geformt werden indem es zu einem Coil aufgewickelt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann der Verfahrensschritt IV ein Umformen umfassen. Insbesondere kann unter Umformen ein Umformen im Sinne der Norm DIN 8582 verstanden werden. Der Verfahrensschritt IV kann beispielsweise Tiefziehen und/oder Abstreckziehen und/oder Massivumformung und/oder Walzen und/oder Drücken und/oder Biegen und/oder Aufweiten des Bleches umfassen.
Umfasst der Verfahrensschritt IV zusätzlich zu dem Aufwickeln zu einem Coil ein Umformen im Sinne der Norm DIN 8582, so kann das Coil vor dem Umformen abgewickelt werden. Der Schmierstoff auf dem abgewickelten Blech kann erneut mit UV-Licht zum Verändern der Viskosität zumindest bereichsweise bestrahlt werden. In einer bevorzugten Ausführung kann das Blech daraufhin zu einem Tiefziehbauteil tiefgezogen werden.
Nach dem Formen des Blechbauteils im Schritt IV, insbesondere nachdem das Blech zu einem Blechbauteil umgeformt wurde, beispielsweise durch Tiefziehen, kann das Blechbauteil zumindest bereichsweise erneut mit UV-Licht bestrahlt werden.
Dies kann vorteilhaft sein, um eine definierte Viskosität zu erhalten, bei der beispielsweise ein Entfernen des Schmierstoffes vom Blechbauteil vereinfacht wird, beispielsweise ein Abwaschen vereinfacht wird. Dafür kann die Viskosität nach dem Durchführen des Schrittes IV beispielsweise derart bestrahlt und/oder erwärmt werden, dass sich die Viskosität verringert.
Typischerweise ist das Blech ein Aluminiumblech oder ein Stahlblech.
Beispielhafte Ausführungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung und der dazugehörigen Figuren exemplarisch erläutert. Dabei sind die dargelegten Merkmalskombinationen nicht einschränkend zu verstehen sondern dienen lediglich der Illustration beispielhafter Anwendungsfälle.

1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils in Form eines Coils.
2 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils in Form eines tiefgezogenen Blechbauteils.
3 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf zur Herstellung eines Blechbauteils.
4 zeigt einen weiteren beispielhaften Verfahrensablauf.

In 1 werden Verfahrensschritte I, II, III, IV schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt I wird ein Blech 1 in Form eines unaufgewickelten Blechbandes bereitgestellt. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt II wird auf die Vorderseite 1a und die Rückseite 1b des Bleches 1 ein Schmierstoff 2 aufweisend eine erste Viskosität aufgebracht. Der Schmierstoff 2 ist in seiner Viskosität durch Bestrahlung schaltbar. Der Schmierstoff 2 kann beispielsweise durch Sprühen aufgebracht werden. Der Schmierstoff 2 kann ein Korrosionsschutzöl, Prelube oder Hotmelt sein. Der Schmierstoff 2 kann dem Korrosionsschutz und/oder der Schmierung für einen nachfolgenden Umformprozess dienen. Der Schmierstoff 2 wird flächig auf die Vorderseite und auf die Rückseite des Bleches 1 aufgebracht. In einem dritten Verfahrensschritt III wird nach dem Aufbringen des Schmierstoffes 2 sowohl die Vorderseite 1a als auch die Rückseite 1b des Bleches, auf die jeweils der Schmierstoff 2 flächig aufgetragen ist, mit Licht, insbesondere UV-Licht, bestrahlt, sodass der Schmierstoff eine zweite Viskosität annimmt. Die Bestrahlung erfolgt vorliegend beispielsweise mit einer Wellenlänge von 365 nm. Durch die Bestrahlung nimmt der Schmierstoff eine zweite Viskosität an, die höher ist als die erste Viskosität. Durch die Viskositätserhöhung wird eine Ablaufhemmung verbessert, sodass der Schmierstoff 2 auf dem Blech 1 seine Verteilung im Wesentlichen beibehält Daraufhin wird in einem Verfahrensschritt IV das besprühte Blechband aufweisend den Schmierstoff 2 mit der zweiten Viskosität zu einem Coil 3 aufgewickelt.
