EP3445886B1 - Verfahren zum erhöhen der plastischen verformbarkeit eines werkstückes mit einem absorptionsmittel - Google Patents

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EP3445886B1
EP3445886B1 EP17720414.6A EP17720414A EP3445886B1 EP 3445886 B1 EP3445886 B1 EP 3445886B1 EP 17720414 A EP17720414 A EP 17720414A EP 3445886 B1 EP3445886 B1 EP 3445886B1
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EP
European Patent Office
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workpiece
absorbent
irradiation
station
absorption
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EP17720414.6A
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EP3445886A1 (de
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Thomas Reininger
Andreas Stranz
Christian Juricek
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Cosma Engineering Europe GmbH
Original Assignee
Cosma Engineering Europe GmbH
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Publication date
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Publication of EP3445886B1 publication Critical patent/EP3445886B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/12—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces with electromagnetic fields acting directly on the material being heated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0028—Microwave heating

Definitions

  • the present invention relates to a method for locally increasing the plastic deformability of a metal work piece, as well as an associated device and a corresponding use of a mixture for application to a metal work piece.
  • the EP 0996760 B1 proposes a method for improving the formability of aluminum sheets, in which a zone of a sheet to be bent is heated.
  • the heating takes place by means of an induction heating coil, the external shape and size of which is adapted to the areas of the sheet metal to be heated.
  • Immersion baths, laser heating or contact heating with a heated platen are mentioned as alternatives to an induction coil, but no detailed instructions are given for any of the alternative heating methods.
  • These proposed heaters must be adapted to the respective workpiece geometry and the respective regions to be heated of the workpiece can be adjusted individually. The energy consumed by the workpiece that leads to the heating is essentially dependent on the material to be heated.
  • the EP 0 992300 B1 discloses a forming process for precipitation-hardened aluminum alloys, in which certain regions of an aluminum sheet to be formed are heated in a targeted manner in order to increase their formability and to prevent material failure during forming. Specific measures to create or influence the temperature change in regions of the aluminum sheet are not discussed.
  • the U.S. 8,211,251 B2 discloses a method for completing precipitation hardening of a corresponding portion of an aluminum panel.
  • An example of an aluminum panel is the roof of a car.
  • a surface is heated there in areas by means of infrared radiation.
  • the surface can be provided with a surface coating, which increases the energy absorption of the surface.
  • the invention is based on the object of improving a method corresponding to the type mentioned at the outset in such a way that certain regions of a metallic workpiece can be heated more specifically and more quickly than others, with the aim of achieving faster and more intense heating with the same radiation power, while the The surface of the workpiece should be influenced as little as possible. Furthermore, an associated device is to be proposed.
  • this can be flexibly adapted to subsequent process steps, especially for forming the workpiece, so that if the deformability of the workpiece depends on the previous heating temperature, different areas of the workpiece have different deformabilities.
  • the absorbent can adhere to the workpiece at the location where it is applied while the workpiece is being exposed to the radiation. This enables precise positioning of the absorption means and, as a result, precise definition of the comparatively more heated regions of the workpiece. The regions that need to be heated more can be clearly distinguished from the other regions.
  • the absorbent can be kept relatively constant in its original position, even during vibrations or movements of the workpiece.
  • the absorbent can be applied to at least two sides of the metallic workpiece.
  • the radiation absorption of the workpiece can be further improved in order to ensure rapid and strong heating of the workpiece.
  • areas of the workpiece can be heated to a greater extent in a targeted manner on at least two sides of the workpiece.
  • the absorbent can have gray and/or black components.
  • the absorbent can have a high degree of absorption, in particular for visible light as well as heat and infrared radiation, which ensures good absorption of a large part of the radiation used for heating.
  • the absorbent can contain graphite.
  • Graphite is a cheap and easy-to-handle substance which, due to its color in particular, has a good degree of absorption, especially for visible light and infrared radiation.
  • the absorbent can at least partially evaporate after it has been applied to the workpiece, in particular before it is exposed to the radiation. This enables a division of tasks between the evaporating components of the absorbent and those components which remain on the workpiece after evaporation.
  • the evaporating component can improve the flowability or transportability of the absorbent, while the remaining, ie non-evaporating components, for example, adhere well to the material or can have a favorable degree of absorption.
  • the absorbent can conceivably have at least one liquid carrier medium and/or at least one solid, in particular powdered, absorption medium.
  • the different requirements placed on the absorbent such as conveyability, flowability, applicability, degree of absorption and adhesion, can be divided up in a favorable manner.
  • the carrier medium can be applied and conveyed particularly well, while the absorption medium can have a good degree of absorption and can adhere particularly well to the workpiece.
  • the absorption medium can be sprayed onto the workpiece, in particular by means of a nozzle.
  • the absorption medium can be applied to the workpiece evenly and comparatively extensively.
  • a nozzle is a cheap and easy-to-implement design for spraying on an absorbent.
  • the absorbent can be applied to the workpiece by means of at least one rolling body.
  • the absorbent can be applied specifically to the areas of the workpiece to be coated.
  • a cleaning agent which contains in particular liquid and/or gaseous components can be applied to the workpiece, with the absorbent being at least partially removed from the workpiece.
  • the workpiece can be prepared or used for further production steps, with the absorbent removed from the workpiece having little or no effect on these subsequent production steps.
  • a large proportion of the absorbent can be removed by using the cleaning agent.
  • part of the absorbent can be soluble in order to be able to transport it away from the surface of the workpiece in a favorable manner.
  • the cleaning agent can be sprayed onto the workpiece under pressure, in which case the workpiece can in particular be jet-cleaned. Due to the pressure, the cleaning agent can exert additional forces on the workpiece surface and the absorbent on it in order to better detach the absorbent from the workpiece surface and remove it to a large extent.
  • the principle of jet cleaning represents a particularly favorable technical implementation for removing the absorbent from the surface of the workpiece.
  • the absorbent after the radiation has been applied to the workpiece, can be at least partially stripped off the workpiece by means of at least one stripping body, in particular at least one stripping roller.
  • at least one stripping body in particular at least one stripping roller.
  • scraper rollers allows low friction between the surfaces of the workpiece in order to influence the surface of the workpiece as little as possible during scraping.
  • the object according to the invention is further achieved by a device according to independent claim 12.
  • the deformability of the workpiece can be increased by subjecting a metal workpiece to radiation.
  • the increase in plastic deformability as a result of the local heating of the workpiece can be improved with regard to the required radiation power, irradiation time and achievable temperature.
  • the coating station can have at least one nozzle which is suitable for spraying the absorbent onto a metal workpiece.
  • the absorbent can be applied to the workpiece evenly and over the entire area.
  • the coating station can have at least one rolling body to which the absorbent adheres, for example, and which can be suitable for applying the absorbent to a metal workpiece.
  • the absorbent can be positioned on the workpiece with precise location and in the desired layer thickness.
  • a cleaning station can be provided which is downstream of the irradiation station in the production process and is suitable for at least partially removing an absorbent from a metallic workpiece.
  • the absorbent can be removed from the metallic workpiece in order to prepare the workpiece for subsequent production steps, for example.
