EP1207973B1 - Verfahren und anordnung zum ausbeulen von blechteilen - Google Patents

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EP1207973B1
EP1207973B1 EP00958366A EP00958366A EP1207973B1 EP 1207973 B1 EP1207973 B1 EP 1207973B1 EP 00958366 A EP00958366 A EP 00958366A EP 00958366 A EP00958366 A EP 00958366A EP 1207973 B1 EP1207973 B1 EP 1207973B1
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EP
European Patent Office
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region
temperature
dent
warming
metal part
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00958366A
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English (en)
French (fr)
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EP1207973A1 (de
Inventor
Frank Weckenmann
Rainer Gaus
Kai K. O. BÄR
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Advanced Photonics Technologies AG
Original Assignee
Advanced Photonics Technologies AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Photonics Technologies AG filed Critical Advanced Photonics Technologies AG
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/06Removing local distortions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S72/00Metal deforming
    • Y10S72/705Vehicle body or frame straightener

Definitions

  • the invention relates to a method for bulging sheet metal parts, in particular of painted parts of a vehicle body, and an arrangement for performing this method (see e.g. DE-A-195 14 285).
  • Hail damage to motor vehicles especially on the storage bins new cars parked by car manufacturers in Germany alone, on average, to several a hundred million DM.
  • This hail damage usually has the shape of small bumps ("dents").
  • Their shape and dimensions often allow manual pushing out - something larger dents where there is a plastic deformation of the sheet occurred, but cannot be pushed out.
  • There are several ways to remove such larger bumps Devices have been proposed, for example work on the basis of negative pressure or on a magnetic basis and a restoration of the original form of the affected Enable sheet metal part without complex disassembly work should.
  • the use of these devices requires partly great experience and therefore the use accordingly highly paid skilled workers and nonetheless provides many benefits not the desired success. In many cases, therefore additional elaborate painting work indispensable.
  • the invention is therefore based on the object of a method and to provide an arrangement for bulging sheet metal parts, which is characterized in particular by low production and operating costs and high utility value.
  • the task is carried out in terms of its procedural aspect a method with the features of claim 1 and with regard their device aspect by an arrangement with the Features of claim 8 solved.
  • the invention includes the essential idea of Removal of small dents or dents in a sheet metal part thermal energy in a narrowly limited area of the same - just enter the area of the dent or dent and the resulting mechanical stress gradient the sheet springs back into its original state to reach.
  • the inventors have surprisingly found that this effect even when heated to comparatively low temperatures can be achieved, which is clearly below critical temperatures are at which conventional surface coatings of sheet metal parts (especially the paint layer a motor vehicle body part) a thermal Experience damage. This enables a very broad application of the proposed method, specifically for rectification minor body damage to motor vehicles, such as the hail damage mentioned above.
  • the local heating by directional radiation with an essential Radiation fraction in the near infrared range in particular in the wavelength range between 800 nm and 2 ⁇ m.
  • the method with a special simple and inexpensive to manufacture and also without special Experience of handling device realizable. Appropriate adjustment of the radiation wavelength to the Material characteristics of the sheet and any coating enables in particular an energy input in the essentially directly into the sheet, with extensive protection the coating.
  • the sheet metal part to be dented can be inductive Paths or by a directed hot air flow be heated locally.
  • the heating is targeted and limited, and in particular essentially point-like in Center area and / or ring-shaped in the edge area of those to be removed Bump or dent. This will target the Jump back into the initial shape causing voltage gradient built up.
  • the local Heating limited in particular to a final temperature in the case of irreversible changes in the coating (approx a layer of lacquer) cannot yet occur.
  • Even under Compliance with this limiting condition exists through suitable Specification of the size and shape of the heating zone and if necessary also the heating rate sufficient Degrees of freedom for disposal differ large and differently shaped bumps in sheet metal parts different materials, especially in painted steel sheets.
  • the temperature limit mentioned can be in the case of machining of sheet metal parts of the same type with similar ones Coatings - such as to remove hail damage on motor vehicles - by appropriate design of the Heater done so that on a temperature measurement can optionally be dispensed with. Something is more complex a procedure under temperature detection and regulation, but this enables the use of a corresponding one Device for very different sheets and Coatings.
  • a further relief in the implementation of the procedure results from a configuration in which the location of the local warming marked with a visible beam of light and the heating device onto the corresponding light spot the sheet metal part is aligned.
  • An arrangement for performing the method explained above particularly includes an essentially non-contact working heater, which expediently a adjustable heat input range. It is through it ideal for bumps of different sizes and sheets of different sizes Customizable thickness.