Alternativ oder zusätzlich zum Verfahrensschritt III kann der Schmierstoff 2 bereichsweise bestrahlt werden, um eine Reibung im Umformprozess zu steuern. Dafür kann beispielsweise zumindest ein erster Bereich mit einer Wellenlänge bestrahlt werden, die eine Verringerung der Viskosität zur Folge hat. Zumindest ein zweiter Bereich kann derart bestrahlt werden, dass eine Viskosität des Schmierstoffes 2 lokal erhöht wird. Derart können eine Vielzahl von Bereichen verschiedener Viskosität auf dem Blech 1 generiert werden. Bereiche, die in einem nachfolgenden Umformprozess starken Beanspruchungen ausgesetzt sind, könne beispielsweise derart bestrahlt werden, dass eine Reibung zwischen dem Blech und einem Umformwerkzeug verringert wird. Andere, weniger beanspruchte Bereiche können von der Bestrahlung ausgenommen sein oder mit einer anderen Wellenlänge bestrahlt werden, sodass der Schmierstoff 2 dort eine andere Viskosität annimmt.
Wiederkehrende Merkmale werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 2 werden Verfahrensschritte I, II, III, IV schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt I wird ein Blech 1 bereitgestellt. Das Blech 1 kann zur Blechreinigung gebürstet werden. In Verfahrensschritt II wird ein Schmierstoff 2 auf das Blech auf eine Vorderseite 1a und eine Rückseite 1b aufgebracht. Der Schmierstoff 2 kann dabei vorzugsweise aufgesprüht werden. Der Schmierstoff kann auch durch elektrostatische Aufladung und Beschleunigung der Öltröpfchen aufgebracht werden oder durch Eintauchen in ein Schmierstoffbad aufgebracht werden oder mit einem Schwamm oder einem Pinsel oder Walzen aufgebracht werden.
Zwischen den Verfahrensschritten I und II der 2 können die Verfahrensschritte I bis IV der 1 durchgeführt werden. Das bezüglich Verfahrensschritt II der 2 gezeigte Blech 1 mit aufgebrachtem Schmierstoff 2 kann dem Coil der 1 aus dem Verfahrensschritt IV in einem abgewickelten Zustand entsprechen.
In einem dritten Verfahrensschritt III wird das den Schmierstoff 2 aufweisende Blech 1 mit UV-Licht, vorliegend mit 254 nm Wellenlänge, flächig bestrahlt. Vor der Bestrahlung weist der Schmierstoff eine erste Viskosität auf (die gleich oder ungleich der ersten Viskosität der 1 sein kann). Durch die Bestrahlung wird der Schmierstoff 2 derart geschaltet, dass der Schmierstoff 2 eine zweite Viskosität annimmt, die ungleich der ersten Viskosität ist. Vorliegend ist die zweite Viskosität geringer als die erste Viskosität. Alternativ oder zusätzlich zur Bestrahlung mit Licht im dritten Verfahrensschritt III kann der Schmierstoff erhitzt werden. Das Heizen erfolgt dabei mit einer solchen Auf- und Abkühlrate und Leistung, dass insbesondere vorrangig der Schmierstoff erwärmt wird. Dabei wird insbesondere der Schmierstoff um und/oder auf mindestens 100 °C, vorzugsweise mindestens 150 °C erhitzt. Das Blech 1 hingegen wird vorzugsweise maximal um und/oder auf 40 °C erhitzt. Das Blech 1 wird also vorzugsweise nicht signifikant erwärmt. Die Erwärmung des Schmierstoffes 2 führt zu einer Viskositätserhöhung des Schmierstoffes 2.
Zusätzlich oder alternativ zum Verfahrensschritt III der 2 können einer oder mehrere Bereiche lokal erhitzt und/oder bestrahlt werden. Dabei kann insbesondere eine lokale Bestrahlung zum Verringern der Viskosität erfolgen, um Reibungen im nachfolgenden Umformprozess des Bleches 1 zu vermindern. Dafür kann beispielsweise eine Wellenlänge von 254 nm zur lokalen Bestrahlung gewählt werden. Mehrere Bereiche können mit unterschiedlichen Wellenlängen bestrahlt werden.