  • the cleaning station can have at least one scraper body, in particular at least one scraper roller.
  • the absorption medium can be conveniently wiped off the surface of the metallic workpiece by means of the scraping body in order to clean the metallic workpiece and the absorption medium after the irradiation possibly catch up again.
  • a scraper roller can roll over the workpiece and thus keep the friction that occurs and the influence on the surface properties of the workpiece low.
  • the cleaning station can have a cleaning nozzle which is suitable for spraying a cleaning agent under pressure onto the metallic workpiece and, in particular, for jet-cleaning the metallic workpiece.
  • a cleaning nozzle allows the absorbent to be thoroughly removed, particularly in the case of three-dimensional and complex shapes of workpieces.
  • the mixture used can act as an absorber and absorb a higher proportion of an applied radiation than the surface of the metallic workpiece, whereby the mixture heats up more than the surrounding uncovered surface of the workpiece and the absorbed energy is released in the form of heat at least locally to the workpiece.
  • This allows specific regions of the metallic workpiece to be heated in a targeted manner or to be heated more specifically than other regions of the metallic workpiece. Due to the increased absorption with the same irradiation time and radiation power, a higher final temperature of the workpiece can be achieved at least locally. With the same end temperature and the same radiant power, a shorter irradiation time is therefore necessary; analogously, a lower irradiation power is required for the same target temperature and irradiation duration.
  • the mixture can be well adapted to its task and associated subtasks.
  • the carrier medium can be applied and conveyed in a particularly favorable manner, while the absorption medium can have a particularly high degree of absorption or advantageous adhesive properties with the workpiece.
  • the absorption medium can have gray and/or black components.
  • the degree of absorption of the absorbent in particular for visible light and heat and infrared radiation, can advantageously be particularly high.
  • the absorption medium can contain graphite.
  • Graphite is an inexpensive substance that is easy to handle and has a high degree of absorption of radiation, in particular visible light as well as heat and infrared radiation.
  • the carrier medium can possibly at least partially evaporate in the ambient air.
  • the proportion of the carrier medium in the absorption medium on the surface of the workpiece can be advantageously reduced after the application of the absorption medium.
  • the influence of the carrier medium on the radiation absorption can be reduced and the Positioning and maintaining the positioning of the absorption medium on the surface of the workpiece can be improved.
  • the carrier medium can contain at least one hydrocarbon.
  • figure 1 shows a manufacturing device according to the invention with an irradiation station, which is designed in the form of an infrared oven 1, and a coating station 2, by means of which an absorbent can be applied to metallic workpieces 5.
  • an irradiation station which is designed in the form of an infrared oven 1
  • a coating station 2 by means of which an absorbent can be applied to metallic workpieces 5.
  • other ovens can be used instead of an infrared oven.
  • the metallic workpieces are thin, flat sheets made of a precipitation-hardenable aluminum alloy.
  • the manufacturing device has a cleaning station 3 by means of which an absorbent can be removed from metallic workpieces.
  • the production device also has a feed station 4, in which individual workpieces are removed from a first stack 6 and fed to the production device, and a stacking station 7, in which the individual workpieces are stacked on a second stack 8 after passing through the production device.
  • conveyors between and/or in the individual stations which are designed in the form of conveyor rollers 9 and transport the individual workpieces 5 from one station to the next and through the stations.
  • the workpieces could be conveyed from one station to the next using grippers, such as robotic grippers, or manually.
  • the conveyor rollers 9 can be designed as disk rollers. Especially when the side of the workpiece 5 which comes into contact with the rollers is also coated with an absorbent 10, disk rollers are suitable for maintaining the positioning of the absorbent as much as possible during transport.
  • the workpieces 5 are free of a surface coating for influencing the degree of absorption.
  • the locally applied absorbent 10 is locally limited on the workpieces 5. Where no absorbent 10 is applied to the surface of the workpiece 5, are Areas 11 of the workpiece free of the absorbent 10.
  • the figure 2 shows an alternative embodiment of a manufacturing device according to the invention, in which the cleaning station 3 is followed by an oiling station 12, by means of which the workpieces are subjected to an oil film after the absorbent 10 has been removed in order to prepare them for the subsequent forming processes.
  • the workpieces 5 are not stacked on a second stack after cleaning and oiling, but are conveyed directly into a press 13 in which the subsequent forming takes place.
  • the coating station 2 shown schematically has a nozzle 14 by means of which the absorbent 10 is sprayed locally onto the workpiece 5 .
  • the absorbent 10 is stored in a reservoir 15 and conducted to the nozzle 14 by means of a line 16 .
  • the cleaning station has two pairs of opposing scraper rollers 17 between which the workpiece 5 runs after being exposed to the radiation, so that the absorbent 5 is scraped off the workpiece 5 by contact with the scraper rollers 17 and is thus removed therefrom.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a cleaning station 3.
  • the metallic workpiece 5 is placed on a base 18.
  • the surface of the workpiece 5 is locally coated with an absorbent 10.
  • FIG. The cleaning station 3 has a cleaning nozzle 19 to which a cleaning agent 21 is fed from a cleaning agent reservoir 22 by means of a cleaning line 20 .
  • the cleaning agent 21 can be sprayed under pressure onto the workpiece 5 through the cleaning nozzle 19 so that jet cleaning of the surface of the workpiece 5 occurs.
  • the method according to the invention is particularly suitable for metallic materials in which the mechanical properties change as a result of heating. This is particularly the case with precipitation-hardenable aluminum alloys, which are formed, for example, with the alloying elements copper and magnesium.
  • the metallic material can be, for example, one of the aluminum alloys EN AW-5882, EN AW-6016 and EN AW-7021 or another alloy with a similar composition.
  • the workpiece is fed to a coating station in which the absorbent is applied specifically to those areas whose deformability is to be increased.
  • the workpiece pretreated in this way in the coating station is then exposed to radiation, which is partially absorbed on the surfaces of the pretreated workpiece.
  • This radiation can be, for example, thermal radiation or infrared radiation, with the irradiation station being an oven that is already known in practice, such as an infrared oven as in the first exemplary embodiment.
  • the temperatures reached at least in certain areas in the workpiece are favorably about 250°C to 500°C.
  • the temperature prevailing in the furnace is typically in the order of around 1000 °C.
  • the absorbent Due to the increased degree of absorption of the absorbent, it absorbs a larger proportion of the radiation impinging on the surface than the untreated surface of the workpiece. As a result, the absorbent heats up locally more than the other workpiece surfaces and reaches a higher temperature more quickly. Since the absorbent is in planar contact with the underlying surface of the workpiece, the rapid heating of the absorbent leads to a likewise more rapid increase in temperature of the underlying surface section of the workpiece that is in contact with the absorbent. This results in the desired effect that the areas of the workpiece that are coated with the absorbent reach a higher temperature faster than those areas of the workpiece that are not covered with the step, given the same radiation power.
  • Two-phase mixtures of a liquid carrier medium and a pulverulent absorption medium are particularly suitable as absorbents.
  • the primary task of the carrier medium can be to be flowable and conveyable, so that the absorbent can be applied evenly and comprehensively to the targeted locations of the workpiece in the coating station.
