Fertigung befindlichen Leichtmetallrades für ein Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so wie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Ein mit Speichen versehenes Leichtmetallrad für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Alumini- umrad für einen PKW, durchläuft während seines Fertigungsprozesses mehrere verschiedene Bearbeitungsschritte bzw. Bearbeitungsstationen. Dazu gehört unter anderem auch eine spa- nende mechanische Bearbeitung wie etwa Drehen auf einer mit einem Drehmeißel versehenen Drehmaschine. Um gewisse mechanische Eigenschaften sowie die Lackierfähigkeit des ge- nannten Leichtmetallrades nach der mechanischen Bearbeitung sicherzustellen, müssen die hinteren Speichenflanken, d.h. diejenigen Speichenflanken, die für einen Betrachter bei dem schließlich bestimmungsgemäß am Fahrzeug montierten Leichtmetallrad nicht sichtbar sind, entgratet bzw. verrundet werden. Leichtmetallräder, insbesondere Aluminiumräder, haben nämlich die Eigenschaft, infolge der ersten mechanischen Bearbeitungsschritte während ihrer Fertigung an den rückseitigen Kanten ihrer Speichen einen scharfkantigen Grat aufzuweisen. Dieser vorstehend genannte Grat baut sich dann bei der weiteren mechanischen Bearbeitung des Leichtmetallrades, welche eine zerspanende mechanische Bearbeitung - etwa mittels Drehmeißels - ist, extrem auf - insbesondere auf der Auslaufseite des Drehstahls - und kann dann sogar eher als Materialansammlung denn als Grat bezeichnet werden. Dieser Grat bzw. diese Materialansammlung ist in höchstem Maße unerwünscht, denn er bzw. sie mindert die mechanische Qualität des Leichtmetallrades und behindert in erheblichem Maße die Lackierfähigkeit des Leichtmetallrades. Daher muß dieser bzw. diese an den hinteren

Speichenflanken sich gebildet habender bzw. sich gebildet habende Grat bzw. Materialan- sammlung unbedingt entgratet bzw. verrundet werden. Hierdurch sollen die Kerbwirkung minimiert sowie - im Hinblick auf die im Verlaufe des Fertigungsprozesses des Leichtmetall- rades nachfolgende Lackierung der Speichen - der Aufbau einer entsprechenden hinreichen- den Lackschichtdicke im Kantenbereich zur Vermeidung von Kantenkorrosion sichergestellt werden.

Im Stand der Technik werden zur automatisierten Entfernung des genannten unerwünschten Grates bzw. der genannten unerwünschten Materialansammlung sogenannte Bürsten- Entgratmaschinen eingesetzt. Diese Bürsten-Entgratmaschinen sind jedoch nicht in der Lage, das gewünschte Ergebnis prozesssicher zu erreichen. Sie erzielen - und dies auch nur mittels eines hohen Materialaufwandes - ein lediglich teilweises Ergebnis, welches in jedem Falle eine manuelle Nacharbeit erfordert. Die Bürste der Bürsten-Entgratmaschine aus dem Stand der Technik kann nämlich nicht jeden Bereich der Speichen des Leichtmetallrades erreichen, so dass in gewissen Bereichen im Ergebnis der maschinellen Bearbeitung eine Verrundung ausbleibt und diese Bereiche anschließend mit hohem Arbeitsaufwand manuell behandelt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verrunden eines uner- wünschten Grates und/oder einer unerwünschten Materialansammlung an rückseitigen Kanten von Speichen eines im Prozess seiner Fertigung befindlichen Leichtmetallrades für ein Fahr- zeug bereitzustellen, welches prozesssicherer als das aus dem Stand der Technik bekannte Verrunden mittels einer Bürsten-Entgratmaschine durchgeführt werden kann und die Not wendigkeit einer entsprechenden manuellen Nachbearbeitung der Speichen des Leichtmetall- rades entbehrlich macht oder zumindest gegenüber dem Stand der Technik in erheblichem Maße senkt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durch- führung dieses neuartigen Verfahrens bereitzustellen.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend erläutert. Figuren werden dazu nicht benötigt, da sich die vorliegende Erfindung dem Fachmann ohne weiteres auch ohne figürli- che Darstellungen rein aus dem Text heraus erschließt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht es um ein Verrunden eines unerwünschten Gra- tes und/oder einer unerwünschten Materialansammlung an rückseitigen Kanten von Speichen eines im Prozess seiner Fertigung befindlichen Leichtmetallrades für ein Fahrzeug, insbeson- dere für ein Kraftfahrzeug. Das Zustandekommen dieses unerwünschten Grates bzw. dieser unerwünschten Materialansammlung sowie die Frage, warum dieser Grat bzw. diese Material- ansammlung unerwünscht sind, wurden bereits weiter oben erläutert bzw. erörtert. Als rück- seitige Kante einer Speiche wird diejenige Kante der Speiche des Leichtmetallrades bezeich- net, welche für den Betrachter nicht sichtbar ist, wenn das Leichtmetallrad bestimmungsge- mäß an einem Fahrzeug angebaut ist. Dahingegen wird als vorderseitige Kante einer Speiche diejenige Kante der Speiche des Leichtmetallrades bezeichnet, welche für den Betrachter sichtbar ist, wenn das Leichtmetallrad bestimmungsgemäß an dem Fahrzeug angebaut ist.

