WO2017182629A1 - Verfahren zum erhöhen der plastischen verformbarkeit eines werkstückes mit einem absorptionsmittel - Google Patents

Verfahren zum erhöhen der plastischen verformbarkeit eines werkstückes mit einem absorptionsmittel Download PDF

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WO2017182629A1
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workpiece
absorbent
radiation
metallic
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Thomas Reininger
Andreas Stranz
Christian Juricek
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Cosma Engineering Europe Gmbh
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    • 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
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    • C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • 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 at least locally increasing the plastic deformability of a metallic workpiece, as well as an associated device and a corresponding use of a mixture for application to a metallic workpiece.
  • a metallic workpiece for example an aluminum sheet
  • a metallic workpiece is completely heated in an oven by the radiation absorbed by the surface of the workpiece, wherein the plastic deformability of the workpiece is increased.
  • the proportion of the radiation absorbed by the workpiece surface is dependent on the degree of absorption of the material of the workpiece. It also heats the workpiece evenly.
  • aluminum alloys especially those containing the alloying elements copper and magnesium
  • a structural change takes place at elevated temperatures, which increases the solubility of the alloying elements in the crystal lattice of the aluminum, which leads to an increase in the deformability of the workpiece.
  • EP 0996760 B1 proposes a method for improving the deformability 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 whose outer shape and size is adapted to the areas of the sheet to be heated.
  • induction heating coil whose outer shape and size is adapted to the areas of the sheet to be heated.
  • laser heaters or contact heating with a heated plate are called, but without giving detailed instructions for one of the alternative heaters.
  • These proposed heaters must be individually adapted to the respective workpiece geometry and each to be heated regions of the workpiece. The energy taken up by the workpiece for heating is essentially dependent on the material to be heated.
  • EP 0 992300 B1 discloses a forming method for precipitation-hardened aluminum alloys, wherein certain regions of an aluminum sheet to be formed are specifically heated 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 invention is based on the object to improve a method of the type mentioned in such a way that certain regions of a metallic workpiece can be heated more targeted and faster than others, with the same radiant power faster and stronger heating should be achieved while the Surface of the workpiece should be minimized. Furthermore, an associated device should be proposed.
  • the object of the invention is achieved by a method having the features of the first claim.
  • the absorbent may adhere to the workpiece at the location of its application during the application of the radiation to the workpiece. This results in a precise positioning of the absorbent and a consequent accurate definition of the allows comparatively more heated regions of the workpiece. The regions to be warmed more strongly can be clearly distinguished from the other regions.
  • the absorbent may be held relatively constant in its original position, even during jarring or movement 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 to ensure rapid and intense heating of the workpiece. It can be heated more strongly on at least two sides of the workpiece targeted areas of the workpiece.
  • the absorbent may have gray and / or black components.
  • the absorbent can have a high degree of absorption, in particular for visible light and thermal and infrared radiation, which ensures good absorption of a large part of the radiation used for heating.
  • the absorbent may possibly have graphite.
  • Graphite is a cheap and easy-to-use material, which has a good degree of absorption, especially for visible light and infrared radiation, in particular due to its color.
  • the absorbent may at least partially evaporate after it has been applied to the workpiece, in particular prior to exposure to the radiation. This allows a division of tasks between the vaporising components of the absorbent and those components remaining on the workpiece after evaporation.
  • the vaporizing component can improve the flowability or conveyability of the absorbent, while the remaining, that is, non-vaporizing components, for example, can adhere well to the material or have a favorable degree of absorption.
  • the absorbent may comprise at least one liquid carrier medium and / or at least one solid, in particular pulverulent, absorption medium.
  • the different requirements for the absorbent such as conveyability, flowability, applicability, degree of absorption and adhesion can be divided favorably.
  • 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 evenly and comparatively over the entire surface of the workpiece.
  • a nozzle is a convenient and easy to implement design for spraying 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 in particular contains liquid and / or gaseous components, can be applied to the workpiece, wherein the absorbent is at least partially removed from the workpiece.
  • the workpiece may be prepared or used for further manufacturing steps, with the absorbent removed from the workpiece having little or no effect on these subsequent manufacturing steps.
  • the cleaning agent By using the cleaning agent, a large portion of the absorbent can be removed.
  • a part of the absorbent may be releasable in order to be able to transport it away favorably from the surface of the workpiece.