  • the absorbent should have the highest possible degree of absorption and should adhere well to the surface of the workpiece.
  • Graphite with a grain size of less than 10 ⁇ m, for example, is suitable as an absorption medium. Due to its black surface in particular, graphite has a high degree of absorption for visible light, heat and infrared radiation. Due to the grain size described, it can be applied in thin layers and at the same time cover the entire surface and adheres well to aluminum surfaces. In alternative embodiments, other black powders or materials with high absorptivity can also be used. These should be temperature-resistant so that they change little or not at all when they are applied to the workpiece and/or when they are exposed to the radiation, in particular they do not change their physical state as far as possible and hardly react chemically.
  • Liquid hydrocarbons or alcohols for example, which form a suspension with the absorbent, are suitable as the carrier medium, with the carrier medium being able to be applied to the workpiece in a flowable manner and the powdery absorbent suspended therein distributed on the surface.
  • the carrier medium can be selected in such a way that it evaporates quickly and as completely as possible in ambient air at ambient temperature, so that only the absorption medium remains on the surface of the workpiece after evaporation. This can prevent the absorption medium from continuing to flow on the surface of the workpiece, so that only the desired areas of the workpiece remain coated with the absorbent and are accordingly heated more than the other areas of the workpiece.
  • the carrier medium like the absorbent, should be temperature-resistant.
  • the absorbent is removed from the workpiece in a cleaning station.
  • this can be done by means of scraper rollers which come into contact with the workpiece so that the absorbent is scraped off the surface of the workpiece.
  • two pairs of opposing stripper rollers 17 are embodied, with the workpiece being guided through in each case between the two stripper rollers forming a pair and simultaneously coming into contact with the two stripper rollers.
  • FIG. 3 shown embodiment of a cleaning station is based on a different principle of action.
  • a cleaning agent 21 consisting of liquid and/or gaseous components is sprayed under pressure onto the surface of the workpiece 5 therein. As a result, the absorbent is dissolved and removed from the surface of the workpiece 5 .
  • figure 2 and 3 The principles shown schematically for removing the absorbent can also be combined or carried out one after the other in order to achieve a good cleaning result.
  • the figure 4 shows an alternative configuration of a coating station 2.
  • the workpiece 5 is guided in a direction of movement 27 between two rolling bodies 25, on the surface of which the absorbent is located in certain areas and which roll over the workpiece 5 in the direction of rotation 26.
  • the workpiece 5 is a metal sheet with two opposite plane-parallel surfaces with each of which a rolling body 25 is in contact.
  • the absorbent 10 adheres to the workpiece 5 and is thereby transferred from the rolling bodies 25 to the workpiece 5.
  • the operating principle of this arrangement is similar to the roll printing process known from printing technology. Instead of two opposing rolling bodies 25, a single rolling body can also be designed with a rigid counterhold, or only one rolling body can be provided with the absorbent so that it is only applied to one side of the workpiece. Instead of sheet metal, this process can also be used for differently shaped workpieces with more than two surfaces.
  • the figure 5 shows two graphs for measuring the temperature profile in the surface of an aluminum sheet in a radiant furnace, where it can be clearly seen that those surface areas which are coated with an absorbent reach a higher temperature much faster than those surface areas which are not coated with an abrasive agent . Both surfaces are exposed to the same radiation power. From the diagram it can be seen that with the same radiation duration of 12 seconds, the surfaces with an absorbent reach a final temperature of 300 °C, three times as high as those surfaces without absorbent, which only reach 100 °C. Similarly, it can be seen that the end temperature of 100 °C of the areas without absorbent is reached after 6 seconds, while the areas with an absorbent reach this temperature already after 2 seconds and thus only in a third of the time.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines metallischen Werkstücks, sowie eine zugehörige Vorrichtung und eine entsprechende Verwendung eines Gemisches zum Auftragen auf ein metallisches Werkstück.
  • Aus der Praxis sind Verfahren gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt, bei denen ein metallisches Werkstück, beispielsweise ein Aluminiumblech, in einem Ofen vollständig durch die von der Oberfläche des Werkstückes absorbierte Strahlung erwärmt wird, wobei die plastische Verformbarkeit des Werkstückes erhöht wird. Dabei ist der Anteil der von der Werkstückoberfläche absorbierten Strahlung vom Absorptionsgrad des Materials des Werkstückes abhängig. Es wird außerdem das Werkstück gleichmäßig erwärmt. Bei Aluminiumlegierungen, insbesondere solchen, die die Legierungselemente Kupfer und Magnesium enthalten, findet bei erhöhten Temperaturen eine Gefügeveränderung statt, die die Löslichkeit der Legierungselemente im Kristallgitter des Aluminiums erhöht, wobei es zu einer Erhöhung der Verformbarkeit des Werkstückes kommt.
  • Vor allem, wenn in einem dem Erwärmen folgenden Umformprozess nur bestimmte Bereiche des Werkstückes umgeformt werden sollen, kann es von Vorteil sein, bestimmte Bereiche des Werkstückes bevorzugt zu erwärmen, sodass ein günstigeres Verhältnis zwischen Aufwärmzeit, Strahlungsleistung und erreichbarer Temperatur erreicht wird. Der Kontakt der Oberfläche des Werkstückes mit einem zu diesem Zweck verwendeten Heizelement kann zu nachteiligen Einflüssen auf dessen Oberfläche, wie beispielsweise eine Verschlechterung des ästhetischen Erscheinungsbildes führen.
  • Die EP 0996760 B1 schlägt ein Verfahren zu Verbesserung der Verformbarkeit von Aluminiumblechen vor, in der eine zu biegende Zone eines Bleches erhitzt wird. Die Beheizung erfolgt mittels einer Induktionsheizspule, deren äußere Form und Größe an die zu beheizenden Bereiche des Bleches angepasst ist. Als Alternativen für eine Induktionsspule werden Tauchbäder, Laserheizungen oder Kontaktbeheizung mit einer beheizten Platte genannt, ohne jedoch eine detaillierte Anleitung für eine der alternativen Beheizungen anzugeben. Diese vorgeschlagenen Heizungen müssen an die jeweilige Werkstückgeometrie und die jeweils zu beheizenden Regionen des Werkstückes einzeln angepasst werden. Die vom Werkstück aufgenommene zur Erwärmung führende Energie ist wesentlich vom zu erwärmenden Material abhängig.
  • Die EP 0 992300 B1 offenbart ein Umformverfahren für ausscheidungsgehärtete Aluminiumlegierungen, wobei bestimmte Regionen eines umzuformenden Aluminiumbleches gezielt erwärmt werden, um deren Umformbarkeit zu erhöhen und ein Werkstoffversagen während des Umformens zu verhindern. Spezifische Maßnahmen um die Temperaturveränderung in Regionen des Aluminiumblechs zu erzeugen oder zu beeinflussen, werden dabei nicht diskutiert.
