WO2001010579A1 - Verfahren und anordnung zum ausbeulen von blechteilen - Google Patents

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WO2001010579A1
WO2001010579A1 PCT/EP2000/007493 EP0007493W WO0110579A1 WO 2001010579 A1 WO2001010579 A1 WO 2001010579A1 EP 0007493 W EP0007493 W EP 0007493W WO 0110579 A1 WO0110579 A1 WO 0110579A1
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heating
sheet metal
bulge
temperature
metal part
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PCT/EP2000/007493
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Frank Weckenmann
Rainer Gaus
Kai K. O. BÄR
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Advanced Photonics Technologies Ag
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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
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/06—Removing local distortions
    • Y—GENERAL 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S72/00—Metal deforming
    • Y10S72/705—Vehicle body or frame straightener

Definitions

  • the invention relates to a method for bulging sheet metal parts, in particular painted parts of a vehicle body, and to an arrangement for carrying out this method.
  • This hail damage usually takes the form of small bumps ("dents").
  • Their shape and dimensions often allow them to be pushed out manually - but somewhat larger dents where the sheet has plastically deformed cannot be pushed out.
  • Various devices have been proposed for removing such larger bumps, which operate, for example, on the basis of negative pressure or on a magnetic basis and are intended to enable the original shape of the sheet metal part in question to be restored without complex dismantling work.
  • the use of these devices requires partially great experience and thus the use of appropriately highly paid specialists, and nevertheless often does not achieve the desired success. In many cases, additional complex painting work is therefore essential.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and an arrangement for denting sheet metal parts, which are characterized in particular by low production and operating costs and high utility value.
  • the object is achieved in terms of its method aspect by a method with the features of claim 1 and in terms of its device aspect by an arrangement with the features of claim 11.
  • the invention includes the essential idea of entering thermal energy in a narrowly limited area of the same - namely the area of the dent or dent - in order to eliminate smaller bumps or dents in the sheet metal part, and the resulting mechanical stress gradient causes the sheet to spring back into the initial state to reach.
  • the inventors have surprisingly found that this effect can be achieved even when heated to comparatively low temperatures, which are significantly below critical temperatures at which conventional surface coatings of sheet metal parts (in particular the paint layer of a motor vehicle body part) experience thermal damage. This enables a very broad application of the proposed method, especially for the repair of minor body damage in motor vehicles, such as the hail damage mentioned above.
  • the local heating is carried out by directional irradiation with an essential radiation component in the near infrared range, in particular in the wavelength range between 800 nm and 2 ⁇ m.
  • the method can be produced in a particularly simple and cost-effective manner and also without special Experience to handle device realizable.
  • a suitable adjustment of the radiation wavelength to the material characteristics of the sheet and any coating, in particular, enables energy to be introduced essentially directly into the sheet, while largely protecting the coating.
  • the sheet metal part to be dented can be locally heated by inductive means or also by a directed hot air flow.
  • the heating takes place in a targeted and limited manner, in particular essentially in the form of a point in the middle region and / or in the form of a ring in the edge region of the dent or dent to be removed.
  • the voltage gradient causing the springing back into the initial shape is built up in a targeted manner.
  • local heating is limited in particular to a final temperature at which irreversible changes in the coating (such as a layer of paint) cannot yet occur.
  • the current shape of the sheet metal part is detected during local heating and the heating process in response to the detection of a return to the initial shape completed.
  • the temperature limitation mentioned can be achieved by suitable design of the heating device, so that a temperature measurement can be dispensed with if necessary.
  • a process implementation under temperature detection and control is somewhat more complex, but this enables the use of a corresponding device even for very different sheets and coatings.
  • a further simplification in the implementation of the method results from an embodiment in which the location of the local heating is marked with a visible light beam and the heating device is aligned with the corresponding light spot on the sheet metal part.