  • the heater works in the near infrared range (NIR) and has a predetermined directional characteristic for the emitted Radiation on.
  • NIR near infrared range
  • Such a heating device preferably comprises an almost punctiform halogen lamp, which at a surface temperature of 2500K or more, in particular of 2900K or more.
  • the NIR radiant heater has a variable version Directional characteristic, in particular through an aperture or panels and / or mechanical adjustment means - in particular to adjust the position or shape of a reflector - is realized.
  • the arrangement includes in particular a temperature measuring device for detecting the Surface temperature of the sheet metal part in the heating area, which expediently with a control input of the heating device is connected, so that depending on the result a temperature control (at least as Temperature limitation) is carried out.
  • a temperature control at least as Temperature limitation
  • the temperature measuring device works without contact and specifically has a radiation pyrometer.
  • a target device for aligning the heating device provided on the area of a bump specifically includes one with the heater firmly connected spotlights for visible light, the self-focusing or are assigned to the focusing means, around a narrowly limited marking light spot on the sheet metal part to create. This enables the operator to be precise Position the heater with respect to the dent.
  • An optical measurement device is also preferred provided to record the current shape of the sheet metal part, which, for example, as a laser triangulation device is trained.
  • This facility gives the result of the survey the surface shape of the sheet metal part in particular a "done" signal when the bump jumps back is detected in the initial state of the sheet metal part. This Signal can immediately turn off the heater used and / or visually displayed to the operator.
  • a combined use of a single one is particularly expedient Light source as light source for the targeting and measuring device, and is particularly advantageous here Use of a laser radiation source, for example one inexpensive laser diode device.
  • a dent hood 1 is shown in a sketch, that for denting a small dent B in one with one Car body panel 3 provided with surface coating 3a serves.
  • the outer shape of the dent hood 1 is determined by a metallic or at least on the inside metallized Reflector 5 in the form of a cut in an end region Rotational ellipsoids with the two focal points F1 and F2.
  • the reflector 5 has a peripheral one at its edge Rubber ring 7, with which he on the body panel 3 can be placed gently.
  • the reflector 5 a recess 5a for observing the area of the bulge B. in the body panel 3 with the bulge hood 1 in place.
  • a plastic handle 9 is on the reflector easy and safe handling of the dent hood 1 also attached during their operation.
  • the dent hood is connected to the AC network via a power cable 11 and via a data line 13 with a (here not shown) connected measuring and control device.
  • a plastic support screwed to the reflector 5 15 provided the one (not shown) transformer records and towards the focal point F1 in a lamp holder 15a runs out and two brackets 15b, 15c for additional, components described below.
  • a halogen lamp 17 for example a Xe or Kr lamp that is operated to have a Surface temperature of approx. 2900K and therefore an essential one Radiation share in the near infrared (NIR) range between 800 nm and 2 ⁇ m.
  • the halogen lamp 17 sits in the Focal point F1 so that the NIR radiation emitted by it by the ellipsoidal reflector 5 largely in the focal point F2 and thus in the center of the bump B in Body sheet 3 is reflected.
  • the boom 15b of the plastic carrier 15 carries on the one hand a laser diode provided with simple imaging optics 19, which is positioned so that its radiation onto the Focus F2 is directed.
  • the boom also carries 15b a radiation pyrometer element, also directed to the focal point F2 21 for recording the surface temperature of the body panel 3 in the area of the dent B.
  • the Cantilever 15c carries a photodetector assembly 23 which (e.g. designed and positioned as a simple CCD array) is that it reflected that from the body panel 3 Radiation from the laser diode 19 depending on the state of the Body sheet metal in the area of dent B on different wise.
  • the photodetector arrangement 23 can in particular be designed so that the reflected radiation from the laser diode 19 only when undisturbed (dashed in the figure drawn) course of the body panel reached, or that reflected from the area of the bump B. Radiation reaches them in a different position than that of undisturbed (bulged) sheet of reflected radiation.
  • the photodetector arrangement 23 thus serves in cooperation with the laser diode 19 as a simple laser triangulation device for measuring the surface shape of the body panel 3 in the area of dent B; see also further below.
  • the laser diode 19 also serves to mark the Focal point F2 and thus the location of the maximum energy input the NIR radiation of the halogen lamp 17 and enables an operator appropriate positioning of the Bulge hood 1 based on the observation of the laser diode 19 light spots generated on the body panel 3 through the recess 5a of the reflector 5.
  • the dent hood 1 is handled such that it over the Bulge B placed on the body panel 3, then the laser diode 19 turned on and its light spot by moving the hood to the center of the bump B. and finally by actuating a (not shown) Mains switch the halogen lamp 17 for heating the area the bump B is turned on.