  • Die US 8 211 251 B2 offenbart, ein Verfahren zur Fertigstellung einer Ausfällungshärtung eines entsprechenden Abschnittes eines Aluminiumpanels. Ein Beispiel eines Aluminiumpanels ist das Dach eines Autos. Eine Oberfläche wird dort in Bereichen mittels Infrarotstrahlung erhitzt. Zur Verbesserung des Aufheizens kann die Oberfläche mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein, welche die Energieaufnahme der Oberfläche erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein der eingangs genannten Gattung entsprechendes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass bestimmte Regionen eines metallischen Werkstückes gezielt stärker und schneller erwärmt werden können als andere, wobei bei gleicher Strahlungsleistung eine schnellere und stärkere Erwärmung erzielt werden soll, während die Oberfläche des Werkstückes möglichst gering beeinflusst werden soll. Weiterhin soll eine zugehörige Vorrichtung vorgeschlagen werden.
  • Zur Lösung des vorgenannten Problems wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Aufgrund des höheren Absorptionsgrades des Absorptionsmittels wird von dem Absorptionsmittel ein größerer Teil der auftreffenden Strahlungsenergie absorbiert als von der Oberfläche des Werkstückes auf der sich kein Absorptionsmittel befindet. Dadurch erwärmt sich das Absorptionsmittel schneller. Das sich vergleichsweise stark erwärmende Absorptionsmittel leitet die absorbierte Wärmeenergie an die darunterliegende, vom Absorptionsmittel bedeckte Oberfläche des Werkstückes weiter, sodass sich die von dem Absorptionsmittel bedeckten Bereiche des Werkstückes bedeutend schneller erwärmen als jene Bereiche des Werkstückes, welche nicht von einem Absorptionsmittel bedeckt sind. Dadurch kann bei gleicher Dauer der Bestrahlung und gleicher Bestrahlungsleistung eine höhere Temperatur in Bereichen des Werkstückes erreicht werden. Entsprechend kann bei gleicher Bestrahlungsleistung eine vorgegebene Endtemperatur innerhalb kürzerer Zeit erreicht werden. Bei gleicher Endtemperatur und gleicher Strahlungsleistung ist eine kürzere Zeit notwendig.
  • Durch die gezielte, stärkere Erwärmung einzelne Bereiche des Werkstückes kann dieses flexibel an nachfolgende Verfahrensschritte, vor allem zur Umformung des Werkstücks, angepasst werden, sodass bei einer Abhängigkeit der Verformbarkeit des Werkstückes von der vorherigen Erwärmungstemperatur unterschiedliche Bereiche des Werkstückes unterschiedliche Verformbarkeiten aufweisen.
  • Günstigerweise kann das Absorptionsmittel während dem Beaufschlagen des Werkstückes mit der Strahlung an dem Ort seiner Aufbringung auf dem Werkstück haften. Dadurch wird eine genaue Positionierung des Absorptionsmittels und eine daraus folgende genaue Definition der vergleichsweise stärker erwärmten Regionen des Werkstückes ermöglicht. Die stärker zu erwärmenden Regionen können gut gegen die anderen Regionen abgegrenzt werden. Das Absorptionsmittel kann relativ konstant in seiner ursprünglichen Position, auch während Erschütterungen oder Bewegungen des Werkstückes, gehalten werden.
  • Insbesondere kann das Absorptionsmittel auf wenigstens zwei Seiten des metallischen Werkstückes aufgebracht werden. Dadurch kann die Strahlungsabsorption des Werkstückes weiter verbessert werden, um eine schnelle und starke Erwärmung des Werkstückes sicherzustellen. Es können so an wenigstens zwei Seiten des Werkstückes gezielt Bereiche des Werkstückes stärker erwärmt werden.
  • Gemäß einer Variante kann das Absorptionsmittel graue und/oder schwarze Bestandteile aufweisen. Dadurch kann das Absorptionsmittel einen hohen Absorptionsgrad insbesondere für sichtbares Licht sowie Wärme- und Infrarotstrahlung haben, wodurch eine gute Absorption eines großen Teiles der zum Erwärmen verwendeten Strahlung gewährleistet wird.
  • Möglicherweise kann das Absorptionsmittel Graphit aufweisen. Graphit stellt einen günstigen und einfach zu handhabenden Stoff dar, welcher insbesondere aufgrund seiner Farbe einen guten Absorptionsgrad, vor allem für sichtbares Licht und Infrarotstrahlung, aufweist.
  • In einer Ausführungsform kann das Absorptionsmittel nach dessen Aufbringen auf das Werkstück wenigstens teilweise verdampfen, insbesondere vor dem Beaufschlagen mit der Strahlung. Dadurch wird eine Aufgabenteilung zwischen den verdampfenden Komponenten des Absorptionsmittels und denjenigen Komponenten, die nach dem Verdampfen auf dem Werkstück verbleiben, ermöglicht. Beispielsweise kann die verdampfende Komponente die Fließ- oder Förderbarkeit das Absorptionsmittels verbessern, während die verbleibenden, das heißt nichtverdampfenden Komponenten zum Beispiel gut an dem Werkstoff haften bzw. einen günstigen Absorptionsgrad aufweisen können.
  • Denkbar kann das Absorptionsmittel wenigstens ein flüssiges Trägermedium und/oder wenigstens ein festes, insbesondere pulverförmiges, Absorptionsmedium aufweisen. Dadurch lassen sich die unterschiedlichen Anforderungen an das Absorptionsmittel, wie Förderbarkeit, Fließfähigkeit, Auftragbarkeit, Absorptionsgrad und Adhäsion günstig aufteilen. Beispielsweise kann das Trägermedium besonders gut auftragbar und förderbar sein, während das Absorptionsmedium einen guten Absorptionsgrad aufweisen und besonders gut an dem Werkstück haften kann.
  • In besonderer Weise kann das Absorptionsmedium auf das Werkstück aufgesprüht werden, insbesondere mittels einer Düse. Dadurch kann das Absorptionsmedium gleichmäßig und vergleichsweise flächendeckend auf das Werkstück aufgebracht werden. Eine Düse stellt dabei eine günstige und einfach umsetzbare Ausgestaltung zum Aufsprühen eines Absorptionsmittels dar.
  • Gemäß einer Variante kann das Absorptionsmittel mittels wenigstens einem Abrollkörper auf das Werkstück aufgebracht werden. Dadurch kann das Absorptionsmittel gezielt auf die zu beschichtenden Bereiche des Werkstückes aufgebracht werden.
  • In einer Weiterbildung kann nach dem Beauftragen des Werkstückes mit der Strahlung ein Reinigungsmittel, welches insbesondere flüssige und/oder gasförmige Komponenten enthält, auf das Werkstück aufgebracht werden, wobei das Absorptionsmittel zumindest teilweise von dem Werkstück entfernt wird. Nach der Entfernung des Absorptionsmittels kann das Werkstück für weitere Fertigungsschritte vorbereitet oder verwendet werden, wobei das vom Werkstück entfernte Absorptionsmittel keinen oder nur geringen Einfluss auf diese folgenden Fertigungsschritte hat. Durch die Verwendung des Reinigungsmittels kann ein großer Anteil des Absorptionsmittels entfernt werden. Insbesondere in flüssigen oder gasförmigen Komponenten kann ein Teil des Absorptionsmittels lösbar sein um es günstig von der Oberfläche des Werkstücks abtransportieren zu können.