  • the cleaning agent can be sprayed onto the workpiece under pressure, wherein the workpiece can in particular be blast cleaned.
  • the cleaning agent can exert additional forces on the workpiece surface and on the absorbent located thereon, in order to better detach and to a large extent remove the absorbent from the workpiece surface.
  • the principle of blast cleaning represents a particularly favorable technical implementation for the removal of the absorbent from the surface of the workpiece.
  • the absorption medium can be at least partially stripped off the workpiece by means of at least one stripper body, in particular at least one stripper roller.
  • the absorbent By mechanical stripping of the absorbent, it can be removed to a large extent and remains largely clean, so that reuse is conceivable.
  • the use of scraper rollers allows low friction between the surfaces of the workpiece to minimize the surface of the workpiece during stripping.
  • the object according to the invention is furthermore achieved by a device according to independent claim 12.
  • the deformability of the workpiece can be increased by exposing a metallic workpiece to radiation. Thereby, the increase of the plastic deformability due to the local heating of the workpiece in terms of required radiation power, irradiation time and achievable temperature can be improved.
  • the coating station may comprise at least one nozzle which is suitable for spraying the absorbent onto a metallic workpiece.
  • the absorbent can be uniformly and comprehensively applied to the workpiece.
  • the coating station may comprise at least one rolling body, to which, for example, the absorbent adheres, and which may be suitable for applying the absorbent to a metallic workpiece.
  • the absorbent can be positioned locally accurately and in the desired layer thickness on the workpiece.
  • a cleaning station may 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.
  • the cleaning station may have at least one stripping body, in particular at least one stripping roller.
  • the absorbent can be conveniently stripped from the surface of the metallic workpiece to clean the metallic workpiece and possibly recover the absorbent after irradiation.
  • a stripper roller can roll over the workpiece and thus minimize the friction occurring and influencing the surface properties of the workpiece.
  • the cleaning station may have a cleaning nozzle which is suitable for spraying a cleaning agent under pressure onto the metallic workpiece and in particular for blasting the metallic workpiece.
  • a cleaning nozzle allows thorough removal of the absorbent.
  • the mixture used can act as an absorbent and absorb a higher proportion of applied radiation than the surface of the metallic workpiece, thereby heating the mixture more than the surrounding uncovered surface of the workpiece and dissipating absorbed energy in the form of heat at least locally to the workpiece. This allows to specifically heat certain regions of the metallic workpiece or specifically to heat more strongly than other regions of the metallic workpiece. It can be achieved by the increased absorption at the same irradiation time and radiation power at least locally higher end temperature of the workpiece. With the same final temperature and the same radiation power, a shorter irradiation time is accordingly necessary; analogously, a lower irradiation power is necessary for the same target temperature and duration of irradiation.
  • 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, for example, have a particularly high degree of absorption or advantageous adhesive properties with the workpiece.
  • the absorption medium may have gray and / or black components.
  • the degree of absorption of the absorbent in particular for visible light as well as thermal and infrared radiation, can advantageously be particularly high.
  • the absorption medium may comprise graphite.
  • graphite represents a low-cost and inexpensive material that has a high degree of absorption for radiation, in particular visible light and thermal and infrared radiation.
  • the carrier medium may at least partially evaporate from ambient air.
  • the proportion of the carrier medium to the absorbent on the surface of the workpiece after the application of the absorption medium can be reduced favorably.
  • the degree of absorption is determined primarily by a solid or powdered absorption medium and the carrier medium mainly contributes to a favorable application, thus 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 to be improved.
  • the carrier medium may contain at least one hydrocarbon.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a production apparatus according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a production apparatus according to the invention
  • FIG. 3 a schematic representation of an embodiment of a cleaning station with a cleaning nozzle
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an alternative embodiment of a coating station
  • Figure 5 is a graph showing the progress of the temperature increase over the irradiation time for surfaces of a metallic workpiece to which an absorbent has been applied compared to surfaces of the same metallic workpiece to which no absorbent has been applied.
  • FIG. 1 shows a production apparatus 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, and a coating station 2, by means of which an absorbent can be applied to metallic workpieces 5.
  • an infrared oven instead of an infrared oven, however, other ovens can be used.
  • the metallic workpieces are thin, sheet-metal 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 manufacturing apparatus also has a feed station 4, in which individual workpieces are removed from a first stack 6 and fed to the production apparatus, and a stacking station 7, in which the individual workpieces are stacked on a second stack 8 after passing through the production apparatus.