  • the photodetector arrangement 23 the shape of the body panel 3 detected in the area of the bulge B and the halogen lamp 17 switched off, if the bump in the original shape of the body panel jumped back or a predetermined allowable Limit temperature is reached.
  • the measurement and control engineering structure is a Bulge arrangement 100 in the form of a functional block diagram shown schematically.
  • the bulge arrangement 100 is on the AC network connected, and a power supply unit 101 provides the operating voltage from the mains voltage the halogen lamp 17 required operating voltage and stabilizes this.
  • This operating voltage becomes the cooling lamp 17 from the power supply unit 101 via a switching and Power control stage 103 supplied the two control inputs 103a, 103b.
  • Also via the power supply unit 101 is - via a rectifier stage 105 and a separate switch 107 - supplies the laser diode 19.
  • the power supply unit 101 supplies one on the input side connected to the radiation pyrometer element 21 Temperature measuring stage 109, the output on the one hand with the control input 103b of the switching and power control stage 103 and on the other hand is connected to a display unit 111.
  • a display unit 111 there is also an input side with the photodetector arrangement 23 connected surface geometry evaluation unit 113 supplied by the power supply unit 101.
  • the Surface geometry evaluation unit is on the output side with the control input 103a of the switching and power control stage 103 and also connected to the display unit 111.
  • a temperature control at least in the sense of limiting the surface temperature realized to a permissible maximum value is, in which the paint surface 3 certainly no damage takes. This is done by reducing the radiation power when approaching the permissible maximum temperature or temporarily Switching off the halogen lamp 17.
  • a complete switch-off the halogen lamp 17 is over the photodetector arrangement 23 and the surface geometry evaluation unit 113 and the control inputs 103a of the switching and power control stage 103 causes as soon as the result of a given Signal processing in the surface geometry evaluation unit was found to be a significant Change of the sheet geometry in the area of the dent in the sense jumping back into the undisturbed initial form is.
  • the operator is informed of the actual via the display unit 111 Surface temperature and - for example by a signal lamp - about reaching the original Sheet metal shape, i.e. the success of the denting process, informed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Vehicle Cleaning, Maintenance, Repair, Refitting, And Outriggers (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbeulen von Blechteilen, insbesondere von lackierten Teilen einer Fahrzeugkarosserie, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens (siehe z.B. DE-A-195 14 285).
Das Ausbeulen von Blechteilen mit dem Ziel, möglichst weitgehend eine (ebene oder gekrümmte) Ursprungsgestalt wiederherzustellen, ist eine in vielen Industriezweigen und Handwerken vorkommende Aufgabe. Obwohl zur Lösung dieser Aufgabe eine Vielzahl technischer Verfahren und Vorrichtungen entwickelt wurde und diese teilweise auch auf dem Markt erhältlich sind, wird diese Aufgabe vielfach noch manuell durch ausgebildete Fachkräfte gelöst. Damit ist ein hoher Kostenaufwand verbunden.
Das wirtschaftlich wohl wichtigste Einsatzgebiet für Ausbeulverfahren und -Anordnungen ist die Kraftfahrzeuginstandsetzung.
Hagelschäden an Kraftfahrzeugen, insbesondere an auf den Lagerplätzen von KFZ-Herstellern abgestellten Neuwagen, belaufen sich allein in Deutschland im Mittel jährlich auf mehrere hundert Millionen DM. Diese Hagelschäden haben in der Regel die Form kleiner Beulen ("Dellen"). Deren Gestalt und Abmessungen erlauben vielfach ein manuelles Herausdrücken - etwas größere Beulen, bei denen eine plastische Verformung des Bleches aufgetreten ist, können aber nicht herausgedrückt werden. Zur Entfernung solcher größeren Beulen sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die beispielsweise auf der Basis von Unterdruck oder auf magnetischer Grundlage arbeiten und eine Wiederherstellung der Ausgangsform des betroffenen Blechteiles ohne aufwendige Demontagearbeiten ermöglichen sollen. Die Anwendung dieser Vorrichtungen erfordert teilweise große Erfahrung und somit den Einsatz entsprechend hoch bezahlter Fachkräfte und erbringt gleichwohl vielfach nicht den gewünschten Erfolg. In vielen Fällen sind daher zusätzliche aufwendige Lackierarbeiten unverzichtbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Ausbeulen von Blechteilen anzugeben, die sich insbesondere durch niedrige Gestehungs- und Betriebskosten und hohen Gebrauchswert auszeichnen.