  • In besonderer Weise kann das Reinigungsmittel unter Druck auf das Werkstück aufgesprüht werden, wobei das Werkstück insbesondere strahlgereinigt werden kann. Durch den Druck kann das Reinigungsmittel zusätzliche Kräfte auf die Werkstückoberfläche und das darauf befindliche Absorptionsmittel ausüben, um das Absorptionsmittel besser von der Werkstückoberfläche zu lösen und zu einem großen Teil zu entfernen. Das Prinzip der Strahlreinigung stellt dabei eine besonders günstige technische Umsetzung zur Entfernung des Absorptionsmittels von der Oberfläche des Werkstückes dar.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann das Absorptionsmittel nach der Beaufschlagung des Werkstückes mit der Strahlung zumindest teilweise mittels wenigstens eines Abstreifkörpers, insbesondere wenigstens einer Abstreifrolle, von dem Werkstück abgestreift werden. Durch das mechanische Abstreifen des Absorptionsmittels kann es zu einem großen Teil entfernt werden und bleibt dabei weitestgehend rein, sodass eine Wiederverwendung denkbar ist. Die Verwendung von Abstreifrollen erlaubt eine geringe Reibung zwischen den Oberflächen des Werkstückes um während des Abstreifens die Oberfläche des Werkstückes möglichst gering zu beeinflussen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruches 12.
  • Durch das Vorsehen einer Bestrahlungsstation im Fertigungsablauf kann durch das Beaufschlagungen eines metallischen Werkstückes mit einer Strahlung die Verformbarkeit des Werkstücks erhöht werden. Dadurch kann das Erhöhen der plastischen Verformbarkeit infolge der lokalen Erwärmung des Werkstückes hinsichtlich benötigter Strahlungsleistung, Bestrahlungszeit und erreichbarer Temperatur verbessert werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Beschichtungsstation wenigstens eine Düse aufweisen, welche geeignet ist, das Absorptionsmittel auf ein metallisches Werkstück zu sprühen. Dadurch kann das Absorptionsmittel gleichmäßig und flächendeckend auf das Werkstück aufgebracht werden.
  • Günstigerweise kann die Beschichtungsstation wenigstens einen Abrollkörper aufweisen, an dem beispielsweise das Absorptionsmittel haftet, und welcher geeignet sein kann, das Absorptionsmittel auf ein metallisches Werkstück aufzutragen. Dadurch kann das Absorptionsmittel örtlich genau und in der gewünschten Schichtdicke auf dem Werkstück positioniert werden.
  • Gemäß einer weiteren Variante kann eine Reinigungsstation vorgesehen sein, welche der Bestrahlungsstation im Fertigungsablauf nachgeschaltet und geeignet ist, ein Absorptionsmittel von einem metallischen Werkstück wenigstens teilweise zu entfernen. Dadurch kann das Absorptionsmittel von dem metallischen Werkstück entfernt werden, um das Werkstück etwa auf nachfolgende Fertigungsschritte vorzubereiten.
  • Einer weiteren Fortbildung gemäß kann die Reinigungsstation wenigstens einen Abstreifkörper, insbesondere wenigstens eine Abstreifrolle, aufweisen. Mittels des Abstreifkörpers kann das Absorptionsmittel günstig von der Oberfläche des metallischen Werkstückes abgestreift werden, um das metallische Werkstück zu reinigen und das Absorptionsmittel nach dem Bestrahlen möglicherweise wieder aufzufangen. Eine Abstreifrolle kann insbesondere über das Werkstück abrollen und so die auftretende Reibung und Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften des Werkstückes gering halten.
  • Es ist weiterhin denkbar, dass die Reinigungsstation eine Reinigungsdüse aufweisen kann, welche geeignet ist, ein Reinigungsmittel unter Druck auf das metallische Werkstück aufzusprühen und das metallische Werkstück insbesondere zu strahlreinigen. Dadurch kann das Absorptionsmittel vergleichsweise einfach und zuverlässig zu einem großen Teil von dem metallischen Werkstück entfernt werden. Insbesondere bei dreidimensionalen und komplexen Formen von Werkstücken erlaubt eine Reinigungsdüse ein gründliches Entfernen des Absorptionsmittels.
  • Das verwendete Gemisch kann als Absorptionsmittel wirken und einen höheren Anteil einer aufgebrachten Strahlung absorbieren als die Oberfläche des metallischen Werkstückes, wodurch sich das Gemisch stärker erwärmt als die umgebende unbedeckte Oberfläche des Werkstückes und die absorbierte Energie in Form von Wärme wenigstens lokal an das Werkstück abgibt. Dies erlaubt, gezielt bestimmte Regionen des metallischen Werkstückes zu erwärmen beziehungsweise gezielt stärker zu erwärmen als andere Regionen des metallischen Werkstückes. Es kann durch die verstärkte Absorption bei gleicher Bestrahlungsdauer und Strahlungsleistung wenigstens lokal eine höhere Endtemperatur des Werkstückes erreicht werden. Bei gleicher Endtemperatur und gleicher Strahlungsleistung ist dementsprechend eine kürzere Bestrahlungsdauer notwendig; analog ist bei gleicher Zieltemperatur und Bestrahlungsdauer eine geringere Bestrahlungsleistung notwendig. Durch die Verwendung eines insbesondere Festen oder pulverartigen Absorptionsmittels und eines flüssigen Trägermediums kann das Gemisch gut an seine Aufgabe und verbundene Teilaufgaben angepasst werden. So kann beispielsweise das Trägermedium besonders günstig auftragbar und förderbar sein, während das Absorptionsmedium beispielsweise einen besonders hohen Absorptionsgrad oder vorteilhafte adhäsive Eigenschaften mit dem Werkstück aufweisen kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann das Absorptionsmedium graue und/oder schwarze Bestandteile aufweisen. Dadurch kann der Absorptionsgrad des Absorptionsmittels, insbesondere für sichtbares Licht sowie Wärme- und Infrarotstrahlung vorteilhaft besonders hoch sein.
  • In einer alternativen Ausführung kann das Absorptionsmedium Graphit aufweisen. Graphit stellt dabei einen günstig zu handhabenden und preiswerten Stoff dar, der einen hohen Absorptionsgrad für Strahlung, insbesondere sichtbares Licht sowie Wärme- und Infrarotstrahlung aufweist.
  • Möglicherweise kann das Trägermedium an Umgebungsluft wenigstens teilweise verdampfen. Dadurch kann der Anteil des Trägermediums an dem Absorptionsmittel auf der Oberfläche des Werkstückes nach dem Aufbringen des Absorptionsmediums günstig verringert werden. Vor allem bei einer funktionalen Trennung zwischen den Komponenten des Absorptionsmittels, bei dem der Absorptionsgrad vor allem durch ein festes oder pulverförmiges Absorptionsmedium bestimmt wird und das Trägermedium vor allem zu einem günstigen Auftragen beiträgt, kann somit der Einfluss des Trägermediums auf die Strahlungsabsorption verringert werden und die Positionierung und Beibehaltung der Positionierung des Absorptionsmediums auf der Oberfläche des Werkstückes verbessert werden.
