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Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Stahlblechplatinen, mit einem Ofen, einem Presshärtewerkzeug und einer Kühleinrichtung zur Zwischenkühlung der im Ofen erwärmten Stahlblechplatinen.
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Pressgehärtete Blechformteile werden durch rasches Abkühlen eines zuvor auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmten Stahlblechmaterials und gleichzeitiger Formgebung in einem Presshärtewerkzeug hergestellt. Durch die Abschreckhärtung im Presshärtewerkzeug werden Festigkeiten von bis zu 1650 MPa und mehr erreicht. Solche hochfesten Blechformteile werden bspw. als Karosserie- oder Fahrwerkbauteile im Fahrzeugbau eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahrensweisen zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile bekannt.
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Ferner können solche pressgehärteten Blechformteile mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung versehen werden, wobei es sich insbesondere um eine Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung handelt. Aus dem Stand der Technik sind Verfahrensweisen zur Herstellung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile bekannt, bei denen das Ausgangsblechmaterial bereits eine Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung (im folgenden zusammenfassend nur als Zinkbeschichtung bezeichnet) aufweist. Hierzu wird bspw. auf die
DE 10 2009 016 852 A1 der Anmelderin hingewiesen.
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Beim Presshärten zinkvorbeschichteter Blechmaterialien kann es zu Mikrorissen in der Zinkbeschichtung kommen, die durch die Zinkbeschichtung hindurch bis in das Stahlblechmaterial hineinreichen können. Diesbezüglich wird auf die entsprechenden Erläuterungen in der
DE 10 2011 053 939 A1 hingewiesen.
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In der
DE 10 2011 053 939 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils mit einer Beschichtung aus Zink oder einer Zinklegierung vorgeschlagen, bei dem die vorbeschichtete Platine (ohne Vorformen) erhitzt und in einem Presshärtewerkzeug umgeformt bzw. warmumgeformt und pressgehärtet wird (so genanntes direktes Presshärten), wobei die Platine oder Teile der Platine nach dem Erhitzen und vor dem Umformen und Presshärten mittels einer Kühleinrichtung rasch zwischengekühlt werden (Zwischenkühlschritt). Durch Einstellung als Umwandlungsverzögerer wirkender Legierungselemente kann trotz dieser Zwischenkühlung eine Abschreckhärtung (im Presshärtewerkzeug) noch sicher erreicht werden. Mit dieser Verfahrensweise gelingt es, beim Presshärten von zink- oder zinklegierungsbeschichteten Stahlblechen einerseits eine Abschreckhärtung herbeizuführen und andererseits Rissbildung zu vermeiden oder zu vermindern.
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Ausgehend von dem in der
DE 10 2011 053 939 A1 beschriebenen Stand der Technik soll die Erfindung Möglichkeiten aufzeigen, wie bei der Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile unter Verwendung von zink- oder zinklegierungsbeschichteten Stahlblechen das Zwischenkühlen der erwärmten Platinen verbessert werden kann.
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Dies gelingt mit einer erfindungsgemäßen Anlage entsprechend den unabhängigen Patentansprüchen, wobei Patentanspruch 1 eine erste Ausführungsmöglichkeit und Patentanspruch 5 eine zweite Ausführungsmöglichkeit betrifft. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und aus den nachfolgenden Erläuterungen. Die Ausführungsmöglichkeiten bzw. deren Weiterbildungen, Ausgestaltungen und Merkmale sind ausdrücklich auch miteinander kombinierbar.
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Eine erfindungsgemäße Anlage bzw. Vorrichtung umfasst:
- – einen Ofen bzw. eine Ofeneinrichtung (d. h. wenigstens ein Ofen bzw. wenigstens eine Ofeneinrichtung), in dem bzw. in der die Stahlblechplatinen (im Folgenden auch nur als Platinen bezeichnet) auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmt bzw. aufgeheizt werden können;
- – ein Presshärtewerkzeug (d. h. wenigstens ein Presshärtewerkzeug), welches typischerweise in einer Presse eingebaut ist, in dem die erwärmten Platinen direkt umgeformt bzw. warmumgeformt und pressgehärtet werden können;
- – eine Kühl- bzw. Zwischenkühleinrichtung (d. h. wenigstens eine Kühleinrichtung), mit der die im Ofen erwärmten bzw. aufgeheizten Platinen vor dem Einlegen in das Presshärtewerkzeug vollständig oder zumindest bereichsweise bzw. abschnittsweise zwischengekühlt werden können; und
- – gegebenenfalls (wenigstens) einen Roboter oder dergleichen für das automatisierte Verbringen bzw. Transportieren der Platinen.