  • An arrangement for carrying out the method explained above comprises, in particular, a heating device which operates essentially without contact and which expediently has an adjustable heat input range. It is therefore optimally adaptable for bumps of different sizes and sheets of different thickness.
  • the heating device works in the near infrared range (NIR) and has a predetermined directional characteristic for the emitted radiation.
  • NIR near infrared range
  • Such a heating device preferably comprises an approximately punctiform halogen lamp which is operated at a surface temperature of 2500K or more, in particular of 2900K or more.
  • the NIR radiant heater has a variable directional characteristic, which is realized in particular by an aperture or panels and / or mechanical adjustment means - in particular for adjusting the position or shape of a reflector.
  • the arrangement in particular comprises a temperature measuring device for detecting the surface temperature of the sheet metal part in the heating region, which is expediently connected to a control input of the heating device, so that depending on the result of the temperature measurement, a temperature control (at least as a temperature limitation) ) is performed.
  • a temperature control at least as a temperature limitation
  • the temperature measuring device works contactlessly and has a radiation pyrometer in particular.
  • a target device for aligning the heating device on the area of a bulge.
  • This target device specifically comprises a radiator for visible light which is firmly connected to the heating device and which is self-focusing or assigned to the focusing means in order to produce a narrowly delimited marking light spot on the sheet metal part. This enables the operator to precisely position the heating device with respect to the dent.
  • an optical measurement device for detecting the current shape of the sheet metal part is preferably provided, which is designed, for example, as a laser triangulation device.
  • this device in particular outputs a "ready" signal as soon as a jump back of the bulge into the initial state of the sheet metal part is detected.
  • This signal can be used directly to switch off the heating device and / or be visually displayed to the operator.
  • a single light source as a light source for the targeting and measuring device is particularly expedient, and the use of a laser radiation source, for example an inexpensive laser diode device, is particularly advantageous here.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a bulge hood as the core of an arrangement for bulging sheet metal parts according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the essential components of a dent arrangement according to an embodiment of the invention in the form of a functional block diagram.
  • a dent hood 1 which serves to dent a small dent B in a vehicle body panel 3 provided with a surface coating 3a.
  • the outer shape of the bulge hood 1 is determined by a metallic or at least on the inside metallized reflector 5 in the form of an ellipsoid of revolution cut off in one end region with the two focal points F1 and F2.
  • the reflector 5 At its edge, the reflector 5 has a circumferential rubber ring 7 with which it can be placed gently on the body panel 3.
  • the reflector 5 has a recess 5a for observing the area of the bulge B in the body panel 3 when the bulge hood 1 is attached.
  • a plastic handle 9 is attached to the reflector for easy and safe handling of the bulge hood 1 even during its operation.
  • the bulge hood is connected via a power cable 11 to the AC voltage network and via a data line 13 to a measuring and control device (not shown here).
  • a plastic carrier 15 screwed to the reflector 5 is provided, which receives a transformer (not shown) and runs out into a lamp socket 15a towards the focal point F1 and has two brackets 15b, 15c for additional components described below.
  • a halogen lamp 17 for example a Xe or Kr lamp, which is operated in such a way that it has a surface temperature of approximately 2900K and thus an essential radiation component in the near infrared (NIR) range between 800 nm and 2 ⁇ m Has.
  • the halogen lamp 17 is located at the focal point F1, so that the NIR radiation emitted by it is largely reflected by the rotationally ellipsoidal reflector 5 into the focal point F2 and thus into the center of the bulge B in the body panel 3.
  • the arm 15b of the plastic carrier 15 carries, on the one hand, a laser diode 19 provided with simple imaging optics, which is positioned such that its radiation is directed onto the focal point F2.
  • the arm 15b carries a radiation pyrometer element 21, likewise directed at the focal point F2, for detecting the surface temperature of the body panel 3 in the region of the bulge B.
  • the arm 15c carries a photodetector arrangement 23 which is designed in this way (for example as a simple CCD array) and is positioned so that it receives the radiation from the laser diode 19 reflected by the body panel 3 in different ways depending on the condition of the body panel in the region of the bulge B.
