DE102013107777A1 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmbehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge, mit mindestens einem beheizbaren Durchlaufofen (2) mit mindestens einer Fördereinrichtung (3) für die Stahlhalbzeuge (1), wobei die Fördereinrichtung (3) Förderelemente (4) aufweist und die Stahlhalbzeuge (1) im Durchlaufofen (2) auf den Förderelementen (4) aufliegen. Erfindungsgemäß wird gewährleistet, dass auch beim wechselnden Fahren von Kampagnen unterschiedlich beschichteter Stahlhalbzeuge Wechselwirkungen weitgehend dadurch vermieden, dass zumindest ein Entkopplungsabschnitt (5) des Durchlaufofens (2) mindestens zwei Förderelementgruppen (6, 7) aufweist, jede Förderelementgruppe (6, 7) mindestens ein Förderelement (4) aufweist und das Stahlhalbzeug (1) im Entkopplungsabschnitt (5) entweder auf den Förderelementen (4) der Förderelementgruppe (6) oder den Förderelementen (4) der zweiten Förderelementgruppe (7) aufliegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge, mit mindestens einem beheizbaren Durchlaufofen, mit mindestens einer Fördereinrichtung für die Stahlhalbzeuge, wobei die Fördereinrichtung Förderelemente aufweist und die Stahlhalbzeuge im Durchlaufofen auf den Förderelementen aufliegen.
  • Die Wärmebehandlung von Stahlhalbzeugen findet insbesondere zum Zwecke der Austenitisierung zur Vorbereitung des Presshärtens statt. Durch die Austenitisierung mit anschließender Presshärtung, d. h. der Verformung und Abschreckung des auf etwa 800–1000°C erwärmten Stahlhalbzeuges, weist das umgeformte Stahlhalbzeug eine martensitische Struktur auf, wodurch die Festigkeit des umgeformten Stahlhalbzeugs deutlich zunimmt.
  • Um die Stahlhalbzeuge beim Transport und bei der Wärmebehandlung vor Korrosion und Verzunderung zu schützen, ist es bekannt, diese mit einer Beschichtung aus AlSi zu versehen. Beispielsweise aus der DE 10 2011 051 270 A1 ist weiter bekannt, dass diese Beschichtung im Zuge der Austenitisierung ausgehend vom festen Zustand zunächst aufschmilzt und anschließend in den Stahlgrundwerkstoff der Stahlhalbzeuge einlegiert. Aus diesem Stand der Technik ist weiter bekannt, dass sich auf den als Förderelemente eingesetzten Rollen Ablagerungen des Beschichtungswerkstoffes bilden.
  • Aus dem beschriebenen Stand der Technik ist weiter bekannt, als keramischen Werkstoff für die Rollen Mullit einzusetzen. Schmilzt die Al-Si-Beschichtung während der Wärmebehandlung auf, bilden sich in einem von dem Aufheizprofil abhängigen Bereich auf den Mullit-Rollen eine flüssige bis dickflüssige Al-Si-Schicht. Da das Al-Si während der Wärmebehandlung mit dem Eisen des Stahlhalbzeuges auflegiert, entsteht diese AlSi-Schicht auf den keramischen Rollen innerhalb eines charakteristischen Temperatur-Zeitbereichs. Welche Förderelemente von den beschriebenen Anhaftungen betroffen sind, hängt einerseits, wie bereits beschrieben, von dem Temperatur-Zeitprofil und andererseits von dem Oberflächenmaterial der Förderelemente, welches mit der Oberfläche der Stahlhalbzeuge in Verbindung kommt, ab.
  • Als Alternative zur Beschichtung der Stahlhalbzeuge mit AlSi sind weiter Zinklegierungsüberzüge, beispielsweise Überzüge mit einer Zink-Nickel-Beschichtung bekannt. Auch derartige mit einer auf Zinkbasis beschichtete Stahlhalbzeuge müssen zur Vorbereitung des Presshärtens austenitisiert werden.