Im vierten Verfahrensschritt IV der 2 wird das Blech umgeformt, vorliegend tiefgezogen.
Optional kann nach dem Verfahrensschritt IV, also nach dem Umformen, ein Verfahrensschritt V vorgenommen werden, in dem eine Erwärmung und/oder Bestrahlung des Schmierstoffes 2 vorgenommen wird. Insbesondere kann die Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm erfolgen, um die Viskosität zu verringern. Dies kann eine Abreinigung des Tiefziehbauteils erleichtern.
Ein beispielhafter Schmierstoff 2 kann ein mit Anthracensäure verestertes Diol (z.B. Polyalkylenglycole) sein. Alternativ kann der Schmierstoff 2 ein mehrfach funktionalisiertes Polyol für eine Quervernetzung sein. Der Schmierstoff 2 kann unter der Bestrahlung von UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm vernetzen. Die Viskositätserhöhung kann abhängig vom Funktionalisierungsgrad der Moleküle, der initialen Kettenlange der funktionalisierten Moleküle, einer möglichen Verdünnung I Mischung mit nicht funktionalisierten Molekülen und der Bestrahlungsdauer und -intensität sein. In einem Fall kann eine Rückreaktion, d.h. die reversible Kettenöffnung, durch eine Temperaturerhöhung des Schmierstoffs 2 auf über 150 °C oder durch eine Bestrahlung mit UV-Licht einer Wellenlänge von 254 nm erreicht werden.
In dem Verfahrensschritt II (sowohl der 1 als auch der 2) wird der Schmierstoff vorzugsweise derart aufgetragen, dass auf dem Blech 1 ein Schmierstofffilm mit einer Dicke von 1 - 3 µm entsteht.
Die Bestrahlungsdauer in dem Verfahrensschritt III beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 s. Die Bestrahlungsdauer kann alternativ mindestens 1 s und/oder mindestens 2 s und/oder mindestens 3 s betragen. Die Bestrahlungsdauer in dem Verfahrensschritt III beträgt vorzugsweise höchstens 120 s und / oder höchstens 90 s und / oder höchstens 45 s und/oder höchstens 30 s und/oder höchstens 20 s und/oder höchstens 10 s. Der Verfahrensschritt III kann mehrere Male wiederholt werden, um die gewünschte Viskosität zu erreichen.
3 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf zum Herstellen eines Blechbauteils.
Im Schritt 100 wird ein Blech im Walzwerk vorbereitet. Das Blech wird in im Schritt 100 beispielsweise dressiert und/oder verzinkt (beispielsweise feuerverzinkt oder elektrisch verzinkt) und/oder geglüht.
Daraufhin wird im Schritt 200 im Walzwerk als Coilschlussbeölung ein in seiner Viskosität schaltbarer Schmierstoff mit einer ersten Viskosität, beispielsweise ein schaltbares Schmieröl, auf eine Blechvorderseite und eine Blechrückseite des Bleches aufgebracht. Die Merkmale die bezüglich der 1 und 2 im Hinblick auf den Verfahrensschritt II beschrieben wurden, können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 200 angewandt werden.
In einem auf den Schritt 200 folgenden Verfahrensschritt 300 wird der Schmierstoff belichtet, sodass sich Moleküle des Schmierstoffes vernetzen, insbesondere um eine Viskosität zu erhöhen, um eine Ablaufhemmung zu erhöhen. Der Schmierstoff nimmt eine zweite Viskosität an. Die oben bezüglich Verfahrensschritt III der 1 und 2 beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 300 angewandt werden.
Nach dem Schalten des Schmierstoffes in Schritt 300 und einer damit einhergehenden Viskositätsänderung, wird das Blech in einem Verfahrensschritt 400 zu einem Coil gehaspelt. Die oben bezüglich Verfahrensschritt IV der 1 und 2 beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 400 angewandt werden.
Nach dem Haspeln (Verfahrensschritt 400) wird in einem Verfahrensschritt 500 das Coil in das Presswerk transportiert.
Im Presswerk wird das Coil in einem Verfahrensschritt 600 abgewickelt.