  • the photodetector arrangement 23 can in particular be designed in such a way that the reflected radiation from the laser diode 19 only reaches it when the body sheet is undisturbed (shown in dashed lines in the figure), or that the radiation reflected from the area of the bulge B reaches it at another Position reached as the radiation reflected by the undisturbed (bulged) sheet.
  • the photodetector arrangement 23 thus serves as a simple laser triangulation device for measuring the surface shape of the body panel 3 in the region of the bulge 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 of the NIR radiation from the halogen lamp 17 and enables an operator to position the bulge hood 1 accordingly by observing the light spot generated by the laser diode 19 on the body panel 3 by the operator Recess 5a of the reflector 5.
  • the dent hood 1 is handled in such a way that it is placed over the bulge B on the body panel 3, then the laser diode 19 is switched on and its light spot is calculated by moving the hood to the center of the bulge B and finally by actuating a mains switch (not shown) the halogen lamp 17 is turned on to warm the area of the bump B.
  • the temperature is detected via the radiation pyrometer element and the shape of the body panel 3 in the region of the bulge B is detected by the photodetector arrangement 23 and the halogen lamp 17 is switched off when the bulge has jumped back into the original shape of the body panel or a predetermined permissible one Limit temperature is reached.
  • the size and shape of the heating zone in the body panel can be adapted by tilting or slightly lifting the bulge hood;
  • refined (and correspondingly more complex) designs contain, for example, height adjustment means and / or an adjustable diaphragm for masking out part of the radiation from the halogen lamp at the radiation site.
  • FIG. 2 schematically shows the measurement and control structure of a dent arrangement 100 in the form of a functional block diagram.
  • the bulge arrangement 100 is connected to the AC network, and a power supply unit 101 provides the operating voltage from the mains voltage the operating voltage required and stabilizes the halogen lamp 17.
  • This operating voltage is supplied to the cooling lamp 17 from the power supply unit 101 via a switching and power control stage 103 which has two control inputs 103a, 103b.
  • the laser diode 19 is also supplied via the power supply unit 101 - via a rectifier stage 105 and a separate switch 107.
  • the power supply unit 101 supplies a temperature measuring stage 109 connected on the input side to the radiation pyrometer element 21, the output of which is connected on the one hand to the control input 103b of the switching and power control stage 103 and on the other hand to a display unit 111.
  • a surface geometry evaluation unit 113 connected on the input side to the photodetector arrangement 23 is also supplied by the power supply unit 101.
  • the surface geometry evaluation unit is connected to the control input 103a of the switching and power control stage 103 and also to the display unit 111.
  • the function of the bulge arrangement 100 already results essentially from the above explanations for the invention. It is therefore only summarized that the radiation pyrometer element 21, the temperature measuring stage 109 and the switching and power control stage 103 with the halogen lamp 17 connected to it, via the radiation pyrometer element 21 (FIG. 1) detecting the temperature control at least in the sense a limitation of the surface temperature to a permissible maximum value, at which the lacquer surface 3 is certainly not damaged. This is done by reducing the radiant power when approaching the permissible maximum temperature or temporarily switching off the halogen lamp 17.
  • the halogen lamp 17 is completely switched off via the photodetector arrangement 23 and the surface geometry evaluation unit 113 and the control inputs 103a of the switching and power control stage 103 as soon as the result of a Given signal processing in the surface geometry evaluation unit, it was determined that there was a significant change in the sheet geometry in the area of the bulge in the sense of a return to the undisturbed initial shape.
  • the operator is informed via the display unit 111 about the actual surface temperature and — for example by a signal lamp — about the achievement of the original sheet metal shape, that is to say the success of the bulging process.
  • the reflector geometry of the mechanical-optical part of the bulge arrangement can be varied as well as the internal structure, with particular ones of the functional components mentioned above being omitted in the interest of further simplifying and reducing the cost of the arrangement - thus (with appropriate dimensioning of the radiation source) the means for temperature measurement or the means for detecting the surface geometry of the body panel.
  • the means for temperature measurement or the means for detecting the surface geometry of the body panel instead of the laser diode used to mark the area to be bulged, another light source with suitable focusing means can be provided to generate a clearly delimited light spot on the sheet metal surface.

