Geometrische Designmerkmale erfassen und bewerten

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VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

IFU Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart

Bei der maßgenauen Auslegung von Biegeprozessen sind vor allem die Parameter Vorbeanspruchung des Platinenquerschnitts, Abstellradius am Biegewerkzeug sowie Biegeverhältnis aus Abstellradius und Blechdicke zu beachten, weil sie einen wesentlichen Einfluss auf den Ausgleichsfaktor k haben. In Grundlagenuntersuchungen zur Verschiebung der ungelängten Faser beim Abstellen um 90° in einem dem konventionellen Abstellen von Karosserieaußenhaut-Bauteilen nachempfundenen Versuchswerkzeug konnten die Abhängigkeit des werkzeugseitigen Abstellradius und der Nennblechdicke von Aluminiumblechwerkstoffen quantifiziert werden. Es zeigt sich, dass eine Erhöhung der Blechdicke bei gleichbleibendem Biegeverhältnis zu einer stärkeren Verschiebung der ungelängten Faser führt.

Messung und Bewertung von Designmerkmalen

Die Abflachung des Kreisbogens an der Außenkontur der Biegekante muss bei der Auslegung des Herstellprozesses von Karosserieaußenhaut-Bauteilen beachtet werden. Die Abflachung bewirkt eine Vergrößerung des messbaren Außenradius. Es zeigt sich, dass die Übereinstimmung zwischen dem Sollradius, resultierend aus der Nennblechdicke und dem werkzeugseitigen Abstellradius, und dem tatsächlich gemessenen Bauteilradius mit sinkendem Biegeverhältnis stark abnimmt.

Zur exakten Ausführung der konstruktiv vorgegebenen Radien muss bei kleinen Biegeverhältnissen ein kleinerer Werkzeugradius gewählt werden. Im Rahmen einer am Institut für Umformtechnik durchgeführten Grundlagenuntersuchung wurden Platinenzuschnitte zunächst uniaxial auf 10 % vorbeansprucht und anschließend in einem dem automobilen Serienprozess nachempfundenen Abstellwerkzeug um 90° gebogen.

Zur Erzielung unterschiedlicher Biegeverhältnisse wurde der Abstellradius in drei Stufen zwischen 0,5 und 1,5 mm variiert. Für die Versuche wurde eine im Karosseriebau übliche Aluminium-Außenhautlegierung der 6000-Serie mit einer Nennblechdicke von 1,04 mm verwendet. Der Verlauf der Außenkontur am Biegescheitel der Proben wurde mithilfe eines optischen Messsystems erfasst und durch einen sogenannten Best-fit-Kreis beschrieben.

Die Abweichung des Kreises von der Außenkontur wird durch das Residuum R_K erfasst. Es ergibt sich aus dem Abstand der gemessenen Punkte auf der Außenkontur zum Mittelpunkt des Best-fit-Kreises. Für die untersuchten Biegeverhältnisse zwischen 0,20 und 1,40 beschreibt der Best-fit-Messkreis die Außenkontur im Bereich des Biegescheitels zu 99 % genau. Die Beschreibung und Auswertung der abgestellten Kante durch einen Best-fit-Messkreis ist somit ausreichend exakt. Die Abweichung nimmt mit größeren Biegeverhältnissen zu, dies lässt sich durch die lokale Abflachung erklären. Bei sehr kleinen Biegeverhältnissen flacht die Kontur auf dem gesamten Biegebereich ab. Es ergibt sich ein nahezu konstanter Radius.

Schnelle Stichprobenprüfung von Designmerkmalen mit Handgeräten

Auf Basis dieser Erkenntnisse ist die Messung und Bewertung von abgestellten Bauteilkanten möglich. Zur Messung des Außenradius kommen je nach Umfang der Messstellen und der Anzahl der zu prüfenden Bauteile verschiedene Methoden zum Einsatz.

Die schnelle und reproduzierbare Erfassung der Bauteilgeometrie, zum Beispiel zur Überwachung des Falzprozesses einer Pkw-Türe im Fertigungstakt, ist durch den Einsatz von Lichtschnittsensoren möglich. Diese liefern bei circa 50 µm Messpunktabstand auf einer im Automobilbau üblichen abgestellten Kante über 100 Messpunkte zur Bestimmung des Messkreises.

Die Störartefakte durch diffuse Reflexion des Laserlichts auf der Blechoberfläche können durch eine geeignete Wahl von Belichtungszeit, Filterfunktionen und Messrate kompensiert werden. Zur schnellen Stichprobenprüfung von Designmerkmalen kommen Handgeräte zum Einsatz.

Während der Inbetriebnahme von Werkzeugen müssen die jeweiligen Einarbeitungsstände der Karosseriewerkzeuge dokumentiert werden. Die dazu zum Einsatz kommenden Mess- und Prüfverfahren für die damit gefertigten Bauteile sollen neben der genauen Erfassung der Geometrie die Möglichkeit zur anschaulichen Aufbereitung der Messdaten sowie deren Dokumentation ermöglichen.

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