  • conveying means which are designed in the form of conveyor rollers 9 and convey the individual workpieces 5 from one station to the next and through the stations.
  • the conveying of the workpieces from one station to the next could alternatively also be carried out with grippers, such as robotic grippers, or manually.
  • the conveyor rollers 9 may be designed as a disc rollers. In particular, even if the side of the workpiece 5, which comes into contact with the rollers, is coated with an absorbent 10, disc rollers are suitable for keeping the positioning of the absorbent during transport as upright as possible.
  • the workpieces 5, before passing through the coating station 2, are free of a surface coating for influencing the degree of absorption.
  • the locally applied absorbent 10 is localized on the workpieces 5. There, where no absorbent 10 is applied to the surface of the workpiece 5, are Areas 1 1 of the workpiece free of the absorbent 10.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention, in which the cleaning station 3 is followed by a Beolungsstation 12, by means of which the workpieces are subjected to after removal of the absorbent 10 with an oil film to prepare them for the subsequent forming processes.
  • the workpieces 5 are not stacked after cleaning and oil on a second stack, but transported directly into a press 13, in which the subsequent transformation takes place.
  • the schematically illustrated coating station 2 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 directed by a line 16 to the nozzle 14.
  • the cleaning tion station has two pairs of opposing stripper rollers 17, between which the workpiece 5 passes after being exposed to the radiation, so that the absorbent 5 is stripped by the contact with the stripper rollers 17 from the workpiece 5 and thus removed therefrom.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a cleaning station 3.
  • the metallic workpiece 5 rests on a base 18.
  • the surface of the workpiece 5 is locally coated with an absorbent 10.
  • the cleaning station 3 has a cleaning nozzle 19, to which by means of a cleaning line 20, a cleaning agent 21 is passed from a detergent reservoir 22.
  • the cleaning agent 21 can be sprayed by the cleaning nozzle 19 under pressure on the workpiece 5, so that there is a beam cleaning of the surface of the workpiece 5.
  • the inventive method is particularly suitable for metallic materials in which occurs due to heating, a change in the mechanical properties. This is the case in particular for precipitation-hardenable aluminum alloys, which are formed, for example, with the alloying elements copper and magnesium.
  • the metallic material may be, for example, one of the aluminum alloys EN AW-5882, EN AW-6016 and EN AW-7021 or another alloy having a similar composition.
  • the thus pretreated in the coating station workpiece is then exposed to radiation, which is partially absorbed on the surfaces of the pretreated workpiece.
  • This radiation may, for example, be thermal radiation or infrared radiation, wherein the irradiation station may be an oven already known from practice, such as an infrared oven as in the first exemplary embodiment.
  • the temperatures reached at least partially in the workpiece are suitably about 250 ° C to 500 ° C.
  • the in the oven The prevailing temperature typically is on the order of about 1000 ° C.
  • the absorbent Due to the increased absorptivity of the absorbent, it absorbs a greater proportion of the incident radiation on the surface than the untreated surface of the workpiece. As a result, the absorbent locally heats up more than the other workpiece surfaces and more quickly reaches a higher temperature. Since the absorbent is in face-to-face contact with the underlying surface of the workpiece, rapid heating of the absorbent results in a more rapid increase in temperature of the underlying surface portion of the workpiece in contact with the absorbent. It follows from the desired effect that the coated with the absorbent areas of the workpiece with the same radiant power faster reach a higher temperature than those areas of the workpiece that are not covered with the paragraph.
  • Suitable absorption agents are in particular two-phase mixtures of a liquid carrier medium and a powdered absorption medium.
  • the carrier medium may have the task of being flowable and conveyable, so that the absorbent in the coating station can be uniformly applied to the specific locations of the workpiece uniformly.
  • the absorbent should have the highest possible degree of absorption and should adhere well to the surface of the workpiece.
  • graphite having a particle size of less than 10 ⁇ m is suitable as the absorption medium.
  • Graphite has, in particular because of its black surface, a high degree of absorption for visible light, heat and infrared radiation, due to the described grain size, it can be applied in a thin layer and at the same time area-wide and adheres well to aluminum surfaces.
  • other black powders or high-absorbency fabrics may also be used. These should be temperature resistant, so that they little or no change when applied to the workpiece and / or when exposed to the radiation, especially not change their state of aggregation as possible and hardly react chemically.
