DE102013222242A1

DE102013222242A1 - Anlage zur Herstellung von Bauteilen mit Warmumformung und Verfahren

Info

Publication number: DE102013222242A1
Application number: DE201310222242
Authority: DE
Inventors: Thomas Meichsner
Original assignee: Magna International Inc
Current assignee: Magna International Inc
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-04-30
Also published as: WO2015061912A1; CN105682818B; EP3062941A4; CA2926852A1; MX370391B; MX2016004830A; EP3062941A1; CN105682818A; US10549381B2; EP3062941B1; CA2926852C; US20160263699A1

Abstract

Es wird Anlage zur Herstellung von Bauteilen mit Warmumformung mindestens bestehend aus einer Laserschneideanlage für Herstellung der Kontur und/oder der Ausschnitte des Bauteils, einer Ablage, einem Ofen für das Erwärmen der zugeschnittenen Platte auf eine Verformtemperatur, sowie eine Presse mit einem Werkzeug, das für das Presshärten ausgelegt ist, vorgeschlagen, wobei der Presse eine Messstation nachgeschaltet ist, die die Daten an die Steuerung der Laserschneidanlage gibt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anlage zur Herstellung von Bauteilen mit Warmumformung mindestens bestehend aus einer Laserschneideanlage für Herstellung der Kontur und/oder der Ausschnitte des Bauteils, einer Ablage, einem Ofen für das Erwärmen der zugeschnittenen Platte auf eine Verformtemperatur, sowie eine Presse mit einem Werkzeug, das für das Presshärten ausgelegt ist.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betreiben der Anlage.
Stand der Technik
Die Warmumformung, auch Presshärten oder Formhärten genannt, ist ein relativ junges Fertigungsverfahren innerhalb des Automobilbaus. Warm umgeformte Bauteile bieten aufgrund ihrer Festigkeit einen sehr hohen Verformungs-widerstand im Crashfall. Daher werden vor allem solche Bauteile warm umgeformt, die sich im Crashfall nicht verformen sollen. Dazu zählen beispielsweise A- und B-Säule, Stoßfängerquerträger oder Seitenaufprallträger.
Bei der direkten Warmumformung wird das Bauteil bei einer höheren Temperatur austenitisiert, zur gekühlten Matrize transferiert und dann tiefgezogen. Auf diese Weise sind komplexe Geometrien formbar, weil das Material bei hohen Temperaturen über eine exzellente Formbarkeit verfügt.
Für die Warmumformung werden zumeist rechteckige Platten in einem Ofen erwärmt und einer Presse zugeführt. In der Presse erhält die Platte über das Presswerkzeug eine dreidimensionale Form und wird gegebenenfalls schon in der Presse beschnitten. Oft wird das Bauteil allerdings erst nachträglich einem Laserbeschneide-Verfahren zugeführt, da das Schneiden im Werkzeug selbst das Werkzeug stark beansprucht. Das bedeutet, dass das Bauteil aus der Presse entnommen und einer weiteren Verarbeitungsstation nämlich dem Laserschneiden zugeführt wird.
Weiterhin ist bekannt, die Platten für den Warmumformungsprozess bereits vor dem Einbringen in das Werkzeug in ihrer endgültigen Form zu beschneiden.
In der industriellen Fertigung werden dabei Materialen von Rollen oder von Stapeln verarbeitet und mit den unterschiedlichsten Schneide- und Verformwerkzeugen in strukturierte Bauteile gewandelt. Für die Bearbeitung werden Laserschneidanlagen eingesetzt um die gewünschten Formen und Ausschnitte zu erzeugen. Das Material wird dabei auf einer Werkstückauflage bearbeitet, die einen planen Untergrund für das Schneide- oder Verformwerkzeug darstellt.
Die DE 10 2004 034 256 B4 offenbart eine Vorrichtung zum Schneiden von Blech. Dabei wird ein Blechband mittels einer Fördervorrichtung in einer Transportrichtung transportiert. Die Fördervorrichtung weist zwei in Transportrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Transporteinrichtungen auf. Zwischen zwei einander gegenüber liegenden Enden der Transporteinrichtungen ist ein Durchbruch gebildet. Die einander gegenüberliegenden Enden der Transporteinrichtungen sind in oder gegen die Transportrichtung gleichsinnig bewegbar. Infolgedessen kann also der Durchbruch in oder auch entgegen der Transportrichtung verstellt werden. Oberhalb des Durchbruchs befindet sich eine Laserschneideinrichtung, deren Laserstrahl stets auf den Durchbruch gerichtet ist. Zur Herstellung eines beliebigen Schnitts in einem auf der Fördervorrichtung transportierten Blechband kann die Laserschneideinrichtung sowohl in einer der Transportrichtung entsprechenden X-Richtung als auch senkrecht dazu in einer Y-Richtung bewegt werden. Dabei wird der Durchbruch stets mitlaufend mit dem Laserstrahl bewegt. Zur Herstellung mehrerer unterschiedlicher Konturschnitte können auch mit einem Abstand voneinander mehrere derartige Laserschneidvorrichtungen entlang der Fördervorrichtung angeordnet sein. – Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der WO 2010/085486 A1 bekannt.