  • Einer weiteren Fortbildung gemäß kann das Trägermedium wenigstens einen Kohlenwasserstoff enthalten. Dadurch kann eine gute Auftragbarkeit und Förderbarkeit des Absorptionsmediums gewährleistet sein oder beispielsweise ein günstiges Verdampfen des Trägermediums erreicht werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Reinigungsstation mit einer Reinigungsdüse,
    Figur 4
    eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Beschichtungsstation,
    Figur 5
    ein Diagramm, in dem der Verlauf der Temperaturerhöhung über der Bestrahlungszeit für Oberflächen eines metallischen Werkstückes, auf die ein Absorptionsmittel aufgebracht wurde, im Vergleich zu Oberflächen des gleichen metallischen Werkstückes, auf die kein Absorptionsmittel aufgebracht wurde, gezeigt ist.
  • Für identische oder sich entsprechende Merkmale der Erfindung werden in den verschiedenen Figuren identische Bezugszeichen verwendet.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung mit einer Bestrahlungsstation, welche in Form eines Infrarotofens 1 ausgeführt ist, und einer Beschichtungsstation 2, mittels derer ein Absorptionsmittel auf metallische Werkstücke 5 aufgebracht werden kann. Anstelle eines Infrarotofens können jedoch auch andere Öfen verwendet werden.
  • Im gezeigten Anwendungsbeispiel sind die metallischen Werkstücke dünne, flächige Bleche aus einer ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierung. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung anders geformter Werkstücke, wie zum Beispiel runde oder polygonale Profile oder massivere Werkstücke. Weiterhin verfügt die Fertigungsvorrichtung über eine Reinigungsstation 3 mittels derer ein Absorptionsmittel von metallischen Werkstücken entfernt werden kann. Die Fertigungsvorrichtung verfügt außerdem über eine Zuführungsstation 4, in der einzelne Werkstücke einem ersten Stapel 6 entnommen und der Fertigungsvorrichtung zugeführt werden, und eine Abstapelstation 7, in der die einzelnen Werkstücke nach dem Durchlaufen der Fertigungsvorrichtung auf einen zweiten Stapel 8 abgestapelt werden.
  • Zwischen und/oder in den einzelnen Stationen befinden sich Fördermittel, welche in Form von Förderrollen 9 ausgeführt sind und die einzelnen Werkstücke 5 von einer Station zur nächsten und durch die Stationen hindurch befördern. Die Förderung der Werkstücke von einer Station zur nächsten könnte alternativ auch mit Greifern, wie beispielsweise Robotergreifen, oder manuell ausgeführt sein. Die Förderrollen 9 können als Scheibenrollen ausgeführt sein. Vor allem wenn auch die Seite des Werkstückes 5, welche mit den Rollen in Kontakt kommt, mit einem Absorptionsmittel 10 beschichtet ist, eigenen sich Scheibenrollen, um die Positionierung des Absorptionsmittels während der Beförderung möglichst aufrecht zu erhalten.
  • Die Werkstücke 5 sind vor dem Durchlaufen der Beschichtungsstation 2, frei von einer Oberflächenbeschichtung zur Beeinflussung des Absorptionsgrades. Nach dem Durchlaufen der Beschichtungsstation 2, während dem Durchlaufen des Infrarotofens 1 und vor dem Durchlaufen der Reinigungsstation 3 befindet sich das lokal aufgetragene Absorptionsmittel 10 örtlich begrenzt auf den Werkstücken 5. Dort, wo kein Absorptionsmittel 10 auf die Oberfläche des Werkstückes 5 aufgetragen ist, sind Bereiche 11 des Werkstückes frei von dem Absorptionsmittel 10.
  • Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung, in der der Reinigungsstation 3 eine Beölungsstation 12 nachgeschaltet ist, mittels der die Werkstücke, nach dem Entfernen des Absorptionsmittels 10 mit einem Ölfilm beaufschlagt werden um sie auf die nachfolgende Umformprozesse vorzubereiten. Zu diesem Zweck werden die Werkstücke 5 nach dem Reinigen und Öl nicht auf eine zweiten Stapel abgestapelt, sondern direkt in eine Presse 13 befördert, in der die nachfolgende Umformung stattfindet.
  • Die schematisch dargestellte Beschichtungsstation 2 weist eine Düse 14 auf, mittels derer das Absorptionsmittel 10 lokal auf das Werkstück 5 aufgesprüht wird. Das Absorptionsmittel 10 wird in einem Reservoir 15 gelagert und mittels einer Leitung 16 zu der Düse 14 geleitet. Die Reinigungsstation weist zwei Paare sich gegenüberliegende Abstreifrollen 17 auf, zwischen denen das Werkstück 5 nach dem Beaufschlagen mit der Strahlung hindurch läuft, sodass das Absorptionsmittel 5 durch den Kontakt mit den Abstreifrollen 17 vom Werkstück 5 abgestreift und somit davon entfernt wird.
  • Vor, innerhalb und hinter dem Infrarotofen 1 sind mehrere drehbare Scheibenrollen 24, je auf einer Achse, angeordnet, welche die Beförderung des Werkstückes von dem Förderband 23 in den Ofen, innerhalb des Ofens, und in die Reinigungsstation 3 begünstigen.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung einer Reinigungsstation 3. Nach dem Durchlaufen eines Ofens 1, lagert das metallische Werkstück 5 auf einer Unterlage 18. Die Oberfläche des Werkstückes 5 ist lokal mit einem Absorptionsmittel 10 beschichtet. Die Reinigungsstation 3 verfügt über eine Reinigungsdüse 19, zu der mittels einer Reinigungsleitung 20 ein Reinigungsmittel 21 aus einem Reinigungsmittelreservoir 22 geleitet wird. Das Reinigungsmittel 21 kann durch die Reinigungsdüse 19 unter Druck auf das Werkstück 5 aufgesprüht werden, sodass es zu einer Strahlreinigung der Oberfläche des Werkstückes 5 kommt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vor allem für metallische Werkstoffe, bei denen infolge einer Erwärmung eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften eintritt. Dies ist insbesondere bei auscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen der Fall, welche zum Beispiel mit den Legierungselementen Kupfer und Magnesium gebildet werden. Der metallische Werkstoff kann beispielsweise eine der Aluminiumlegierungen EN AW-5882, EN AW-6016 und EN AW-7021 oder eine andere Legierung mit einer ähnlichen Zusammensetzungen sein.
  • In Abhängigkeit von der nachfolgenden Weiterbehandlung, zum Beispiel Biegen oder Pressen, wird ausgewählt, welche Bereiche der Werkstücke einer spezifischen Erhöhung der Umformbarkeit infolge einer örtlichen Erwärmung bedürfen. Das Werkstück wird so einer Beschichtungsstation zugeführt, in der das Absorptionsmittel gezielt auf jene Bereiche, deren Verformbarkeit erhöht werden soll, aufgebracht wird.