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Die erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zwei einander gegenüberliegend angeordnete Luftmesser aufweist, mit denen ein Luftvorhang zur aktiven Zwischenkühlung der Platinen erzeugbar ist. Die beiden Luftmesser liegen sich, einander gegenüber. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens zwei Luftmesser aufweist, die, insbesondere ortsfest, sich einander gegenüberliegend angeordnet sind und mit denen ein Luftvorhang erzeugbar ist, wobei dieser Luftvorhang eine aktive Zwischenkühlung der zwischen diesen Luftmessern hindurchbewegten erwärmten Platinen ermöglicht. Bevorzugt sind die beiden Luftmesser auf gegenüberliegenden Seiten eines Beabstandungsspalts angeordnet und insbesondere ortsfest angeordnet, wobei die erwärmten Platinen durch diesen Beabstandungsspalt hindurchbewegt und dabei durch den mithilfe der Luftmesser erzeugten Luftvorhang aktiv zwischengekühlt werden können. Besonders bevorzugt handelt es sich um wenigstens ein oberes und wenigstens ein unteres Luftmesser.
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Unter einer aktiven Zwischenkühlung wird eine gezielte Abkühlung bzw. ein definiertes Herunterkühlen der erwärmten Platinen durch Beaufschlagung mit kühlender Luft (oder gegebenenfalls kühlendem Gas, bspw. Kohlendioxid, oder auch Dampf) verstanden. Mit dieser, durch die Kühleinrichtung bewerkstelligten Zwischenkühlung sollen die zuvor im Ofen auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmten bzw. erhitzten Platinen rasch und gezielt heruntergekühlt werden, wobei bspw. eine Abkühlung von über 900°C auf ca. 750°C oder sogar nur auf ca. 700°C stattfindet und Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/sec, bevorzugt mindestens 20 K/sec und insbesondere mindestens 30 K/sec erreicht werden können.
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Unter einem Luftmesser wird eine speziell gestaltete Luftdüse oder Gruppe von Luftdüsen verstanden, mit der ein linienförmiger schmaler Luftstrom, der bspw. nur zwischen 0,5 mm und 1,0 mm dünn ist, erzeugbar ist. Der erzeugte messerartige Luftstrom kann als Luftvorhang bezeichnet werden. Vereinfachend kann davon ausgegangen werden, dass die beiden gegenüberliegenden Luftmesser einen Luftvorhang erzeugen, der aus unterschiedlichen Luftströmen besteht. Luftmesser sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Presswerken bspw. zum Abblasen von Blechen und Coils verwendet.
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Die Luftmesser der Kühleinrichtung können zur Erzeugung eines Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel enthaltenden Luftvorhangs ausgebildet sein. Bei den Flüssigkeitstropfen handelt es sich z. B. um Wassertropfen, die, bspw. als Wasserdampf oder Sprühnebel, dem Luftvorhang beigemischt werden. Bei den Eispartikeln kann es sich bspw. um Trockeneispartikel oder Schneeflocken handeln, die dem Luftvorhang beigemischt werden. Die beigemischten Flüssigkeitstropfen oder Eispartikel bewirken eine Verbesserung der Abkühlung und ermöglichen bspw. höhere Abkühlgeschwindigkeiten und/oder kürzere Taktzeiten. Ferner kann durch Verändern der Dosierung die Abkühlwirkung beeinflusst werden.
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Bevorzugt sind die Luftmesser der Kühleinrichtung in einem Platinen-Auslaufbereich des Ofens angeordnet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass ein unteres Luftmesser zwischen Transportrollen bzw. Transportwalzen (einer Rollenbahn oder dergleichen) angeordnet ist. Die Kühleinrichtung für das Zwischenkühlen kann somit quasi platzneutral in der Anlage angeordnet werden. Außerdem kann die Auslaufbewegung der Platinen für das Hindurchbewegen zwischen den Luftmessern mitgenutzt werden, so dass die Zwischenkühlung zeitneutral erfolgen kann.