Diese bekannten Laserschneideanlagen verarbeiten Platten in einer Taktrate von ca. zehn Platten pro Minute. Wenn man die Warmumformung effizient gestalten möchte, ist diese Taktrate zu gering. Daher ist der Einsatz von Laserschneidanlagen zur Vor-Konfektionierung von Platten für die Warmumformung nicht weit verbreitet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Anlage zur Warmumformung sowie ein Verfahren vorzuschlagen, das in der Lage ist die gesamten Prozess und die Anlage effizienter zu gestalten.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs. Insbesondere wird die Aufgabe mit einer Anlage zur Herstellung von Bauteilen mit Warmumformung mindestens bestehend aus einer Laserschneideanlage für Herstellung der Kontur und/oder der Ausschnitte des Bauteils, einer Ablage, einem Ofen für das Erwärmen der zugeschnittenen Platte auf eine Verformtemperatur, sowie eine Presse mit einem Werkzeug, das für das Presshärten ausgelegt ist, wobei der Presse eine Messstation nachgeschaltet ist, die die Daten an die Steuerung der Laserschneidanlage gibt.
Die Integration einer Messstation ermöglicht es, die aus dem Werkzeug entnommenen Bauteile zu 100 % zu vermessen und das Ergebnis als Korrekturgröße anzuwenden.
Das vorteilhafte Verfahren zum Betreiben einer Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Messstation über eine Einheit alle Vermessungs-Daten erfasst und mit den Sollvorgaben vergleicht.
Durch die Vermessung der Bauteile wird somit auf einfache Art und Weise die Abweichung von einem Sollzustand erfasst und als Regelgröße gespeichert.
Vorteilhafterweise übergibt die Einheit der Messstation die Abweichungen vom Sollmaß als Information an die Steuerung der Laserschneidanlage.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass die Steuerung der Laserschneidanlage den Beschnitt der Platten an die Messdaten aus der Einheit der Messstation anpasst, um Abweichungen vom Sollmaß zu minimieren.
Vorteilhafterweise wird durch die Verbindung der beiden Einheiten eine Rückkoppelschleife zwischen der Messstation und der Laserschneidanlage hergestellt.
Eine weitere vorteilhafte Lösung stellt es dar, wenn Parameter des Werkzeugs erfasst werden und zusätzlich zu den Messwerten der Messstation für die Rückkopplung an die Laserschneidanlage verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in der Zeichnung dargestellt und in der anschließenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigt 1 eine beispielhafte Anlage.
1 zeigt eine beispielhafte Maschine, wie sie auch für die Herstellung von Konturschnitten in einem Blechband verwendet wird. Dabei wird das Material, beispielsweise das Blechband über eine Spule 2 der Bearbeitung zugeführt. In einer Richtstation 3 wird das Material entweder gerichtet, oder eingeebnet oder eben geeignet für die weitere Bearbeitung vorbereitet. Über bekannte Förder- und Transporteinrichtungen wird das Blechband einer Bearbeitungsstation 4 zugeführt. Die Bearbeitungsstation 4 ist dabei oberhalb der Ebene der Bearbeitung angeordnet. Unterhalb der Ebene der Bearbeitung ist die Werkstückauflage 1 angebracht. Nach der Bearbeitung werden die Werkstücke, jetzt getrennt vorliegend, in einer Ablage 5 abgelegt. Die Bearbeitungsanlage 4 ist eine Schneideanlage, die berührungslos arbeitet, beispielsweise eine Laserschneideanlage oder eine Wasserstrahlschneide-Anlage oder eine Plasmaschneide-Anlage oder eine Erosionsschneide-Anlage.