  • Das so in der Beschichtungsstation vorbehandelte Werkstück wird dann einer Strahlung ausgesetzt, welche zum Teil an den Oberflächen des vorbehandelten Werkstückes absorbiert wird. Diese Strahlung kann beispielsweise eine Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung sein, wobei die Bestrahlungsstation ein aus der Praxis bereits bekannter Ofen, etwa ein Infrarotofen wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, sein kann. Die zumindest bereichsweise im Werkstück erreichten Temperaturen betragen günstigerweise etwa 250 °C bis 500 °C. Die im Ofen herrschende Temperatur bewegt sich typischerweise in einer Größenordnung von etwa 1000 °C.
  • Durch den erhöhten Absorptionsgrad des Absorptionsmittels absorbiert es einen größeren Anteil der auf die Oberfläche auftreffenden Strahlung als die unbehandelte Oberfläche des Werkstückes. Infolgedessen erhitzt sich das Absorptionsmittel örtlich stärker als die anderen Werkstückoberflächen und erreicht schneller eine höhere Temperatur. Da das Absorptionsmittel in flächigem Kontakt mit der darunterliegenden Oberfläche des Werkstückes steht, führt die schnelle Erwärmung des Absorptionsmittels zu einer ebenfalls schneller erfolgenden Temperaturerhöhung des darunterliegenden und sich in Kontakt mit dem Absorptionsmittel befindenden Oberflächenabschnittes des Werkstückes. Es folgt daraus der gewünschte Effekt, dass die mit dem Absorptionsmittel beschichteten Bereiche des Werkstückes bei gleicher Strahlungsleistung schneller eine höhere Temperatur erreichen als jene Bereiche des Werkstückes, die nicht mit dem Absatz bedeckt sind.
  • Als Absorptionsmittel eignen sich insbesondere Zweiphasengemische aus einem flüssigen Trägermedium und einem pulverförmigen Absorptionsmedium. Dabei kann das Trägermedium vor allem die Aufgabe haben, fließfähig und förderbar zu sein, sodass sich das Absorptionsmittel in der Beschichtungsstation gleichmäßig flächendeckend auf die gezielten Orte des Werkstückes auftragen lassen. Das Absorptionsmittel soll andererseits einen möglichst hohen Absorptionsgrad aufweisen und gut an der Oberfläche des Werkstückes haften bleiben.
  • Als Absorptionsmedium eignet sich beispielsweise Graphit mit einer Korngröße unter 10 µm. Graphit weist insbesondere aufgrund seiner schwarzen Oberfläche einen hohen Absorptionsgrad für sichtbares Licht, Wärme- und Infrarotstrahlung auf, aufgrund der beschriebenen Korngröße kann es dünnschichtig und gleichzeitig flächendeckend aufgebracht werden und haftet gut an Aluminiumoberflächen. In alternativen Ausführungsformen können auch andere schwarze Pulver oder Stoffe mit hohem Absorptionsgrad verwendet werden. Diese sollten temperaturbeständig sein, sodass sie sich beim Auftragen auf das Werkstück und/oder beim Beaufschlagen mit der Strahlung wenig oder gar nicht verändern, insbesondere ihren Aggregatzustand möglichst nicht verändern und kaum chemisch reagieren.
  • Als Trägermedium eignen sich beispielsweise flüssige Kohlenwasserstoffe oder Alkohole, welche mit dem Absorptionsmittel eine Suspension bildet, wobei das Trägermedium fließfähig auf das Werkstück aufgebracht werden kann und dabei das darin schwebende, pulverförmige Absorptionsmittel auf der Oberfläche verteilt. Das Trägermedium kann so gewählt sein, dass es bei Umgebungstemperatur an Umgebungsluft rasch und möglichst vollständig verdampft, sodass nach dem Verdampfen lediglich das Absorptionsmedium auf der Oberfläche des Werkstückes verbleibt. Dadurch kann insbesondere ein Weiterfließen des Absorptionsmediums auf der Oberfläche des Werkstückes vermieden werden, sodass ausschließlich die gewünschten Bereiche des Werkstückes mit dem Absorptionsmittel beschichtet bleiben und dementsprechend stärker erwärmt werden als die anderen Bereiche des Werkstückes. Das Trägermedium sollte dabei ebenso wie das Absorptionsmittel temperaturbeständig sein. Beim Verdampfen soll sichergestellt sein, dass es zu möglichst keiner Verbrennungsreaktion des Trägermediums mit der Umgebungsluft oder einem umgebenden Gas kommt. Bestandteile des Trägermediums, die während der Strahlungsbeaufschlagung auf dem Werkstück verbleiben, sollen bei der erhöhten Temperatur im Ofen insbesondere chemisch stabil bleiben.
  • Nach dem Erwärmen des Werkstückes in der Bestrahlungsstation wird in den gezeigten Ausführungsformen das Absorptionsmittel in einer Reinigungsstation von dem Werkstück entfernt. Wie in Figur 2 gezeigt, kann dies mittels Abstreifrollen geschehen, welche in Kontakt mit dem Werkstück treten, sodass das Absorptionsmittel von der Oberfläche des Werkstückes abgestreift wird. In Figur 2 sind zwei Paare sich gegenüberliegender Abstreifrollen 17 ausgeführt, wobei das Werkstück jeweils zwischen den beiden, ein Paar bildenden, Abstreifrollen hindurch geführt wird und gleichzeitig mit den beiden Abstreifrollen in Kontakt kommt.
  • Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform einer Reinigungsstation basiert auf einem anderen Wirkprinzip. Darin wird ein Reinigungsmittel 21 aus flüssigen und/oder gasförmigen Bestanteilen unter Druck auf die Oberfläche des Werkstückes 5 gesprüht. Dadurch wird das Absorptionsmittel von der Oberfläche des Werkstückes 5 gelöst und entfernt.
  • In alternativen Ausführungsformen können die in Figur 2 und 3 schematisch gezeigten Prinzipien zur Entfernung des Absorptionsmittels auch kombiniert oder nacheinander ausgeführt werden, um ein gutes Reinigungsergebnis zu erzielen.
  • Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Beschichtungsstation 2. Das Werkstück 5 wird dabei in einer Bewegungsrichtung 27 zwischen zwei Abrollkörpern 25 hindurchgeführt, an deren Oberfläche sich bereichsweise das Absorptionsmittel befindet und welche dabei in Drehrichtung 26 über das Werkstück 5 abrollen. Das Werkstück 5 ist dabei ein Blech mit zwei gegenüberliegenden planparallelen Oberflächen mit denen jeweils ein Abrollkörper 25 in Kontakt ist.
  • Durch den flächigen Kontakt zwischen den Abrollkörpern 25 und dem Werkstück 5 haftet das Absorptionsmittel 10 an dem Werkstück 5 und wird dabei von den Abrollkörpern 25 an das Werkstück 5 übertragen. Das Wirkprinzip dieser Anordnung ähnelt aus der Drucktechnik bekannten Rollendruckverfahren. Anstelle zweier gegenüberliegender Abrollkörper 25, kann auch ein einzelner Abrollkörper mit einem starren Gegenhalt ausgeführt sein oder es kann nur ein Abrollkörper mit dem Absorptionsmittel versehen kann, sodass es nur auf eine Seite des Werkstückes aufgetragen wird. Anstelle eines Bleches lässt sich dieses Verfahren auch für anders geformte Werkstücke mit mehr als zwei Oberflächen anwenden.