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Die zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Luftdüsenanordnung aufweist, mit der ein Luftkissen erzeugbar ist, welches die Platinen tragen und dabei auch eine aktive Zwischenkühlung (gemäß obenstehender Definition) selbiger ermöglichen kann. Die Kühleinrichtung kann ferner seitliche Führungselemente für die Platinen aufweisen.
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Unter einer Luftdüsenanordnung wird eine Vielzahl von Luftdüsen (d. h. wenigstens zwei Luftdüsen) verstanden, die derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass damit die Erzeugung eines Luftkissens möglich ist. Die Luftdüsen sind insbesondere ortsfest angeordnet. Bevorzugt wird mit den Luftdüsen eine beidseitige Luft- oder gegebenenfalls auch Gasbeaufschlagung ermöglicht, insbesondere von unten und oben, so dass die vorzugsweise relativ zur Luftdüsenanordnung bewegten Platinen gleichzeitig von beiden Seiten aktiv gekühlt werden können. Analog zur ersten Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage kann die Luftdüsenanordnung zur Erzeugung eines Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel enthaltenden Luftkissens ausgebildet sein. Ebenso kann die Luftdüsenanordnung im Auslaufbereich des Ofens angeordnet sein.
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Sowohl die Luftdüsenanordnung der zweiten Ausführungsmöglichkeit als auch die Luftmesser der ersten Ausführungsmöglichkeit kann/können derart ausgebildet sein, dass diese ein- und ausschaltbar und/oder in der erbringbaren Kühlleistung bzw. Kühlwirkung veränderbar ist/sind. Bevorzugt wird die Luftdüsenanordnung bzw. werden die Luftmesser nur dann eingeschaltet, wenn eine zuvor erwärmte Platine zwischengekühlt werden soll. In den Taktzeitpausen kann die Luftdüsenanordnung bzw. können die Luftmesser ausgeschaltet werden, um bspw. den Energiebedarf zu senken (Ein- und Ausschalten im Fertigungstaktzeitrhythmus). Anstelle des Ausschaltens ist auch ein Schlummermodus oder dergleichen denkbar. Das Ein- und Ausschalten und/oder das Verändern der Kühlleistung kann bspw. mithilfe einer Steuereinrichtung bewerkstelligt werden.
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Die erfindungsgemäße Anlage kann Einrichtungen zur Temperaturmessung der Platinen aufweisen, um bspw. am Presshärtewerkzeug die Einlegetemperatur der zwischengekühlten Platinen erfassen bzw. messen zu können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine, insbesondere im Bereich der Kühleinrichtung angeordnete, Wärmebildkamera oder dergleichen (bspw. eine Infrarot- oder Thermographiekamera) und/oder wenigstens einen und insbesondere mehrere im Bereich der Kühleinrichtung angeordnete thermische Linienscanner oder dergleichen (bspw. Zeilenpyrometer) aufweist, mit der bzw. mit denen die Abkühlung und insbesondere der Abkühlungsfortschritt (Abkühlungsverlauf über der Zeit) beim Zwischenkühlen der Platinen erfasst werden kann bzw. erfassbar ist.
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Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Luftdüsenanordnung oder der Luftmesser. Diese Steuereinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, mithilfe der Wärmebildkamera oder den thermischen Linienscannern die Zwischenkühlung der Platinen in einem Regelkreis regeln zu können. Eine solche Regelung kann bspw. derart erfolgen, dass bei jeder zwischenzukühlenden Platine der Abkühlungsfortschritt erfasst und gegebenenfalls die Kühlleistung der Luftdüsenanordnung oder der Luftmesser verändert wird, um eine gewünschte bzw. erforderliche Abkühlung und/oder Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen.