  • Suitable carrier medium are, for example, liquid hydrocarbons or alcohols, which forms a suspension with the absorbent, wherein the carrier medium can be applied to the workpiece in a flowable manner and thereby distributes the powdery absorbent suspended therein onto the surface.
  • the carrier medium may be selected such that it evaporates rapidly and as completely as possible at ambient temperature to ambient air, so that after evaporation only the absorption medium remains on the surface of the workpiece. As a result, in particular a further flow of the absorption medium on the surface of the workpiece can be avoided, so that only the desired areas of the workpiece remain coated with the absorbent and accordingly heated more strongly than the other areas of the workpiece.
  • the carrier medium should be temperature-resistant as well as the absorbent.
  • the absorbent is removed from the workpiece in a cleaning station in the embodiments shown. As shown in Figure 2, this can be done by means of stripper rollers, which come into contact with the workpiece, so that the absorbent is stripped from the surface of the workpiece.
  • two pairs of opposing Abstreifrollen 17 are carried out, wherein the workpiece is guided in each case between the two, forming a pair of stripping and simultaneously comes into contact with the two stripping rollers.
  • FIG. 3 The embodiment of a cleaning station shown in FIG. 3 is based on another operating principle. Therein, a cleaning agent 21 of liquid and / or gaseous components is sprayed under pressure onto the surface of the workpiece 5. Thereby, the absorbent is released from the surface of the workpiece 5 and removed.
  • absorbency removal principles shown schematically in Figures 2 and 3 may also be combined or sequentially performed to achieve a good cleaning result.
  • the workpiece 5 is guided in a direction of movement 27 between two Abroll energien 25, on the surface of which the absorption medium is located and which roll in the direction of rotation 26 over the workpiece 5.
  • the workpiece 5 is a 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 from the AbrollMechn 25 to the Transfer workpiece 5.
  • the operating principle of this arrangement is similar to the printing technique known roller printing process. Instead of two opposing rolling body 25, a single rolling body can be designed with a rigid counter-stop or it can only provide a rolling body with the absorbent, so that it is applied to only one side of the workpiece. Instead of a sheet, this method can also be applied to differently shaped workpieces with more than two surfaces.
  • Figure 5 shows two graphs for measuring the temperature profile in the surface of an aluminum sheet in a radiant oven, it being understood that those surface areas coated with an absorbent reach a higher temperature much faster than those surface areas which do not have a wear agent , coated. Both surfaces are exposed to the same radiant power. It can be seen from the graph that with the same 12 second radiation duration, the surfaces with an absorbent reach three times the final temperature of 300 ° C as those surfaces without absorbents that reach only 100 ° C. Similarly, it is found that the final temperature of 100 ° C of the non-absorbent regions is reached after 6 seconds, while the absorbent regions reach that temperature after 2 seconds, and thus only in 1/3 of the time.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum wenigstens lokalen Erhöhen der plasti- schen Verformbarkeit eines metallischen Werkstückes (5), welches insbesondere eine Alumini- umlegierung aufweist, wobei das Werkstück (5) mit einer Strahlung beaufschlagt wird um des- sen Temperatur zu erhöhen, sowie eine zugehörige Fertigungsvorrichtung. Um bestimmte Re- gionen eines metallischen Werkstückes gezielt stärker und schneller erhitzt werden können als andere, wobei bei gleicher Strahlungsleistung eine schnellere und stärkere Aufheizung erzielt werden soll, während die Oberfläche des Werkstückes möglichst gering beeinflusst werden soll, wird vorgeschlagen, vor dem Beaufschlagen des Werkstückes (5) mit der Strahlung ein Absorp- tionsmittel (10) wenigstens lokal auf das Werkstück (5) aufzubringen, wobei der Absorptions- grad des Absorptionsmittels (10) für die Strahlung größer ist als der Absorptionsgrad des Werk- stückes (5) für die Strahlung.

Description

Verfahren zum Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines Werkstückes mit einem
Absorptionsmittel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum wenigstens 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 Umform verfahren 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.
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.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Anspruches gelöst.
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 nicht- verdampfenden 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.
Die eingangs genannte Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch die Verwendung eines Gemisches gemäß des unabhängigen Anspruches 17.