  • Sowohl die AlSi- als auch die auf Zinkbasis beschichteten Stahlhalbzeuge eignen sich für das direkte Presshärten. Beim direkten Presshärten wird eine Platine aus einem Coil herausgestanzt und der Wärmebehandlung ohne Vorverformung zugeführt. Demgegenüber wird beim sogenannten indirekten Verfahren eine Platine aus einem Coil herausgestanzt, anschließend kaltverformt und das vorgeformte Bauteil dann der Wärmebehandlung ebenfalls zum Zweck der Austenitisierung zugeführt. Beim aufgrund seiner Einschrittigkeit zu bevorzugenden direkten Verfahren kommt es beim Transport der ebenen Platine zu intensivem Kontakt zwischen der Oberfläche der Platine und den Förderelementen der Vorrichtung zur Wärmebehandlung. Demgegenüber werden die vorgeformten Bauteile beim indirekten Verfahren zum Zweck der Austenitisierung in der Regel auf Werkstückträgern während der Wärmebehandlung transportiert. Hierbei kommt es also regelmäßig zu keinem Kontakt zwischen dem beschichteten Stahlhalbzeug und den Förderelementen.
  • Werden nun im Zuge des direkten Verfahrens wechselweise Kampagnen mit AlSi-beschichteten Stahlhalbzeugen und auf Zinkbasis beschichteten Stahlhalbzeugen gefahren, kommt es zu Wechselwirkungen der AlSi-Anhaftungen an den Förderelementen mit der Zinkbasis-Beschichtung der entsprechend beschichteten Stahlhalbzeuge. Dabei bilden sich unter anderem niedrig schmelzende Phasen, z. B. Zink-Aluminium-Phasen, welche zu einer Rissbildung am Bauteil führen können. Auch lassen sich an der Oberfläche der austenitisierten Stahlhalbzeuge bei derartig wechselnden Kampagnen beispielsweise Zn-Al Partikel feststellen, die sowohl einen höheren Verschleiß des Presswerkzeugs zur Folge haben können und darüber hinaus die Oberflächenqualität und Lackanhaftung des Bauteils beeinflussen können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Vorrichtungen zur Wärmebehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge derart auszugestalten und weiterzubilden, dass beim direkten Presshärten abwechselnd Kampagnen mit AlSi-beschichteten Stahlhalbzeugen, auf Zinkbasis beschichteten Stahlhalbzeugen und/oder mit für die Wärmeumformung weiteren geeigneten Beschichtungssystemen auf organischer oder anorganischer Basis gefahren werden können, ohne dass dies zu Beeinträchtigungen beim Presshärten führt und ohne dass die pressgehärteten Erzeugnisse beeinträchtigt sind.
  • Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein Entkopplungsabschnitt des Durchlaufofens mindestens zwei Förderelementgruppen aufweist, jede Förderelementgruppe mindestens ein Förderelement aufweist und das Stahlhalbzeug im Entkopplungsabschnitt entweder auf den Förderelementen der ersten Förderelementgruppe oder den Förderelementen der zweiten Förderelementgruppe aufliegt.
  • Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, dass die Tatsache, dass die beispielsweise AlSi-beschichteten Stahlhalbzeuge in dem Temperatur- und Zeitbereich, in dem die Beschichtung aufschmilzt und Ablagerungen auf den Förderelementen bildet, entkoppelt auf einer ersten Förderelementgruppe transportiert werden muss, die beim Transport von beispielsweise auf Zinkbasis beschichteten Stahlhalbzeugen durch eine zweite Förderelementgruppe ersetzt wird. Selbstverständlich können auch weitere Beschichtungssyteme auf organischer oder anorganischer Basis verwendet werden, die für die Warmumformung geeignet sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass die beispielsweise auf Zinkbasis beschichteten Stahlhalbzeuge nicht mit den mit Anhaftungen der beispielsweise AlSi-Schmelze beaufschlagten Förderelementen in Kontakt kommen. Hierdurch wird die wechselseitige Verschmutzung der jeweiligen Beschichtungen mit beschichtungsfremdem Material wirkungsvoll vermieden. In dem Temperatur- und Zeitbereich, in dem die beispielsweise AlSi-Legierungen noch nicht aufgeschmolzen sind, ist eine derartige Entkopplung ebenso wenig notwendig, wie in dem Temperatur- und Zeitbereich, in dem die beispielsweise AlSi-Legierung soweit in das Material des Stahlhalbzeugs einlegiert worden ist, dass es zu keinen Anhaftungen der Beschichtung auf den Förderelementen mehr kommt.