Die Laserschneideanlage schneidet nicht nur rechteckige Stücke von dem Blechband ab, sondern strukturiert das Werkstück in seiner Kontur und stellt auch Ausschnitte und Ausnehmung einher. Die vorgefertigten Werkstücke liegen nach der Laserbearbeitungsstation 4 in einzelnen Platten 10 vor. Die Platten werden einer Ablagestation 5 als Stapel abgelegt. Die Ablagestation 5 kann dabei eine einfache Ablage sein, in der die Platten so eingebracht werden, dass sie auf einfache Art und Weise wieder entnehmbar sind. Hier gilt es vor allem zu verhindern, dass die Platten durch Adhäsion aufeinander haften.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Ablagestation 5 auch beheizt sein. Die Platten 10 aus der Ablagestation 5 werden in einen Ofen 11 eingebracht. Ein solcher Ofen ist als Durchlaufofen ausgelegt und erwärmt die Platten zwischen der Ablagestation 5 und der Presse 6 auf eine Temperatur, wie sie für das Warmumformen vorgesehen ist. Aus dem Ofen werden die Platten in das Werkzeug 12 der Presse 6 eingelegt. Der Umformungsprozess findet anschließend statt. Direkt aus dem Werkzeug 12 wird das tiefgezogene Bauteil in eine Messstation 7 übergeben. In der Messstation werden unterschiedliche Messpunkte, die in der Zeichnung schematisch als kleine Kreise dargestellt sind, über die gesamte Fläche des Bauteils ausgemessen. Stimmt das Ergebnis mit den Sollwerten, die in der Messstation hinterlegt sind über ein, wird das Bauteil akzeptiert und gelagert. Sollte eine Abweichung auftreten, wird das Bauteil ausgesondert. Die Abweichung des Bauteils von den Sollmaßen wird von einer Kontrolleinheit 8, die mit der Messstation 7 verbunden ist, erfasst. Die Kontrolleinheit 8 gibt die abweichenden Werte direkt an eine Steuerung 9 weiter, die mit der Laserschneideanlage 4 verbunden ist. Die Steuerung 9 analysiert die abweichenden Werte und stellt daraus Parameter her, die für die Ansteuerung des Lasers oder der Laser zum Schneiden des Bauteils dienen.
Mithilfe dieser Rückkopplungsschleife werden die Bauteile so geschnitten, dass sie nach ihrer Verformung in der Presse 6 den Sollmaßen entsprechen.
Der Rückkopplungsprozess erfordert bei erstmaligem Einstellen, dass in etwa 20 Platten als Ausschuss hergestellt werden, bis die Einstellung der Schneideanlage zu dem gewünschten Ergebnis führt. Während des laufenden Betriebs sind dann nur leichte Nachstellungen notwendig, wenn die Messstation anzeigt, dass eine Tendenz der Abweichung vom Sollmaß vorliegt.
Um das Regelverfahren zu optimieren ist vorgesehen, dass Parameter des Werkzeugs 12 ebenfalls verarbeitet werden. Hier sind besonders die Werkzeugtemperatur sowie eventuell auftretende Alterungseffekte des Werkzeugs wichtig.
Über die vorgestellte Rückkopplungsschleife wird der Ausschuss an Bauteilen minimiert. Dadurch haben das Verfahren und die nach dem Verfahren betriebene Anlage einen Vorteil, auch wenn die Taktzeiten, durch die Laserschneidanlage vorgegeben, nicht so hoch sind.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückauflage
2: Rolle
3: Richtstation
4: Bearbeitungsstation
5: Ablage
6: Presse
7: Messstation
8: Kontrolleinheit Messung
9: Kontrolleinheit Steuerung
10: Platte
11: Ofen
12: Werkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004034256 B4 [0008]
WO 2010/085486 A1 [0008]

Claims

Anlage zur Herstellung von Bauteilen mit Warmumformung mindestens bestehend aus einer Laserschneideanlage (4) für Herstellung der Kontur und/oder der Ausschnitte des Bauteils, einer Ablage (5), einem Ofen (10) für das Erwärmen der zugeschnittenen Platte auf eine Verformtemperatur, sowie eine Presse (6) mit einem Werkzeug, das für das Presshärten ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Presse eine Messstation nachgeschaltet ist, die die Daten an die Steuerung der Laserschneidanlage gibt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage (5) ein Temperierbehälter ist.
Verfahren zur Betreiben einer Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstation (7) über eine Kontrolleinheit aller Vermessungsdaten erfasst und mit den Sollvorgaben vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit der Messstation (7) die Abweichungen vom Sollmaß feststellt und die Information an die Steuerung der Laserschneideanlage übergibt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) der Laserschneideanlage (4) den Beschnitt an die Messdaten anpasst, um die Abweichungen zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messverfahren mit der Steuerung (9) der Schneidanlage eine Rückkopplungsschleife bildet.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Messwerten der Messstation (7) Parameter des Werkzeugs erfasst und für die Rückkopplung verwendet werden.