Die Aufgabe wird hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, zur Beseitigung kleinerer Beulen bzw. Dellen in einem Blechteil thermische Energie in einen eng begrenzten Raumbereich desselben - eben den Bereich der Beule bzw. Delle - einzutragen und durch den entstehenden mechanischen Spannungsgradienten ein Zurückspringen des Bleches in den Ausgangszustand zu erreichen. Die Erfinder haben überraschend festgestellt, daß diese Wirkung bereits bei einer Erwärmung auf vergleichsweise niedrige Temperaturen erzielbar ist, die deutlich unterhalb kritischer Temperaturen liegen, bei denen übliche Oberflächenbeschichtungen von Blechteilen (insbesondere die Lackschicht eines Kraftfahrzeug-Karosserieteils) eine thermische Schädigung erfahren. Das ermöglicht eine sehr breite Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens, speziell zur Behebung kleinerer Karosserieschäden bei Kraftfahrzeugen, wie etwa der oben angesprochenen Hagelschäden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die lokale Erwärmung durch gerichtete Bestrahlung mit einem wesentlichen Strahlungsanteil im nahen Infrarotbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 2 µm. In dieser Ausgestaltung ist das Verfahren mit einer besonders einfachen und kostengünstig herstellbaren und auch ohne spezielle Erfahrung zu handhabenden Vorrichtung realisierbar. Eine geeignete Abstimmung der Bestrahlungswellenlänge auf die Materialcharakteristika des Bleches und einer etwaigen Beschichtung ermöglicht insbesondere einen Energieeintrag im wesentlichen direkt in das Blech, unter weitgehender Schonung der Beschichtung.
Alternativ hierzu kann das auszubeulende Blechteil auf induktivem Wege oder auch durch einen gerichteten Heißluftstrom lokal erwärmt werden.
Wesentlich ist, daß die Erwärmung gezielt und begrenzt erfolgt, und zwar insbesondere im wesentlichen punktförmig im Mittenbereich und/oder ringförmig im Randbereich der zu beseitigenden Beule bzw. Delle. Hierdurch wird gezielt der das Zurückspringen in die Ausgangsform bewirkende Spannungsgradient aufgebaut. Bei beschichteten Blechteilen wird die lokale Erwärmung insbesondere auf eine Endtemperatur begrenzt, bei der irreversible Veränderungen in der Beschichtung (etwa einer Lackschicht) noch nicht auftreten können. Auch unter Beachtung dieser limitierenden Bedingung bestehen durch geeignete Vorgabe der Größe und Gestalt der Erwärmungszone sowie gegebenenfalls auch der Aufheizgeschwindigkeit hinreichende Freiheitsgrade für die Beseitigung unterschiedlich großer und verschieden geformter Beulen in Blechteilen aus verschiedenen Materialien, insbesondere in lackierten Stahlblechen.
Speziell für die Reparatur der letzteren hat es sich nach Untersuchungen der Erfinder als ausreichend erwiesen, den Bereich der Beule in einem lackierten Karosserieblech auf eine Temperatur im Bereich zwischen 100° Celsius und 200° Celsius lokal zu erwärmen.
In einer vorteilhaften Fortbildung des Erfindungsgedankens wird während der lokalen Erwärmung die aktuelle Gestalt des Blechteiles erfaßt und im Ansprechen auf die Erfassung eines Zurückspringens in die Ausgangsform der Erwärmungsvorgang beendet. Diese Fortbildung ermöglicht eine teilautomatisierte Verfahrensführung. Zusammen mit der erwähnten Temperaturbegrenzung ermöglicht diese Ausgestaltung insbesondere die Verfahrensdurchführung auch durch Personal ohne spezielle Ausbildung und Erfahrung.
Die erwähnte Temperaturbegrenzung kann im Falle der Bearbeitung von Blechteilen ein und derselben Art mit einander ähnlichen Beschichtungen - wie etwa zur Beseitigung von Hagelschäden an Kraftfahrzeugen - durch geeignete Auslegung der Heizvorrichtung erfolgen, so daß auf eine Temperaturmessung gegebenenfalls verzichtet werden kann. Etwas aufwendiger ist eine Verfahrensdurchführung unter Temperaturerfassung und -regelung, diese ermöglicht aber den Einsatz einer entsprechenden Vorrichtung auch für sehr unterschiedliche Bleche und Beschichtungen.
Eine weitere Erleichterung bei der Verfahrensdurchführung ergibt sich durch eine Ausgestaltung, bei der der Ort der lokalen Erwärmung mit einem sichtbaren Lichtstrahl markiert und die Heizeinrichtung auf den entsprechenden Lichtfleck auf dem Blechteil ausgerichtet wird.