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Beide Ausführungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Anlage ermöglichen die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Platinen (hiermit sind mit einer Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung vorbeschichtete Stahlblechplatinen gemeint). Unter einem direkten Presshärten wird verstanden, dass eine erwärmte Platine ohne Vorformen direkt im Presshärtewerkzeug zu einem Blechformteil umgeformt und gleichzeitig durch rasches Abkühlen eine Härtung bzw. Festigkeitserhöhung herbeigeführt wird (siehe hierzu auch entsprechende Erläuterungen in der
DE 10 2011 053 939 A1 ). Im Vergleich zum indirekten Presshärten, das ein Vorformen des Blechmaterials vorsieht, sind beim direkten Presshärten der Aufwand und die damit verbundenen Kosten (insbesondere Werkzeugkosten aufgrund mehrerer erforderlicher Werkzeuge) deutlich geringer. Durch die in der erfindungsgemäßen Anlage ermöglichte Zwischenkühlung wird die sonst beim direkten Presshärten zinkbeschichteter Platinen vorhandene Rissgefahr beseitigt oder zumindest verringert. Die Erfindung eignet sich auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiden in den Figuren gezeigten Ausführungsmöglichkeiten näher erläutert. Die Merkmale dieser Ausführungsmöglichkeiten sind im Rahmen der Erfindung auch zu weiteren Ausführungsmöglichkeiten kombinierbar.
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1 zeigt schematisch die erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile.
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2 zeigt schematisch die zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile.
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1 zeigt eine Anlage 100 zum Herstellen pressgehärteter Blechformteile 210 in Serie. Die Anlage 100 umfasst einen Ofen 110 und ein Presshärtewerkzeug 130, welches in einer Presse 140 eingebaut ist. Die Anlage 100 kann ferner einen Roboter oder dergleichen umfassen, mit dem automatisiert die im Ofen 110 erwärmten Platinen 200 im Auslaufbereich 115 des Ofens 110 aufgenommen und in das Presshärtewerkzeug 130 eingelegt werden können. Bei dem Ofen 110 handelt es sich beispielhaft um einen Durchlaufofen, wobei aus dem Stand der Technik auch andere geeignete Ofenbauarten bekannt sind. Der Pfeil DR gibt die Durchlaufrichtung der Platinen 200 an. Die Platinen 200 weisen eine insbesondere beidseitig aufgebrachte Zinkbeschichtung auf, wie obenstehend erläutert, so dass die hergestellten pressgehärteten Blechformteile 210 korrosionsgeschützt sind. Bei den Platinen 200 kann es sich ausdrücklich auch um maßgeschneiderte Platinen, so genannte Tailored Blanks (bspw. Rolled Tailored Blanks oder Welded Tailored Blanks), handeln.
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Die Anlage 100 umfasst ferner eine im Auslaufbereich 115 des Ofens 110 angeordnete Kühleinrichtung 120, mit der die im Ofen 110 auf Austenitisierungstemperatur erwärmten zinkbeschichteten Platinen 200 zwischengekühlt werden können, bevor diese in das Presshärtewerkzeug 130 eingelegt und dort zu korrosionsgeschützten Blechformteilen 200 umgeformt bzw. warmumgeformt werden. Das direkte Umformen der ebenen Platinen 210 mit einer einhergehenden Presshärtung wird auch als direktes Presshärten bezeichnet. Die hergestellten pressgehärteten Blechformteile 210 können vollständig oder auch nur teilweise bzw. partiell pressgehärtet sein. Das Zwischenkühlen und die dadurch erzielten Effekte sind obenstehend ausführlich erläutert.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsmöglichkeit umfasst die Kühleinrichtung 120 ein oberes Luftmesser 121 und ein zwischen den Transportrollen bzw. -walzen 116 angeordnetes unteres Luftmesser 122. Die beiden Luftmesser 121/122 sind ortsfest angeordnet. Mit diesen sich gegenüberliegenden Luftmessern 121/122 ist ein Luftvorhang L zur aktiven Zwischenkühlung der zwischen diesen Luftmessern 121/122 hindurchbewegten Platinen 200 erzeugbar. Den von den Luftmessern 121/122 erzeugten Luftströmen können Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel beigemischt sein. Die Luftmesser 121/122 können in horizontaler Richtung auch zueinander versetzt angeordnet sein. Ferner kann eine Mehrzahl oberer und/oder unterer Luftmesser vorgesehen sein.