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Abstract

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.

Description

Verfahren und Anordnung zum Ausbeulen von Blechteilen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbeulen von Blechteilen, insbesondere von lackierten Teilen einer Fahrzeugkarosserie, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Ver- fahrens.
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 verbun- den.
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 erfor- dert 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 11 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 Oberflä- chenbeschichtungen 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 we- sentlichen 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 spe- zielle 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 be- seitigenden 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 Hagel- schaden 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 entspre- chenden 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 Verfah- rens 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 - insbeson- dere zur Verstellung der Position bzw. Form eines Reflektors - realisiert wird.
Entsprechend den oben erläuterten bevorzugten Fortbildungen des allgemeinen Verfahrensgedankens umfaßt die Anordnung ins- besondere 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 selbstfo- kussierend ist oder dem Fokussierungsmittel zugeordnet sind, um auf dem Blechteil einen eng begrenzten Markierungs-Licht- fleck 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 Funktions- Blockschaltbildes.
In Fig. 1 ist skizzenartig eine Ausbeulhaube 1 dargestellt, die zum Ausbeulen einer kleinen Beule B in einem mit einer Oberf lächenlackierung 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 Fl und F2. Der Reflektor 5 weist an seinem Rand einen umlau- fenden 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 Fl hin in eine Lampenfassung 15a ausläuft sowie zwei Ausleger 15b, 15c für zu- sätzliche, 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 Fl, 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 posi- tioniert 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 Karosse- rieblechs 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 ein- gangsseitig 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 Fotodetek- tor-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 verbun- den.
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 Oberflä- chentemperatur 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 Aus- Schaltung 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 vor- gegebenen 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, infor- miert .
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 auszu- beulenden 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 II 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
III Anzeigeeinheit
113 Oberflächengeometrie-Auswertungseinheit
Fl, F2 Brennpunkt B Beule

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ausbeulen von Blechteilen, insbesondere von lackierten Teilen einer Fahrzeugkarosserie, d adu rc h ge ke n n z e i c hnet , daß 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die lokale Erwärmung durch gerichtete Bestrahlung mit einem wesentlichen Strahlungsanteil im nahen Infra- rotbereich, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 800 mn und 2 μm ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die lokale Erwärmung als Induktionserwärmung ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die lokale Erwärmung mittels eines gerichteten Heißluftstromes ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurc h ge ke n n z e ic hnet , daß die lokale Erwärmung im wesentlichen punktförmig im Mittenbereich und/oder ringförmig im Randbereich der Beule ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adu rc h ge ke nn z e ic hnet , 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.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adu rc h ge ke n n z e i c hne t , daß die lokale Erwärmung, insbesondere bei einem lackierten Karosserieblechteil, auf eine Endtemperatur im Bereich zwischen 100° Celsius und 200° Celsius ausgefhrt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurc h gekenn z e ic h net , 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.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e ke n n z e i c h ne t , daß während der lokalen Erwärmung die Temperatur am Erwärmungsort gemessen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adu rc h ge ke nn z e i c h ne t , daß der Bereich einer Beule (B) als Ort der lokalen Erwärmung mit einem sichtbaren Lichtstrahl markiert wird.
11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Heizeinrichtung (5, 17, 101, 103), insbesondere mit einstellbarem Wärmeeintragsbereich und/oder einstell- barer Heizleistung, zur im wesentlichen berührungslosen lokalen Erwärmung des Blechteiles (3).
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizeinrichtung (5, 17, 101, 103) als NIR-Strah- lungsheizung mit vorbestimmter Richtcharakteristik ausgebildet ist, die insbesondere eine annähernd punktför- mige Halogenlampe (17) aufweist, welche bei einer Ober- flächentemperatur von 2500K oder mehr betrieben wird.
13. Anordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die NIR-Strahlungsheizung eine, insbesondere durch mindestens eine Blende und/oder mechanische Verstellmittel, veränderliche Richtcharakteristik aufweist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11-13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h 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.
15. Anordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperaturmesseinrichtung berührungslos arbeitet und insbesondere ein Strahlungspyrometer (21) aufweist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11-15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Zieleinrichtung (19) zum Ausrichten der Heizeinrichtung (5, 17) auf den Bereich der Beule (B), wobei die Zieleinrichtung insbesondere einen mit der Heizein- richtung fest verbundenen Strahler für fokussiertes sichtbares Licht aufweist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11-16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine optische Vermessungseinrichtung (19, 23, 113) zur Erfassung der aktuellen Gestalt des Blechteiles (B) im Bereich der Beule (B).
18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurc h gekenn zeichnet , 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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