Eine Anordnung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens umfaßt insbesondere eine im wesentlichen berührungslos arbeitende Heizeinrichtung, welche zweckmäßigerweise einen einstellbaren Wärmeeintragsbereich aufweist. Sie ist dadurch optimal für Beulen unterschiedlicher Größe und Bleche unterschiedlicher Dicke anpaßbar.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung arbeitet die Heizeinrichtung im nahen Infrarotbereich (NIR) und weist eine vorbestimmte Richtcharakteristik für die emittierte Strahlung auf. Eine solche Heizeinrichtung umfaßt bevorzugt eine annähernd punktförmige Halogenlampe, die bei einer Oberflächentemperatur von 2500K oder mehr, insbesondere von 2900K oder mehr, betrieben wird.
In einer wegen ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten bevorzugten Ausführung hat die NIR-Strahlungsheizung eine veränderliche Richtcharakteristik, die insbesondere durch eine Blende bzw. Blenden und/oder mechanische Verstellmittel - insbesondere zur Verstellung der Position bzw. Form eines Reflektors - realisiert wird.
Entsprechend den oben erläuterten bevorzugten Fortbildungen des allgemeinen Verfahrensgedankens umfaßt die Anordnung insbesondere eine Temperaturmeßeinrichtung zur Erfassung der Oberflächentemperatur des Blechteiles im Erwärmungsbereich, die zweckmäßigerweise mit einem Steuereingang der Heizeinrichtung verbunden ist, so daß in Abhängigkeit vom Ergebnis der Temperaturmessung eine Temperaturregelung (mindestens als Temperaturbegrenzung) ausgeführt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung arbeitet die Temperaturmeßeinrichtung berührungslos und weist speziell ein Strahlungspyrometer auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der vorgeschlagenen Anordnung ist eine Zieleinrichtung zum Ausrichten der Heizeinrichtung auf den Bereich einer Beule vorgesehen. Diese Zieleinrichtung umfaßt speziell einen mit der Heizeinrichtung fest verbundenen Strahler für sichtbares Licht, der selbstfokussierend ist oder dem Fokussierungsmittel zugeordnet sind, um auf dem Blechteil einen eng begrenzten Markierungs-Lichtfleck zu erzeugen. Dieser ermöglicht dem Bediener eine präzise Positionierung der Heizeinrichtung bezüglich der Beule.
Weiterhin ist bevorzugt eine optische Vermessungseinrichtung zur Erfassung der aktuellen Gestalt des Blechteils vorgesehen, die beispielsweise als Laser-Triangulationsvorrichtung ausgebildet ist. Diese Einrichtung gibt im Ergebnis der Vermessung der Oberflächengestalt des Blechteils insbesondere ein "Fertig"-Signal aus, sobald ein Zurückspringen der Beule in den Ausgangszustand des Blechteils erfaßt wird. Dieses Signal kann unmittelbar zur Abschaltung der Heizeinrichtung benutzt und/oder dem Bediener optisch angezeigt werden.
Besonders zweckmäßig ist eine kombinierte Nutzung einer einzigen Lichtquelle als Lichtquelle für die Ziel- und Vermessungseinrichtung, und besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz einer Laser-Strahlungsquelle, beispielsweise einer kostengünstigen Laserdiodeneinrichtung.
Vorteile und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1
eine Querschnittsdarstellung einer Ausbeulhaube als Kernstück einer Anordnung zum Ausbeulen von Blechteilen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2
eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten einer Ausbeulanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines FuriktionsBlockschaltbildes.
In Fig. 1 ist skizzenartig eine Ausbeulhaube 1 dargestellt, die zum Ausbeulen einer kleinen Beule B in einem mit einer Oberflächenlackierung 3a versehenen KFZ-Karosserieblech 3 dient. Die äußere Gestalt der Ausbeulhaube 1 ist bestimmt durch einen metallischen oder zumindest innenseitig metallisierten Reflektor 5 in Form eines in einem Endbereich abgeschnittenen Rotationsellipsoids mit den beiden Brennpunkten F1 und F2. Der Reflektor 5 weist an seinem Rand einen umlaufenden Gummiring 7 auf, mit dem er auf das Karosserieblech 3 schonend aufgesetzt werden kann. Weiterhin hat der Reflektor 5 eine Aussparung 5a zur Beobachtung des Bereichs der Beule B im Karosserieblech 3 bei aufgesetzter Ausbeulhaube 1. Schließlich ist am Reflektor ein Kunststoff-Handgriff 9 zur leichten und gefahrlosen Handhabung der Ausbeulhaube 1 auch während ihres Betriebes angebracht.