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 Verwen- dung 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 Oberflä- chenbeschichtung 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 1 1 des Werkstückes frei von dem Absorptionsmittel 10. Alternativ ist ebenfalls denkbar, die gesamte Oberfläche des Werkstückes mit einem Absorptionsmittel zu beschichten, um flächendeckend eine höhere Absorption von Strahlung und somit eine gleichmäßige, hohe Erwärmung zu erzielen.
Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung, in der der Reinigungsstation 3 eine Beolungsstation 12 nachgeschaltet ist, mittels der die Werkstücke, nach dem Entfernen des Absorptionsmittels 10 mit einem Ölfilm beaufschlagt werden um sie auf die nachfolgende Umform prozesse 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 Reini- gungsstation 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 Be- schichtungsstation 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 μηη. 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, so- dass 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

Ansprüche
1 . Verfahren zum wenigstens lokalen Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines metallischen Werkstückes (5), welches insbesondere eine Aluminiumlegierung aufweist, wobei das Werkstück (5) mit einer Strahlung beaufschlagt wird um dessen Temperatur zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beaufschlagen des Werkstückes (5) mit der Strahlung ein Absorptionsmittel (10) wenigstens lokal auf das Werkstück (5) aufgebracht wird, wobei der Absorptionsgrad des Absorptionsmittels (10) für die Strahlung größer ist als der Absorptionsgrad des Werkstückes (5) für die Strahlung.
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 (10) auf wenigstens zwei Seiten des metallischen Werkstückes (5) aufgebracht wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel graue und/oder schwarze Bestandteile aufweist.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel Graphit aufweist.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel nach dessen Aufbringen auf das Werkstück (5) wenigstens teilweise verdampft, insbesondere vor dem Beaufschlagen mit der Strahlung.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) wenigstens ein flüssiges Trägermedium und/oder wenigstens ein festes, insbesondere pulverförmiges, Absorptionsmedium aufweist.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) auf das Werkstück aufgesprüht wird, insbesondere mittels einer Düse
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmittel (10) mittels wenigstens eines Abrollkörpers (25) auf das Werkstück (5) aufgebracht wird.
10. 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 eines Abstreifkörpers, insbesondere wenigstens einer Abstreifrolle (17), von dem Werkstück (5) abgestreift wird.
1 1. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmittel (21 ) unter Druck auf das Werkstück (5) aufgesprüht wird, wobei das Werkstück insbesondere strahlgereinigt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück zwischen wenigstens einem Paar gegenüberliegender Abstreifkörper hindurchgeführt wird.
14. Fertigungsvorrichtung zum lokalen Erhöhen der plastischen Verformbarkeit eines metallischen Werkstückes (5), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Bestrahlungsstation (1 ), in welche im Fertigungsablauf ein metallisches Werkstück (5) einbringbar und zum Erwärmen mit einer Strahlung beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch eine der Bestrahlungsstation im Fertigungsablauf vorgeschaltete Beschichtungsstation (2), mit welchem zumindest lokal ein Absorptionsmittel (10) auf das metallische Werkstück (5) aufbringbar ist.
15. Fertigungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsstation (2) wenigstens eine Düse (14) aufweist, welche geeignet ist, das Absorptionsmittel (10) auf ein metallisches Werkstück (5) zu sprühen.
16. Fertigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 und 15, 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.
17. Fertigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, 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.
18. Fertigungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstation (3) wenigstens einen Abstreifkörper, insbesondere wenigstens eine Abstreifrolle (17), aufweist.
19. Fertigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 und 18, 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) insbesondere zu strahlreinigen.
20. Verwendung eines Gemisches, welches wenigstens ein flüssiges Trägermedium und ein strahlungsabsorbierendes, insbesondere festes und pulverartiges Absorptionsmedium aufweist, zum wenigstens lokalen Auftragen auf ein metallisches Werkstück (5) und erhöhten Übertragen einer absorbierten Strahlungsenergie in das metallische Werkstück (5).
21. Verwendung eines Gemisches gemäß Anspruch 20, wobei das Absorptionsmedium (10) graue und/oder schwarze Bestandteile aufweist.
22. Verwendung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 20 und 21 , wobei das Absorptionsmedium (10) Graphit aufweist.
23. Verwendung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Trägermedium wenigstens teilweise an Umgebungsluft verdampft.
24. Verwendung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das Trägermedium wenigstens einen Kohlenwasserstoff enthält.
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