DE102016121699A1 - Temperierstation zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils - Google Patents

Temperierstation zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils Download PDF

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Abstract

Temperierstation (1) zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (2), mit einer in der Temperierstation (1) angeordneten Bearbeitungsebene (3), in der das Bauteil (2) anordenbar ist, mindestens einer Düse (4), die hin zu der Bearbeitungsebene (3) ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms (5) zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs (6) des Bauteils (2) vorgesehen und eingerichtet ist und mindestens einem Düsenkasten (7), der oberhalb der Bearbeitungsebene (3) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) mindestens einen Düsenbereich (8) bildet, in dem die mindestens eine Düse (4) zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung des Fluidstroms (5) zumindest teilweise begrenzt, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) zumindest teilweise mit einem keramischen Material gebildet ist.Es werden hier eine Temperierstation und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere erlauben die Temperierstation und die Vorrichtung eine ausreichend zuverlässige thermische Abgrenzung von partiell auf das Bauteil einwirkenden Wärmebehandlungsmaßnahmen und/oder eine ausreichend zuverlässige thermische Trennung von partiell auf das Bauteil einwirkenden, unterschiedlichen Wärmebehandlungsmaßnahmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Temperierstation zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils sowie eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung beim partiellen Härten von gegebenenfalls vorbeschichteten Bauteilen aus einem hochfesten Mangan-Bor-Stahl.
  • Zur Herstellung sicherheitsrelevanter Fahrzeug-Karosseriebauteile aus Stahlblech ist es regelmäßig erforderlich das Stahlblech während oder nach der Umformung zu dem Karosseriebauteil zu härten. Hierzu hat sich ein Wärmebehandlungsverfahren etabliert, das als „Presshärten“ bezeichnet wird. Dabei wird das Stahlblech, das regelmäßig in der Form einer Platine bereitgestellt wird zunächst in einem Ofen aufgeheizt und anschließend während der Umformung in einer Presse abgekühlt und dadurch gehärtet.
  • Seit einigen Jahren besteht nun das Bestreben mittels des Presshärtens Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen, wie z. B. A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile, Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger, bereitzustellen, die in Teilbereichen unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, sodass das Karosseriebauteil partiell unterschiedliche Funktionen erfüllen kann. So soll zum Beispiel der mittlere Bereich einer B-Säule eines Fahrzeugs eine hohe Festigkeit aufweisen, um die Insassen im Falle eines Seitenaufpralls zu schützen. Gleichzeitig sollen der obere und/oder untere Endbereich der B-Säule eine vergleichsweise geringe Festigkeit aufweisen, um Verformungsenergie während eines Seitenaufpralls aufnehmen zu können und/oder beispielsweise weichere Bereiche während der Montage der B-Säule eine einfache Verbindbarkeit mit anderen Karosseriebauteilen ermöglichen.
  • Zur Ausbildung eines solchen partiell gehärteten Karosseriebauteils ist es erforderlich, dass das gehärtete Bauteil in den Teilbereichen unterschiedliche Materialgefüge beziehungsweise Festigkeitseigenschaften aufweist. Zur Einstellung unterschiedlicher Materialgefüge beziehungsweise Festigkeitseigenschaften nach dem Härten kann beispielsweise das zu härtende Stahlblech bereits mit unterschiedlichen, miteinander verbundenen Blechabschnitten bereitgestellt oder in der Presse partiell unterschiedlich abgekühlt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, das zu härtende Stahlblech vor dem Abkühlen und Umformen in der Presse partiell unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozessen zu unterwerfen. In diesem Zusammenhang können beispielsweise lediglich diejenigen Teilbereiche des zu härtenden Stahlblechs aufgeheizt werden, in denen eine Gefügeumwandlung hin zu härteren Gefügen, wie etwa Martensit stattfinden soll. Ferner besteht die Möglichkeit, die partielle Wärmebehandlung mittels Kontaktplatten durchzuführen, die zur partiellen Temperierung des Stahlblechs durch Wärmeleitung ausgebildet sind. Dies erfordert jedoch eine bestimmte Kontaktzeit mit den Platten, die üblicherweise länger ist als eine mittels der nachgelagerten Presse erreichbare (minimale) Taktzeit. Eine solche Verfahrensführung weist jedoch weiterhin regelmäßig den Nachteil auf, dass das Eindiffundieren einer üblicherweise zum Schutz vor Verzunderung auf die Oberfläche des Stahlblechs aufzubringenden Beschichtung, etwa einer Aluminium-Silizium-Beschichtung nicht effizient in den Wärmebehandlungsprozess integriert werden kann. Zudem erschwert die Abstimmung zwischen bestimmter Kontaktzeit und Taktzeit an der Presse regelmäßig die Integration entsprechender Temperierstationen in eine Presshärtelinie im industriellen Maßstab, in der Produktionsschwankungen während des Betriebs in der Regel unvermeidbar sind.