Die Ausbeulhaube ist über ein Stromkabel 11 mit dem Wechselspannungsnetz und über eine Datenleitung 13 mit einer (hier nicht dargestellten) Meß- und Steuereinrichtung verbunden. Im Inneren ist ein mit dem Reflektor 5 verschraubter Kunststoffträger 15 vorgesehen, der einen (nicht dargestellten) Transformator aufnimmt und zum Brennpunkt F1 hin in eine Lampenfassung 15a ausläuft sowie zwei Ausleger 15b, 15c für zusätzliche, weiter unten beschriebene Bauteile hat. In der Lampenfassung 15a sitzt eine Halogenlampe 17, beispielsweise eine Xe- oder Kr-Lampe, die so betrieben wird, daß sie eine Oberflächentemperatur von ca. 2900K und damit einen wesentlichen Strahlungsanteil im Bereich des nahen Infrarot (NIR) zwischen 800 nm und 2 µm hat. Die Halogenlampe 17 sitzt im Brennpunkt F1, so daß die von ihr emittierte NIR-Strahlung durch den rotationsellipsoidischen Reflektor 5 weitgehend in den Brennpunkt F2 und somit in das Zentrum der Beule B im Karosserieblech 3 reflektiert wird.
Der Ausleger 15b des Kunststoffträgers 15 trägt zum einen eine mit einer einfachen Abbildungsoptik versehene Laserdiode 19, die so positioniert ist, daß ihre Strahlung auf den Brennpunkt F2 gerichtet ist. Außerdem trägt der Ausleger 15b ein - ebenfalls auf den Brennpunkt F2 gerichtetes - Strahlungspyrometer-Element 21 zur Erfassung der Oberflächentemperatur des Karosseriebleches 3 im Bereich der Beule B. Der Ausleger 15c trägt eine Fotodetektoranordnung 23, die (beispielsweise als einfaches CCD-Array) so ausgebildet und positioniert ist, daß sie die vom Karosserieblech 3 reflektierte Strahlung der Laserdiode 19 in Abhängigkeit vom Zustand des Karosseriebleches im Bereich der Beule B auf unterschiedliche weise aufnimmt. Die Fotodetektor-Anordnung 23 kann insbesondere so ausgebildet sein, daß die reflektierte Strahlung von der Laserdiode 19 sie nur bei ungestörtem (in der Figur gestrichelt gezeichneten) Verlauf des Karosserieblechs erreicht, oder daß die aus dem Bereich der Beule B reflektierte Strahlung sie an einer anderen Position erreicht als die vom ungestörten (ausgebeulten) Blech zurückgeworfene Strahlung. Die Fotodetektoranordnung 23 dient somit im Zusammenwirken mit der Laserdiode 19 als eine einfache Laser-Triangulationseinrichtung zur Vermessung der Oberflächengestalt des Karosserieblechs 3 im Bereich der Beule B; siehe dazu auch weiter unten. Die Laserdiode 19 dient zudem zur Markierung des Brennpunktes F2 und damit des Ortes des maximalen Energieeintrages der NIR-Strahlung der Halogenlampe 17 und ermöglicht einem Bediener eine entsprechende Positionierung der Ausbeulhaube 1 aufgrund der Beobachtung des durch die Laserdiode 19 auf dem Karosserieblech 3 erzeugten Lichtflecks durch die Aussparung 5a des Reflektors 5.
Die Ausbeulhaube 1 wird derart gehandhabt, daß sie über der Beule B auf das Karosserieblech 3 aufgesetzt, anschließend die Laserdiode 19 eingeschaltet und ihr Lichtfleck durch Verschieben der Haube auf das Zentrum der Beule B ausgerechnet und schließlich durch Betätigung eines (nicht gezeigten) Netzschalters die Halogenlampe 17 zur Erwärmung des Bereichs der Beule B eingeschaltet wird. Während der Bestrahlung wird über das Strahlungspyrometer-Element die Temperatur und durch die Fotodetektor-Anordnung 23 die Form des Karosserieblechs 3 im Bereich der Beule B erfaßt und die Halogenlampe 17 ausgeschaltet, wenn die Beule in die Ursprungsgestalt des Karosserieblechs zurückgesprungen oder eine vorgegebene zulässige Grenztemperatur erreicht ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten, mechanisch sehr einfachen und kostengünstigen Ausführung einer Anordnung zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Anpassung der Größe und Gestalt der Erwärmungszone im Karosserieblech durch Verkippen oder geringfügiges Anheben der Ausbeulhaube erfolgen; verfeinerte (und entsprechend aufwendigere) Ausführungen enthalten zu diesem Zweck beispielsweise Höhenverstellmittel und/oder eine verstellbare Blende zur Ausblendung eines Teils der Strahlung der Halogenlampe am Bestrahlungsort. Derartige Ausführungen liegen im Rahmen fachmännischen Handelns und werden hier daher nicht weiter beschrieben.