  • Durch die erfindungsgemäß gewährleistete Entkopplung des Transports der unterschiedlich beschichteten Stahlhalbzeuge im kritischen Temperatur-Zeitbereich wird eine weitgehend freie Temperaturführung innerhalb des Durchlaufofens gewährleistet, d. h. sowohl bei der Wärmebehandlung der beispielsweise AlSi-beschichteten als auch der beispielsweise auf Zinkbasis beschichteten Bauteile können die zur Austenitisierung optimalen Temperaturprofile in der Vorrichtung gefahren werden.
  • Dadurch, dass gemäß einer ersten Ausgestaltung vorzugsweise AlSi-beschichtete Stahlhalbzeuge auf den Förderelementen der ersten Förderelementgruppe aufliegen und vorzugsweise mit auf Zinkbasis beschichtete Stahlhalbzeuge auf den Förderelementen der zweiten Förderelementgruppe aufliegen, wird der wechselseitige Kontakt von Anhaftungen der jeweils anderen Beschichtung ausgeschlossen.
  • Wie bereits im Bezug auf den Stand der Technik erwähnt, sind die Förderelemente gemäß einer ersten Alternative als Rollen ausgeführt. Diese Transportrollen sind weitgehend erprobt und zuverlässig.
  • Gemäß einer zweiten Alternative sind die Förderelemente als mit einer Transportkette verbundene Halbzeugträger ausgeführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es bei einer Führung der Halbzeugträger durch einen Schlitz in der Ofenwand die beweglichen Teile, also im Wesentlichen die Transportkette, außerhalb des Hochtemperaturbereichs anzuordnen.
  • Dadurch, dass innerhalb des Durchlaufofens die erste Förderelementgruppe in einer ersten Ofenkammer des Entkopplungsabschnittes und die zweite Förderelementgruppe in einer zweiten Ofenkammer des Entkopplungsabschnittes angeordnet sind, wird gewährleistet, dass beispielsweise während des Betriebes der ersten Ofenkammer die zweite Ofenkammer einer Wartung, insbesondere einer Reinigung der Förderelemente unterzogen werden kann.
  • Besonders unproblematisch lässt sich eine Entkopplung dadurch gewährleisten, dass in einer Ofenkammer des Entkopplungsabschnittes die erste Förderelementgruppe als ein erster Rollengang und die zweite Förderelementgruppe als ein zweiter Rollengang ausgeführt sind. Hierdurch wird eine sehr kompakte Anordnung der entkoppelten Förderelementgruppen gewährleistet.
  • Um die notwendige Anbindung des Entkopplungsabschnittes an die verbleibenden Abschnitte des Durchlaufofens zu gewährleisten, ist mindestens eine Ofenkammer des Durchlaufofens höhenverstellbar und/oder seitenverstellbar. Hierdurch werden jeweils beispielsweise die Rollengänge durch entsprechende Verstellung der Ofenkammer auf die weiteren Abschnitte des Durchlaufofens ausgerichtet.
  • Alternativ oder kumulativ zur Höhen- und Seitenverstellbarkeit einer Ofenkammer des Durchlaufofens ist vor und/oder nach dem Entkopplungsabschnitt eine Ofenweiche angeordnet. Mit Hilfe dieser Ofenweiche kann eine unter Umständen aufwendige teilweise oder vollständige Verfahrung der Ofenkammer reduziert oder vermieden werden. Innerhalb einer solchen Ofenweiche sind die in einer Ofenkammer angeordneten Förderelemente z. B. höhenverstellbar oder seitlich verstellbar angeordnet.