  • Soll das zu härtende Stahlblech vor dem Abkühlen und Umformen partiell unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozessen unterworfen werden, besteht zudem regelmäßig das Problem, dass die unterschiedlichen, partiell auf das Stahlblech einwirkenden Wärmebehandlungsmaßnahmen nicht ausreichend zuverlässig thermisch voneinander getrennt werden können. Dieses Problem ergibt sich insbesondere dann, wenn die partiell unterschiedliche Wärmebehandlung nahezu gleichzeitig an dem Stahlblech ausgeführt werden soll.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen eine Temperierstation und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils angegeben werden, die eine ausreichend zuverlässige thermische Abgrenzung von partiell auf das Bauteil einwirkenden Wärmebehandlungsmaßnahmen und/oder eine ausreichend zuverlässige thermische Trennung von partiell auf das Bauteil einwirkenden, unterschiedlichen Wärmebehandlungsmaßnahmen erlauben.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine Temperierstation zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils vorgeschlagen, mit einer in der Temperierstation angeordneten Bearbeitungsebene, in der das Bauteil anordenbar ist, mindestens einer Düse, die hin zu der Bearbeitungsebene ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils vorgesehen und eingerichtet ist und mindestens einem Düsenkasten, der oberhalb der Bearbeitungsebene angeordnet ist, wobei der mindestens eine Düsenkasten mindestens einen Düsenbereich bildet, in dem die mindestens eine Düse zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung des Fluidstroms zumindest teilweise begrenzt, wobei der mindestens eine Düsenkasten zumindest teilweise mit einem keramischen Material gebildet ist
  • Bei dem metallischen Bauteil handelt es sich vorzugsweise um eine metallische Platine, ein Stahlblech oder ein zumindest teilweise vorgeformtes Halbzeug. Das metallische Bauteil ist bevorzugt mit beziehungsweise aus einem (härtbaren) Stahl, beispielweise einem Bor-(Mangan-)Stahl, z. B. mit der Bezeichnung 22MnB5, gebildet. Weiter bevorzugt ist das metallische Bauteil zumindest zu einem Großteil mit einer (metallischen) Beschichtung versehen beziehungsweise vorbeschichtet. Bei der metallischen Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine (vorrangig) Zink enthaltende Beschichtung oder eine (vorrangig) Aluminium und/oder Silizium enthaltende Beschichtung, insbesondere eine sogenannte Aluminium/Silizium(Al/Si)-Beschichtung handeln.
  • Die Temperierstation ist bevorzugt einem ersten Ofen nachgeordnet und/oder einem zweiten Ofen vorgeordnet. In der Temperierstation ist eine Bearbeitungsebene angeordnet, in der das Bauteil anordenbar beziehungsweise angeordnet ist. Die Bearbeitungsebene bezeichnet hierbei insbesondere die Ebene, in die das Bauteil zur Behandlung in der Temperierstation verbringbar und/oder in der das Bauteil während der Behandlung in der Temperierstation angeordnet und/oder fixierbar ist. Bevorzugt ist die Bearbeitungsebene im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Bevorzugt ist das Bauteil in der Bearbeitungsebene anordenbar beziehungsweise angeordnet und relativ zum Düsenkasten ausrichtbar beziehungsweise ausgerichtet. Bevorzugt ist das Bauteil, wenn es in der Bearbeitungsstation angeordnet ist, relativ zum Düsenkasten ausgerichtet.