In einem Verfahrensschritt 700 wird das abgewickelte Blech lokal und/oder flächig belichtet, um lokal und/oder flächig eine Viskositätsänderung des Schmierstoffes vorzunehmen. Beispielsweise kann hier der Schmierstoff rückgeschaltet werden, um wieder die erste Viskosität anzunehmen. Zusätzlich oder alternativ kann der Schmierstoff eine oder mehrere dritte Viskosität/en annehmen. Zusätzlich oder alternativ kann der Schmierstoff bereichsweise oder flächig beheizt werden. Die oben bezüglich Verfahrensschritt III, Illa und oder Illb der 1 und 2 beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 700 angewandt werden.
In einem Verfahrensschritt 800 kann ein oder können mehrere Bereiche des Bleches lokal beleuchtet werden, sodass der Schmierstoff derart geschaltet wird, dass in den lokal beleuchteten Bereichen eine lokale Viskositätsänderung erreicht wird.
Nach dem Verfahrensschritt 600 und/oder 700 und/oder 800 kann das Blech in einem Verfahrensschritt 900 geformt werden. Insbesondere wird das Blech umgeformt, beispielsweise tiefgezogen. Die oben bezüglich Verfahrensschritt IV beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 900 angewandt werden.
Nach dem Formen des Bleches im Verfahrensschritt 900 kann das Blech erneut bestrahlt werden, um eine Schmierstoffviskosität derart zu ändern, dass eine Blechreinigung vereinfacht wird. Beispielsweise kann die Viskosität dafür verringert werden. Die oben bezüglich Verfahrensschritt V beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 3 beschriebenen Verfahrensschritt 1000 angewandt werden.
4 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf zum Herstellen eines Blechbauteils.
Im Schritt 2100 wird ein Blech im Presswerk beölt. Das Blech wird in im Schritt 2100 beispielsweise vor einem Platinenzuschnitt als Waschöl aufgebracht oder vor der Presse als Waschöl aufgebracht. Das Waschöl ist ein in seiner Viskosität schaltbarer Schmierstoff, der auf eine Blechvorderseite und eine Blechrückseite des Bleches aufgebracht wird. Die Merkmale die bezüglich der 1 und 2 im Hinblick auf den Verfahrensschritt II beschrieben wurden, können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 4 beschriebenen Verfahrensschritt 2100 angewandt werden.
In einem auf den Schritt 2100 folgenden Verfahrensschritt 2200 wird der Schmierstoff belichtet, sodass sich Moleküle des Schmierstoffes vernetzen, insbesondere um eine Viskosität zu erhöhen. Insbesondere werden dabei lediglich einige Bereiche des auf dem Blech angeordneten Schmierstoffes, insbesondere in Form eines Schmierstofffilms, bestrahlt. Insbesondere wird eine Viskosität vermindert, der Schmierstoff wird durch die Belichtung vorzugsweise lokal verdickt. Die oben bezüglich Verfahrensschritt III, Illa und/oder Illb der 1 und 2 beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 4 beschriebenen Verfahrensschritt 2200 angewandt werden.
Nach dem Verfahrensschritt 2200 kann das Blech in einem Verfahrensschritt 2300 geformt werden. Insbesondere wird das Blech umgeformt, beispielsweise tiefgezogen. Die oben bezüglich Verfahrensschritt IV beschriebenen Merkmale können insbesondere auch auf den vorliegend bezüglich 4 beschriebenen Verfahrensschritt 2300 angewandt werden.
Das Verfahren der 4 hat den Vorteil, dass weniger Schmierstoff verwendet werden kann gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren. So können beispielsweise Klebeprozesse verbessert werden. Lackierprozesse können kostengünstiger gestaltet werden, da Zeit und Aufwand im Reinigungsprozess durch einfach abwaschbare Schmierstoffe eingespart werden können.
Das oben beschriebene Verfahren der schaltbaren und kontrollierbaren Reibung durch Licht kann in Prozessen deutliche Vorteile in Bezug auf Prozessstabilität und Minimierung der Unterbrechungszeiten, insbesondere in Kombination mit einem sog. digitalen Zwilling des Prozesses, haben.