  • Die Figur 5 zeigt zwei Graphen zur Messung des Temperaturverlaufes in der Oberfläche eines Aluminiumbleches in einem Strahlungsofen, wobei klar ersichtlich ist, dass diejenigen Oberflächenbereiche, welche mit einem Absorptionsmittel überzogen sind, wesentlich schneller eine höhere Temperatur erreichen als jene Oberflächenbereiche, welche nicht mit einem Abnutzungsmittel, beschichtet sind. Beide Oberflächen werden mit derselben Strahlungsleistung beaufschlagt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass bei gleicher Strahlungsdauer von 12 Sekunden die Oberflächen mit einem Absorptionsmittel eine dreimal so hohe Endtemperatur von 300 °C erreichen wie jene Oberflächen ohne Absorptionsmittel, die lediglich 100 °C erreichen. In ähnlicher Weise zeigt sich, dass die Endtemperatur von 100 °C der Bereiche ohne Absorptionsmittel nach 6 Sekunden erreicht wird, während die Bereiche mit einem Absorptionsmittel diese Temperatur bereits nach 2 Sekunden und somit lediglich in einem Drittel der Zeit erreichen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum lokalen Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines metallischen Werkstückes (5), welches eine Aluminiumlegierung aufweist, wobei das Werkstück (5) während des Durchlaufens eines Ofens (1) mit einer Strahlung beaufschlagt wird um die Temperatur des Werkstücks (5) zu erhöhen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
    - vor dem Beaufschlagen des Werkstückes (5) mit der Strahlung wird ein Absorptionsmittel (10) lokal auf das Werkstück (5) aufgebracht,
    wobei der Absorptionsgrad des Absorptionsmittels (10) für die Strahlung größer ist als der Absorptionsgrad des Werkstückes (5) für die Strahlung,
    wobei aufgrund des höheren Absorptionsgrades des Absoptionsmittels von dem Absorptionsmittel ein größerer Teil der auftreffenden Strahlungsenergie absorbiert wird, als von der Oberfläche des Werkstückes (5), auf der sich kein Absorbtionsmittel befindet, so dass die plastische Verformbarkeit lokal an Stellen wo das Absorptionsmittel aufgetragen ist, erhöht wird,
    - das Werkstück den Ofen (1) durchläuft, so dass bei gleicher Bestrahlungsdauer und gleicher Bestrahlungsleistung an den mit dem Absorptionsmittel (10) bedeckten Stellen des Werkstücks (5) eine höhere Temperatur erreicht wird als an den Stellen des Werkstücks, die nicht mit dem Absorptionsmittel (10) bedeckt sind.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) während dem Beaufschlagen des Werkstückes mit der Strahlung an dem Ort seiner Aufbringung auf dem Werkstück (5) haftet.
  3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel graue und/oder schwarze Bestandteile aufweist, und/oder wobei das Absorptionsmittel Graphit aufweist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) pulverförmig ist.
  5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) auf das Werkstück mittels einer Düse (14) aufgesprüht wird.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) mittels wenigstens eines Abrollkörpers (25) auf das Werkstück (5) aufgebracht wird, und wobei das Werkstück zwischen wenigstens einem Paar gegenüberliegender Abstreifkörper hindurchgeführt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) nach der Beaufschlagung des Werkstückes (5) mit der Strahlung zumindest teilweise mittels wenigstens einer Abstreifrolle (17), von dem Werkstück (5) abgestreift wird, und wobei nach dem Beaufschlagen des Werkstückes mit der Strahlung ein Reinigungsmittel (21), welches insbesondere flüssige und/oder gasförmige Komponenten enthält, auf das Werkstück (5) aufgebracht wird, wobei das Absorptionsmittel (10) zumindest teilweise von dem Werkstück (5) entfernt wird, und dass das Reinigungsmittel (21) unter Druck auf das Werkstück (5) aufgesprüht wird, wobei das Werkstück strahlgereinigt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der Stellen des Werkstücks, auf die das Absorptionsmittel (10) aufgebracht ist, nach der Bestrahlung verformt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsmittel (10) mindestens ein flüssiges Trägermedium enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsmittel auf mindestens zwei Seiten des metallischen Werkstücks (5) aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsmittel (10) auf einen ersten Bereich des Werkstücks (5) vor der Bestrahlung aufgebracht wird und das Absorptionsmittel nicht auf einen zweiten Bereich des Werkstücks aufgebracht wird.
  12. Fertigungsvorrichtung zum lokalen Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines metallischen Werkstückes (5) die zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche konfiguriert ist,
    wobei die Fertigungsvorrichtung eine Bestrahlungsstation (1) in Form eines Ofens (1) aufweist, der konfiguriert ist dass das Werkstück diesen durchläuft, und der konfiguriert ist, dass bei gleicher Bestrahlungsdauer und gleicher Bestrahlungsleistung an den mit dem Absorptionsmittel (10) bedeckten Stellen des Werkstücks (5) eine höhere Temperatur erreicht wird als an den Stellen des Werkstücks, die nicht mit dem Absorptionsmittel (10) bedeckt sind, , und
    wobei die Fertigungsvorrichtung eine der Bestrahlungsstation im Fertigungsablauf vorgeschaltete Beschichtungsstation (2) aufweist, welche konfiguriert ist lokal das Absorptionsmittel (10) auf das Werkstück (5) aufzubringen,
    wobei der Absorptionsgrad des Absorptionsmittels (10) für die Strahlung größer ist als der Absorptionsgrad des Werkstückes (5) für die Strahlung, wobei aufgrund des höheren Absorptionsgrades des Absoptionsmittels von dem Absorptionsmittel ein größerer Teil der auftreffenden Strahlungsenergie absorbiert wird, als von der Oberfläche des Werkstückes (5), auf der sich kein Absorbtionsmittel befindet, so dass die plastische Verformbarkeit lokal an Stellen wo das Absorptionsmittel aufgetragen ist, erhöht wird.
  13. Fertigungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstation (2) wenigstens eine Düse (14) aufweist, welche geeignet ist, das Absorptionsmittel (10) auf ein metallisches Werkstück (5) zu sprühen.
  14. Fertigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstation (2) wenigstens einen Abrollkörper (25) aufweist, an dem das das Absorptionsmittel (10) haftet und welcher geeignet ist, das Absorptionsmittel (10) auf ein metallisches Werkstück (5) aufzutragen.
  15. Fertigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Reinigungsstation (3), welche der Bestrahlungsstation (1) im Fertigungsablauf nachgeschaltet und geeignet ist, ein Absorptionsmittel (5) von einem metallischen Werkstück (5) wenigstens teilweise zu entfernen.
  16. Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstation (3) wenigstens einen Abstreifkörper aufweist, wobei der wenigstens eine Abstreifkörper wenigstens eine Abstreifrolle (17) aufweist.
  17. Fertigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstation (3) eine Reinigungsdüse (19) aufweist, welche geeignet ist, ein Reinigungsmittel (21) unter Druck auf das metallische Werkstück (5) aufzusprühen und das metallische Werkstück (5) zu strahlreinigen.
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