In Fig. 2 ist der meß- und steuerungstechnische Aufbau einer Ausbeulanordnung 100 in Form eines Funktions-Blockschaltbildes schematisch dargestellt. Die Ausbeulanordnung 100 ist an das wechselstromnetz angeschlossen, und eine Stromversorgungseinheit 101 stellt aus der Netzspannung die zum Betrieb der Halogenlampe 17 benötigte Betriebsspannung bereit und stabilisiert diese. Diese Betriebsspannung wird der Kühllampe 17 von der Stromversorgungseinheit 101 über eine Schalt- und Leistungssteuerstufe 103 zugeführt, die zwei Steuereingänge 103a, 103b aufweist. Ebenfalls über die Stromversorgungseinheit 101 wird - über eine Gleichrichterstufe 105 und einen separaten Schalter 107 - die Laserdiode 19 versorgt.
Weiterhin versorgt die Stromversorgungseinheit 101 eine eingangsseitig mit dem Strahlungspyrometer-Element 21 verbundene Temperaturmeßstufe 109, deren Ausgang zum einen mit dem Steuereingang 103b der Schalt- und Leistungssteuerstufe 103 und zum anderen mit einer Anzeigeeinheit 111 verbunden ist. Schließlich wird auch eine eingangsseitig mit der Fotodetektor-Anordnung 23 verbundene Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit 113 von der Stromversorgungseinheit 101 versorgt. Die Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit ist ausgangsseitig mit dem Steuereingang 103a der Schalt- und Leistungssteuerstufe 103 sowie ebenfalls mit der Anzeigeeinheit 111 verbunden.
Die Funktion der Ausbeulanordnung 100 ergibt sich bereits im wesentlichen aus den obigen Erläuterungen zur Erfindung. Es wird daher nur zusammenfassend darauf hingewiesen, daß über das die Oberflächentemperatur des Karosseriebleches 3 (Fig. 1) erfassende Strahlungspyrometer-Element 21, die Temperatur-Meßstufe 109 und die Schalt- und Leistungssteuerstufe 103 mit der daran angeschlossenen Halogenlampe 17 eine Temperaturregelung mindestens im Sinne einer Begrenzung der Oberflächentemperatur auf einen zulässigen Maximalwert realisiert wird, bei dem die Lackfläche 3 mit Sicherheit keinen Schaden nimmt. Dies erfolgt durch Verminderung der Strahlungsleistung bei Annäherung an die zulässige Maximaltemperatur bzw. zeitweise Ausschaltung der Halogenlampe 17. Eine völlige Ausschaltung der Halogenlampe 17 wird über die Fotodetektoranordnung 23 und die Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit 113 sowie den Steuereingängen 103a der Schalt- und Leistungssteuerstufe 103 bewirkt, sobald im Ergebnis einer vorgegebenen Signalverarbeitung in der Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit ermittelt wurde, daß eine signifikante Veränderung der Blechgeometrie im Bereich der Beule im Sinne eines Zurückspringens in die ungestörte Ausgangsform erfolgt ist. Parallel zu den genannten Steuer- bzw. Regelvorgängen wird der Bediener über die Anzeigeeinheit 111 über die tatsächliche Oberflächentemperatur sowie - beispielsweise durch eine Signallampe - über das Erreichen der ursprünglichen Blechgestalt, also den Erfolg des Ausbeulvorgangs, informiert.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern auch in einer Vielzahl von Abwandlungen derselben möglich.