Von dem oben beschriebenen Verfahren, bzw. den oben beschriebenen Prozessschritten, kann daher ein digitaler Zwilling erstellt werden, über den die Bestrahlung und damit die Schmierstoffviskosität insbesondere im Verfahrensschritt 2200 bzw. im Verfahrensschritt III, Illa und/oder Illb, gesteuert werden kann. So kann beispielsweise die Reibung im Umformprozess gesteuert werden.
Ein digitaler Zwilling des Prozesses kann beispielsweise die Modellierung des Ergebnisses (z.B. Blechbauteil) mit den wichtigen Produkteigenschaften wie z.B. Form, Steifigkeit und/oder Oberflächenrauheit, insbesondere als Funktion von Prozessparametern und Prozessabläufen, die ggf. jeweils wieder mit eigenen Modellen unterlegt sind, sein. Konkret kann in einem digitalen Zwilling des Umformprozesses ein Reibungsmodell hinterlegt sein. Das Modell kann in seiner Komplexität variieren zwischen einer einfachen Reibwertangabe oder einer einfachen Funktion des Reibwerts z.B. abhängig von Flächenpressung oder Geschwindigkeit, oder aber auch versuchen, komplexere Zusammenhänge abzubilden, wie z.B. Viskosität, Oberflächenrauheit, Temperatur und/oder Materialeigenschaften. Über Vorversuche kann ein empirisches Modell des Reibwerts als Funktion der Bestrahlungsdauer und -intensität erstellt werden (wiederum in unterschiedlicher Komplexität), das dann in den digitalen Zwilling einfließen kann. Dies kann im Produktionsprozess eine Anpassung der Bestrahlungsparameter an sich verändernde Randbedingungen für eine konstante Produktgüte ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils, umfassend die folgenden Schritte I. Bereitstellen eines Bleches mit einer Vorderseite und einer Rückseite II Aufbringen eines Schmierstoffs auf die Vorderseite und die Rückseite des Bleches, wobei der Schmierstoff eine erste Viskosität aufweist IV. Formen des Bleches zu einem Blechbauteil dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff in seiner Viskosität schaltbar ist und dadurch, dass zwischen dem II. und dem IV. Schritt ein Schritt III. Bestrahlen des schaltbaren Schmierstoffs mit Licht, insbesondere UV-Licht, derart, dass der Schmierstoff eine zweite Viskosität annimmt durchgeführt wird, wobei die erste Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff derart ausgebildet ist, dass eine Bestrahlung mit UV-Licht einer ersten Wellenlänge eine Vernetzungsreaktion von Molekülen auslöst und eine erneute Bestrahlung mit UV-Licht der ersten Wellenlänge oder einer zweiten Wellenlänge eine Rückreaktion auslöst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem III. Schritt der Schritt Illa. Bestrahlen des schaltbaren, die zweite Viskosität aufweisenden Schmierstoffs mit UV-Licht derart, dass der Schmierstoff eine dritte Viskosität annimmt, wobei die dritte Viskosität ungleich der zweiten Viskosität ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt III und/oder Schritt IIIa. lediglich bereichsweise durchgeführt werden/wird, sodass das Blech zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die erste Viskosität und zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die zweite Viskosität umfasst und/oder zumindest einen Bereich mit Schmierstoff aufweisend die dritte Viskosität umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Viskosität kleiner als die zweite Viskosität ist oder umgekehrt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech in Schritt IV zu einem Coil aufgewickelt wird, insbesondere wobei die erste Viskosität kleiner als die zweite Viskosität ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Viskosität kleiner oder gleich der dritten Viskosität ist oder umgekehrt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech in Schritt IV zu einem Tiefziehbauteil tiefgezogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Coil in einem weiteren Schritt abgewickelt wird und der Schmierstoff auf dem abgewickelten Blech erneut mit UV-Licht zum Verändern der Viskosität zumindest bereichsweise bestrahlt wird und daraufhin zu einem Tiefziehbauteil tiefgezogen wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech nach dem Umformen zu einem Blechbauteil erneut mit UV-Licht bestrahlt wird.