  • Dadurch, dass die Förderelemente der ersten und der zweiten Förderelementgruppen relativ zueinander höhenverstellbar sind, kann die erfindungsgemäße Entkopplung ohne Höhenverstellbarkeit einer Ofenkammer oder den Einsatz einer Ofenweiche gewährleistet werden. Bei dieser relativen Höhenverstellbarkeit kann beispielsweise jede zweite Rolle in einem Rollengang oder jeder zweite mit einer Transportkette verbundene Halbzeugträger im Wechsel der Kampagnen innerhalb des Entkopplungsabschnittes abgesenkt werden. Diese Rollen kommen dann mit dem Stahlhalbzeug nicht in Berührung.
  • Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter dadurch ausgestaltet, dass der Durchlaufofen einen dem Entkopplungsabschnitt in Förderrichtung nachfolgenden Homogenisierungsabschnitt aufweist. Die Einlegierung der beispielsweise AlSi-Beschichtung in das Material des Stahlhalbzeugs führt dazu, dass jedenfalls der wesentliche Teil der Homogenisierung in einem Bereich stattfindet, in dem keine beispielsweise AlSi-Ablagerungen an den Förderelementen zu befürchten sind. Die gemeinsame Nutzung des Homogenisierungsabschnittes sowohl für Kampagnen mit beispielsweise AlSi-beschichteten Bauteilen als auch beispielsweise auf Zinkbasis beschichteten Bauteilen und/oder mit für die Warmumformung weiteren geeigneten Beschichtungssystemen auf organischer oder anorganischer Basis führt zu reduzierten Anlagenkosten.
  • Eine möglichst zeitnahe Übergabe der austenitisierten Stahlhalbzeuge wird dadurch gewährleistet, dass ein Ausgangsbereich des Durchlaufofens einer Umformpresse zugeordnet ist. Bei der Übergabe der Stahlhalbzeuge an die Umformpresse ist es maßgeblich, dass die erwärmten Stahlhalbzeuge in einem definierten Zustand in die Presse gelangen und anschließend pressgehärtet werden. Dies wird durch eine unmittelbare Zuordnung des Ausgangsbereiches des Durchlaufofens an eine Umformpresse gewährleistet.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Lehre zur Verbesserung einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge auszugestalten und weiterzubilden. Ausführungsbeispiele dieser Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben.
  • In der Zeichnung zeigt
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Aufsicht und
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht.
  • Die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge 1 weist einen in 1 nur angedeuteten Durchlaufofen 2 auf. Hier dargestellt ist eine Fördereinrichtung 3 für die Stahlhalbzeuge 1, welche als Förderelemente Rollen 4 aufweist. Ersichtlich liegen die als Vorprodukte zum direkten Presshärten zu austenitisierenden, als Platinen ausgeführte Stahlhalbzeuge 1 im Durchlaufofen auf den Rollen 4 auf.
  • Erfindungsgemäß weist ein Entkopplungsabschnitt 5 des Durchlaufofens 2 zwei Förderelementgruppen 6, 7 auf. Dabei weist jeder der Förderelementgruppen 6, 7 mehrere als Rollen 4 ausgebildete Förderelemente auf und das Stahlhalbzeug 1 liegt im Entkopplungsabschnitt 5 entweder auf den Förderelementen der ersten Förderelementgruppe 6 oder den Förderelementen der zweiten Förderelementgruppe 7 auf.
  • In 1 wird schematisch dargestellt, dass der Entkopplungsabschnitt 5 in dem Temperatur-Zeitbereich angeordnet ist, in dem die beispielsweise AlSi-Beschichtung bereits verflüssigt (AlSilq) ist, d. h. sich nicht mehr im ursprünglich festen Zustand (AlSisol) befindet und auch noch nicht durch die hohen Temperaturen in den Werkstoff des Stahlhalbzeuges 1 einlegiert worden ist (AlSileg).