So ist die Reflektorgeometrie des oben als Ausbeulhaube bezeichneten mechanisch-optischen Teils der Ausbeulanordnung ebenso variierbar wie der innere Aufbau, wobei insbesondere einzelne der oben erwähnten Funktionskomponenten im Interesse einer weiteren Vereinfachung und Verbilligung der Anordnung fortgelassen sein können - so (bei entsprechender Dimensionierung der Strahlungsquelle) die Mittel zur Temperaturmessung oder die Mittel zur Erfassung der Oberflächengeometrie des Karosseriebleches. Anstelle der zur Markierung des auszubeulenden Bereichs eingesetzten Laserdiode kann auch eine andere Lichtquelle mit geeigneten Fokussierungsmitteln zur Erzeugung eines klar umgrenzten Lichtflecks auf der Blechoberfläche vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
1
Ausbeulhaube
3
KFZ-Karosserieblech
3a
Oberflächenlackierung
5
Reflektor
5a
Aussparung
7
Gummiring
9
Kunststoff-Handgriff
11
Stromkabel
13
Datenleitung
15
Kunststoffträger
15a
Lampenfassung
15b, 15c
Ausleger
17
Halogenlampe
19
Laserdiode
21
Strahlungspyrometer-Element
23
Fotodetektoranordnung
100
Ausbeulanordnung
101
Stromversorgungseinheit
103
Schalt- und Leistungssteuerstufe
103a, 103b
Steuereingang
105
Gleichrichterstufe
107
Schalter
109
Temperaturmeßstufe
111
Anzeigeeinheit
113
Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit
F1, F2
Brennpunkt
B
Beule

Claims (15)

  1. Verfahren zum Ausbeulen von Blechteilen, insbesondere von lackierten Teilen einer Fahrzeugkarosserie, wobei das Blechteil (3) im Bereich einer Beule (B) im wesentlichen berührungslos lokal erwärmt wird, derart, daß ein durch die lokale Erwärmung erzeugter mechanischer Spannungsgradient ein Zurückspringen der Beule in die Ursprungsform des Blechteiles bewirkt,
    dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Erwärmung durch gerichtete Bestrahlung mit einem wesentlichen Strahlungsanteil im nahen Infrarotbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 2 µm ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Erwärmung im wesentlichen punktförmig im Mittenbereich und/oder ringförmig im Randbereich der Beule ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Erwärmung auf eine Endtemperatur unterhalb einer kritischen Temperatur begrenzt wird, bei der irreversible Veränderungen in einer Beschichtung (3a) des Blechteiles (3), insbesondere einer Lackschicht, erfolgen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Erwärmung, insbesondere bei einem lackierten Karosserieblechteil, auf eine Endtemperatur im Bereich zwischen 100° Celsius und 200° Celsius ausgefhrt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß während der lokalen Erwärmung die aktuelle Gestalt des Blechteils (3) im Bereich der Beule (B) erfaßt und im Ansprechen auf die Erfassung eines Zurückspringens in die Ausgangsform die Erwärmung beendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß während der lokalen Erwärmung die Temperatur am Erwärmungsort gemessen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich einer Beule (B) als Ort der lokalen Erwärmung mit einem sichtbaren Lichtstrahl markiert wird.
  8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch
    eine im nahen Infrarotbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 800 mm und 2 µm, arbeitende Heizeinrichtung (5, 17, 101, 103), insbesondere mit einstellbarem Wärmeeintragsbereich und/oder einstellbarer Heizleistung, zur im wesentlichen berührungslosen lokalen Erwärmung des Blechteiles (3).
  9. Anordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (5, 17, 101, 103) als NIR-Strahlungsheizung mit vorbestimmter Richtcharakteristik ausgebildet ist, die insbesondere eine annähernd punktförmige Halogenlampe (17) aufweist, welche bei einer Oberflächentemperatur von 2500K oder mehr betrieben wird.
  10. Anordnung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die NIR-Strahlungsheizung eine, insbesondere durch mindestens eine Blende und/oder mechanische Verstellmittel, veränderliche Richtcharakteristik aufweist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8-10,
    gekennzeichnet durch
    eine Temperaturmesseinrichtung (21, 109) zur Erfassung der Temperatur des Blechteils (3) im Erwärmungsbereich (B), die insbesondere mit einem Steuereingang (103b) der Heizeinrichtung (103) verbunden ist, derart, daß durch Steuerung der Heizeinrichtung im Ansprechen auf das Ausgangssignal der Temperaturmesseinrichtung die Temperatur im Erwärmungsbereich mindestens begrenzt wird.
  12. Anordnung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmesseinrichtung berührungslos arbeitet und insbesondere ein Strahlungspyrometer (21) aufweist.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8-12,
    gekennzeichnet durch
    eine Zieleinrichtung (19) zum Ausrichten der Heizeinrichtung (5, 17) auf den Bereich der Beule (B), wobei die Zieleinrichtung insbesondere einen mit der Heizeinrichtung fest verbundenen Strahler für fokussiertes sichtbares Licht aufweist.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8-13,
    gekennzeichnet durch
    eine optische Vermessungseinrichtung (19, 23, 113) zur Erfassung der aktuellen Gestalt des Blechteiles (B) im Bereich der Beule (B).
  15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ziel- und/oder die Vermessungseinrichtung eine Laser-Strahlungsquelle (19) aufweist, welche insbesondere als gemeinsame Strahlungsquelle für die Ziel- und die Vermessungseinrichtung dient.
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