Bei dem genannten Leichtmetallrad kann es sich beispielsweise um ein Aluminiumrad oder um ein Magnesiumrad handeln, oder das Leichtmetallrad kann beispielsweise aus einer Alu- minium enthaltenden Legierung oder aus einer Magnesium enthaltenden Legierung bestehen. Es kann aber auch irgendein anderes beliebiges Leichtmetallrad mit Speichen sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in jedem Falle der genannte Grat bzw. die ge- nannte Materialansammlung mittels eines Laserumschmelzverfahrens unter Verwendung ei nes von einem Laser erzeugten Laserstrahls verrundet. Diese Verrundung erzielt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, dass während des Lasems das Leichtmetallrad so orientiert wird, dass die rückseitige Kante der jeweils zu lasemden Speiche nach unten gerich- tet ist, und dass durch Energieeintrag des Laserstrahls das Leichtmetall an der vorstehend ge- nannten Speiche partiell und direkt von oben, also an einer vorderseitigen Kante dieser vorstehend genannten Speiche, und/oder seitlich von oben aufgeschmolzen wird, so dass die da bei entstehende Schmelze aufgrund der Schwerkraftwirkung nach unten abfließt, auf der Speichenrückseite in Form einer Rundung aushärtet und auf diese Weise den dort vorhande nen unerwünschten Grat oder die dort vorhandene unerwünschte Materialansammlung verrundet.

Bevorzugterweise wird während des gesamten Aufschmelzens und Aushärtens die jeweilige betroffene Kante mit Schutzgas beaufschlagt, um eine Verunreinigung des Leichtmetalls zu vermeiden und weiterhin eine gleichbleibende Metallgüte und Qualität sicherzustellen.

Das Richten der Verrundung an die Unterseite der Speiche, also an die rückseitige Kante der Speiche, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich durch die physikalisch ge- gebene Gewichtskraft, da der Laservorgang von oben durchgeführt wird und die Metall schmelze an die Unterseite der Speiche fließen kann.

Um sicherzustellen, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Laser ausrei- chender Leistung schonend eingesetzt werden kann, wird zur Durchführung des erfmdungs- gemäßen Verfahrens bevorzugterweise ein starrer Laser verwendet und das Leichtmetallrad mittels eines dreidimensionalen Manipulators, beispielsweise mittels eines Roboters mit Grei- fer, an der feststehenden Laserquelle entsprechend vorbeigeführt, wobei bei den meisten Aus- führungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens der dreidimensionale Manipulator das Leichtmetallrad während dieser vorstehend genannten Bewegung fest eingeklemmt hält. Um die dafür notwendigen Bewegungsbahnen des dreidimensionalen Manipulators zu generieren und zu steuern, wird das Leichtmetallrad bevorzugterweise zuvor mittels einer entsprechend geeignet ausgebildeten Messeinrichtung dreidimensional vermessen, wobei sämtliche