  • Die Temperierstation weist mindestens eine Düse auf. Die Düse ist hin zu der Bearbeitungsebene ausgerichtet. Zudem ist die Düse zum Austragen eines Fluidstroms zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils vorgesehen und eingerichtet, insbesondere so, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem mindestens einen ersten (im fertig behandelten Bauteil duktileren) Teilbereich und mindestens einem zweiten (im fertig behandelten Bauteil im Vergleich dazu härteren) Teilbereich des Bauteils einstellbar ist. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Düsen vorgesehen, wobei die Düsen besonders bevorzugt zu einem Düsenfeld angeordnet sind. Wenn eine Vielzahl von Düsen vorgesehen ist, kann der Düsenkasten für jede Düse einen separaten Düsenbereich und/oder für mehrere oder alle Düsen aus der Vielzahl von Düsen einen gemeinsamen Düsenbereich bilden. Bevorzugt ist die (jede) Düse in der Art einer Flachstrahldüse und/oder einer Runddüse geformt.
  • Weiterhin hat die Temperierstation mindestens einen Düsenkasten, der oberhalb der Bearbeitungsebene angeordnet ist. Der Düsenkasten kann in der Art eines Rahmens, einer Box und/oder eines Gehäuses gestaltet sein, in dem Aussparungen und/oder Räume vorgesehen sein können, in denen Düsen und/oder Wärmequellen aufnehmbar sind. Insbesondere ist der Düsenkasten derart gebildet, insbesondere geformt, dass er mindestens einen Düsenbereich von der Umgebung und/oder von mindestens einem Erwärmungsbereich zumindest teilweise (thermisch) trennen, abgrenzen und/oder abschirmen kann. Vorzugsweise weist der Düsenkasten eine (horizontale) Breite auf, die insbesondere um mindestens das eineinhalbfache größer ist als eine (vertikale) Höhe des Düsenkastens. Bevorzugt weist der Düsenkasten, insbesondere an einem unteren Ende beziehungsweise an der Unterseite eine (Außen-)Kontur auf, die im Wesentlichen entsprechend beziehungsweise analog zu einer Außenkontur eines (zu behandelnden) Bauteils geformt ist.
  • Der mindestens eine Düsenkasten bildet mindestens einen Düsenbereich. Bevorzugt können mehrere Düsenbereiche ausgebildet sein. Bevorzugt ist der mindestens eine Düsenbereich derart von dem Düsenkasten gebildet beziehungsweise geformt, dass er mindestens eine Düse zumindest teilweise aufnehmen kann. Zum Bilden des Düsenbereichs kann der Düsenkasten eine oder mehrere Wände und/oder Wandabschnitte aufweisen, die den Düsenbereich zumindest teilweise umgeben und/oder gegenüber der Umgebung und/oder gegenüber mindestens einem Erwärmungsbereich begrenzen beziehungsweise abgrenzen. Bevorzugt weist der Düsenkasten mindestens eine (Innen-)Wand auf, die einen Düsenbereich, in einem parallel zu der Bearbeitungsebene ausgerichteten Querschnitt betrachtet, vollständig umgibt.
  • In dem mindestens einen Düsenbereich ist die mindestens eine Düse zumindest teilweise anordenbar beziehungsweise angeordnet. Bevorzugt ragt die mindestens eine Düse zumindest teilweise in den Düsenbereich hinein oder ist sogar vollständig in dem Düsenbereich angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der Düsenbereich derart gebildet, dass der Düsenbereich eine Ausbreitung des Fluidstroms zumindest teilweise begrenzt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass ein mittels der mindestens einen Düse hin zu dem Bauteil ausgetragener Fluidstrom gezielt zu dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils geführt werden kann, insbesondere auch dann, wenn die Düse nicht in den Düsenbereich hineinragt oder in diesem angeordnet ist. Bevorzugt begrenzt der Düsenbereich beziehungsweise eine den Düsenbereich bildende (Innen-)Wand des Düsenkastens eine Ausbreitung des Fluidstroms in einer seitlichen und/oder horizontalen Richtung.
  • Darüber hinaus ist der mindestens eine Düsenkasten zumindest teilweise mit beziehungsweise aus einem keramischen Material gebildet. Bevorzugt ist mindestens eine Wand und/oder mindestens ein Wandabschnitt des Düsenkastens mit beziehungsweise aus dem keramischen Material gebildet, die beziehungsweise der besonders bevorzugt mindestens einen Düsenbereich von mindestens einem Erwärmungsbereich (thermisch und/oder räumlich) trennt. Bevorzugt ist das keramische Material gesintert.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Temperierstation zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils vorgeschlagen, mit einer in der Temperierstation angeordneten Bearbeitungsebene, in der das Bauteil anordenbar ist, mindestens einer Düse, die hin zu der Bearbeitungsebene ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils vorgesehen und eingerichtet ist, mindestens einer Wärmequelle, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Wärmeenergie in mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils einzutragen und mindestens einem Düsenkasten, der oberhalb der Bearbeitungsebene angeordnet ist, wobei der mindestens eine Düsenkasten mindestens einen Düsenbereich bildet, in dem die mindestens eine Düse zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung des Fluidstroms zumindest teilweise begrenzt, wobei der mindestens eine Düsenkasten mindestens einen von dem mindestens einen Düsenbereich getrennten Erwärmungsbereich bildet, in dem die Wärmequelle zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung von Wärmeenergie zumindest teilweise begrenzt.