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Mithilfe der den Luftvorhang L bildenden linienförmigen schmalen Luftströme werden die aus dem Ofen 110 kommenden Platinen 200 beim Durchlaufen der Kühleinrichtung 120 quasi abgeblasen und hierbei bspw. von über 900°C auf 700°C heruntergekühlt. Das Abblasen kann zudem den Vorteil haben, dass evtl. anhaftende Verunreinigungen entfernt werden. Das Abblasen kann auch aus schrägen Richtungen erfolgen. Durch Ein- und Ausschalten der Luftmesser 121/122 und/oder durch Verändern der von diesen erbrachten Kühlleistung ist eine nur bereichsweise erfolgende Zwischenkühlung oder eine unterschiedliche Temperaturbereiche erzeugende Zwischenkühlung der Platinen 200 möglich.
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Die Anlage 100 weist ferner zwei thermische Linien- bzw. Zeilenscanner 141 und 142 auf, die in Durchlaufrichtung DR zueinander beabstandet zwischen den Transportrollen bzw. -walzen 116 im Auslaufbereich 115 angeordnet sind. Mithilfe dieser ortsfest angeordneten Scanner 141/142 kann der Abkühlungsfortschritt an den vorbeibewegten Platinen 200 in Echtzeit erfasst werden. Die Scanner 141/142 sind mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 150 verbunden. Die Steuereinrichtung 150 ist auch für eine Steuerung und insbesondere Regelung der Luftmesser 121/122 ausgebildet. Gegebenenfalls kann mithilfe der Steuereinrichtung 150 auch die Durchlaufgeschwindigkeit der Platinen 200 verändert werden. Zudem kann eine bauteilindividuelle Dokumentation erfolgen.
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Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage 100 umfasst die Kühleinrichtung 120 eine im Auslaufbereich 115 des Ofens 110 ortsfest angeordnete Luftdüsenanordnung 125 mit oberen und unteren Luftdüsen. In diesem Abschnitt sind keine Transportrollen bzw. -walzen 116 vorgesehen (d. h. der betreffende Förderabschnitt im Auslaufbereich 115 ist transportrollen- bzw. transportwalzenfrei). Mit der Luftdüsenanordnung 125 ist ein Luftkissen bzw. Luftpolster K erzeugbar, auf dem die aus dem Ofen 110 kommenden Platinen 200 mehr oder weniger berührungslos durch die Kühleinrichtung 120 hindurchbewegt und dabei durch beidseitige Luftbeaufschlagung heruntergekühlt werden. Die Platinen 200 werden, gegebenenfalls unter Einsatz von Führungselementen, von dem Luftkissen K getragen (ganz oder zumindest teilweise), und dadurch quasi berührungslos bzw. schwebend durch die Kühleinrichtung 120 hindurchbefördert, so dass aufgrund des fehlenden Rollen- bzw. Walzenkontakts etwaige Oberflächenbeeinträchtigungen vermieden werden können.
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Zur Überwachung des Abkühlungsfortschritts ist wenigstens eine in die Abkühleinrichtung 120 blickende Wärmebildkamera 145 oder dergleichen vorgesehen. Die Kamera 145 kann als Zeilenkamera (Line Scan Camera) ausgebildet sein. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen zur ersten Ausführungsmöglichkeit gemäß 1.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Anlage
- 110
- Ofen
- 115
- Auslaufbereich
- 116
- Transportrollen, Transportwalzen
- 120
- Kühleinrichtung
- 121
- Luftmesser
- 122
- Luftmesser
- 125
- Luftdüsenanordnung
- 130
- Presshärtewerkzeug
- 131
- Werkzeugoberteil
- 132
- Werkzeugunterteil
- 133
- Werkzeugkühlung
- 140
- Presse
- 141
- thermischer Linienscanner
- 142
- thermischer Linienscanner
- 145
- Wärmebildkamera
- 150
- Steuereinrichtung
- 200
- Platine
- 210
- pressgehärtetes Blechformteil
- DR
- Durchlaufrichtung
- K
- Luftkissen
- L
- Luftvorhang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016852 A1 [0003]
- DE 102011053939 A1 [0004, 0005, 0006, 0019]