Speichenkanten des Leichtmetallrades in Bezug auf den dreidimensionalen Manipulator bzw. in Bezug auf den Roboter-Greifer identifiziert werden, so dass der vorher beschriebene Ar- beitsschritt des Vorbeiführens des Leichtmetallrades an der feststehenden Laserquelle auto matisiert durchgeführt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens läuft dementsprechend folgen- dermaßen, und ganz bevorzugt vollständig automatisiert, ab: a) Ergreifen des Leichtmetallrades durch den dreidimensionalen Manipulator, beispiels- weise durch einen Roboter-Greifer,

b) mittels des dreidimensionalen Manipulators Zuführen des Leichtmetallrades zu der genannten Messeinrichtung,

c) automatisiertes dreidimensionales Vermessen des Leichtmetallrades in seinem

Speichenbereich durch die genannte Messeinrichtung, wobei das Leichtmetallrad wäh- rend dieses Messvorgangs von dem dreidimensionalen Manipulator derart festgehalten wird, dass dabei eine absolut feststehende Positionierung der Speichen des Leichtme- tallrades in Bezug auf den Manipulatorfußpunkt (auch TCP genannt; TCP - Tool Cen- ter Point), beispielsweise in Bezug auf den Roboter-TCP, sichergestellt ist,

d) auf der Grundlage der in Schritt c) gewonnenen Messwerte automatisiertes Berech- nen der notwendigen Laserwege entlang der Speichen des Leichtmetallrades, mithin also der entsprechenden notwendigen Bewegungsbahnen des dreidimensionalen Ma nipulators, und Zuführen der entsprechenden Berechnungsergebnisse an eine Steue- rungseinrichtung des dreidimensionalen Manipulators zwecks entsprechender an- schließender Steuerung der Bewegung des dreidimensionalen Manipulators in Bezug auf den feststehenden Laserkopf,

e) Verfahren des Leichtmetallrades mittels des dreidimensionalen Manipulators, bei- spielsweise mittels des Roboters, entlang des stehenden Laserkopfes, wobei die Spei- chen des Leichtmetallrades von oben gelasert werden, damit die Schmelze aufgrund der Schwerkraftwirkung nach unten abfließen kann und an der Speichenrückseite wie- der aushärten kann, wobei der jeweils aufgeschmolzene Speichenbereich mittels Schutzgas beaufschlagt wird, und

f) anschließend durch den dreidimensionalen Manipulator Ablegen des Leichtmetallra- des zwecks Beförderung zu einer nächsten Station im Fertigungsprozess des Leicht metallrades.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des im vorangegangenen Absatz beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver- fahrens weist folgendes auf: den feststehenden Laser, welcher beispielsweise ein Faserlaser oder ein CO ₂ -Laser sein kann, mit dem feststehenden Laserkopf,

den automatisierten dreidimensionalen Manipulator, welcher beispielsweise ein Roboter mit Greifer sein kann,

die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des dreidimensionalen Manipula- tors,

die Messeinrichtung für das automatisierte dreidimensionale Vermessen des Leichtmetall- rades in dem Speichenbereich des Leichtmetallrades,

eine Datenverarbeitungseinrichtung zur automatisierten Berechnung der notwendigen La- serwege entlang der Speichen des Leichtmetallrades, mithin also der entsprechenden not- wendigen Bewegungsbahnen des dreidimensionalen Manipulators, und

eine Einrichtung zum Zuführen der entsprechenden Berechnungsergebnisse der Datenver- arbeitungseinrichtung an die genannte Steuerungseinrichtung des dreidimensionalen Ma- nipulators zwecks entsprechender anschließender Steuerung der Bewegung des dreidi mensionalen Manipulators in Bezug auf den feststehenden Laserkopf. Dabei sind der feststehende Laser mit dem feststehenden Laserkopf, der automatisierte drei- dimensionale Manipulator, die Steuerungseinrichtung zur Steuerung des dreidimensionalen Manipulators, die genannte Messeinrichtung, die genannte Datenverarbeitungseinrichtung und die Einrichtung zum Zufuhren der Berechnungsergebnisse der Datenverarbeitungseinrichtung an die Steuerungseinrichtung zur Steuerung des dreidimensionalen Manipulators so eingerich- tet und aufeinander abgestimmt, dass das hier beschriebene Ausführungsbei spiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des genannten und oben beschriebenen Aus- fuhrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Lage ist.