  • Dadurch, dass AlSi-beschichtete Stahlhalbzeuge 1, wie in 1 schematisch dargestellt, auf den Förderelementen der ersten Förderelementgruppe 6 aufliegen und mit beispielsweise auf Zinkbasis beschichtete Stahlhalbzeuge auf den Förderelementen der 2 Förderelementgruppe 7 aufliegen, wird eine wechselseitige Verunreinigung der Beschichtungen durch Anhaftungen an den als Rollen 4 ausgeführten Förderelementen innerhalb der Entkopplungszone 5 verhindert.
  • Bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Förderelementgruppe 6 in einer ersten Ofenkammer 8 des Entkopplungsabschnittes 5 und die zweite Förderelementgruppe 7 in einer zweiten Ofenkammer 9 des Entkopplungsabschnittes 5 angeordnet.
  • Demgegenüber ist bei dem in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ofenkammer 10 des Entkopplungsabschnittes 5 die erste Förderelementgruppe 6 und die zweite Förderelementgruppe 7 jeweils als übereinanderliegende Rollgänge ausgeführt.
  • Zur Ankopplung des Entkopplungsabschnittes 5 ist bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine Ofenkammer 10 seitenverstellbar ausgeführt und bildet so eine sogenannte Ofenfähre. Aus der Ofenkammer 10 werden die Stahlhalbzeuge 1 an einen Homogenisierungsabschnitt 11 übergeben, dessen Ausgangsbereich eine ebenfalls schematisch dargestellte Umformpresse 12 zugeordnet ist.
  • Bei dem in 3 in einer Seitenansicht dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die im Entkopplungsabschnitt 5 vorgesehene Ofenkammer 10 hohenverstellbar, wodurch die Übergabe der Stahlhalbzeuge 1 ohne separate Ofenweiche gewährleistet wird.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Umformpresse 12 das pressgehärtete Werkstück 13 dargestellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011051270 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Wärmbehandlung beschichteter Stahlhalbzeuge, mit mindestens einem beheizbaren Durchlaufofen (2) mit mindestens einer Fördereinrichtung (3) für die Stahlhalbzeuge (1), wobei die Fördereinrichtung (3) Förderelemente (4) aufweist und die Stahlhalbzeuge (1) im Durchlaufofen (2) auf den Förderelementen (4) aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entkopplungsabschnitt (5) des Durchlaufofens (2) mindestens zwei Förderelementgruppen (6, 7) aufweist, jede Förderelementgruppe (6, 7) mindestens ein Förderelement (4) aufweist und das Stahlhalbzeug (1) im Entkopplungsabschnitt (5) entweder auf den Förderelementen (4) der Förderelementgruppe (6) oder den Förderelementen (4) der zweiten Förderelementgruppe (7) aufliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das AlSi-beschichtete Stahlhalbzeuge (1) auf den Förderelementen (4) der ersten Förderelementgruppe (6) aufliegen und mit auf Zinkbasis beschichtete Stahlhalbzeuge (1) auf den Förderelementen (4) der zweiten Förderelementgruppe (7) aufliegen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente als Rollen (4) ausgeführt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente als mit einer Transportkette verbundene Halbzeugträger ausgeführt sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Förderelementgruppe (6) in einer ersten Ofenkammer (8) des Entkopplungsabschnittes (5) und die zweite Förderelementgruppe (7) in einer zweiten Ofenkammer (9) des Entkopplungsabschnittes angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ofenkammer des Entkopplungsabschnittes (5) die erste Förderelementgruppe (6) als ein erster Rollengang und die zweite Förderelementgruppe (7) als ein zweiter Rollengang ausgeführt sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ofenkammer (10) des Durchlaufofens höhenverstellbar und/oder seitenverstellbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach dem Entkopplungsabschnitt (5) eine Ofenweiche angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente der ersten und der zweiten Förderelementgruppen (6, 7) relativ zueinander höhenverstellbar sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (2) einen dem Entkopplungsabschnitt (5) in Förderrichtung nachfolgenden Homogenisierungsabschnitt (11) aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangsbereich des Durchlaufofens (2) einer Umformpresse (12) zugeordnet ist.
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