  • Die mindestens eine Wärmequelle ist vorzugsweise mindestens eine Strahlungswärmequelle. Bevorzugt handelt es sich bei der Wärmequelle um eine aktiv betreibbare, insbesondere elektrisch betreibbare beziehungsweise bestrombare Wärmequelle. Besonders bevorzugt ist die Wärmequelle mit einem elektrisch betriebenen (das Bauteil nicht körperlich oder elektrisch kontaktierenden) Heizelement gebildet. Bei dem Heizelement kann es sich um eine Heizschleife und/oder einen Heizdraht handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmequelle mit einem (gasbeheizten) Strahlrohr gebildet sein.
  • Der mindestens eine Erwärmungsbereich ist von dem Düsenkasten gebildet. Bevorzugt ist der mindestens eine Erwärmungsbereich derart von dem Düsenkasten gebildet beziehungsweise geformt, dass er mindestens eine Wärmequelle zumindest teilweise aufnehmen kann. Zum Bilden des Erwärmungsbereichs kann der Düsenkasten eine oder mehrere Wände und/oder Wandabschnitte aufweisen, die den Erwärmungsbereich zumindest teilweise umgeben und/oder gegenüber der Umgebung und/oder gegenüber mindestens einem Düsenbereich begrenzen beziehungsweise abgrenzen. Bevorzugt weist der Düsenkasten mindestens eine (Innen-)Wand auf, die einen Erwärmungsbereich, in einem parallel zu der Bearbeitungsebene ausgerichteten Querschnitt betrachtet, vollständig umgibt.
  • In dem mindestens einen Erwärmungsbereich ist die mindestens eine Wärmequelle zumindest teilweise anordenbar beziehungsweise angeordnet. Bevorzugt ragt die mindestens eine Wärmequelle zumindest teilweise in den Erwärmungsbereich hinein oder ist sogar vollständig in dem Erwärmungsbereich angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der Erwärmungsbereich derart gebildet, dass der Erwärmungsbereich eine Ausbreitung von Wärmeenergie zumindest teilweise begrenzt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass mittels der mindestens einen Wärmequelle hin zu dem Bauteil ausgetragene beziehungsweise abgestrahlte Wärmeenergie gezielt zu dem mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils geführt werden kann, insbesondere auch dann, wenn die Wärmequelle nicht in den Erwärmungsbereich hineinragt oder in diesem angeordnet ist. Bevorzugt begrenzt der Erwärmungsbereich beziehungsweise eine den Erwärmungsbereich bildende (Innen-)Wand des Düsenkastens eine Ausbreitung der Wärmeenergie in einer seitlichen und/oder horizontalen Richtung. Wenn die Wärmequelle mit einer insbesondere elektrisch betreibbaren oder gasbeheizbaren Strahlungswärmequelle gebildet ist, kann insbesondere seitlich abstrahlende Wärmestrahlung beispielsweise von einer Innenwand des Erwärmungsbereichs hin zu dem zweiten Teilbereich des Bauteils gelenkt beziehungsweise reflektiert werden.
  • Die im Zusammenhang mit der zuerst vorgestellten Temperierstation erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Temperierstation auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Düsenkasten zumindest teilweise mit beziehungsweise aus einem faserverstärkten keramischen Material gebildet ist. Als Fasern können hier beispielsweise Aluminiumoxid-Fasern verwendet werden. Bevorzugt ist der mindestens eine Düsenkasten beziehungsweise mindestens eine Wand und/oder mindestens ein Wandabschnitt des Düsenkastens zumindest teilweise mit beziehungsweise aus einer mit (feinen) Fasern aus Aluminiumoxid verstärkten Aluminiumoxid-Keramik gebildet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Düsenkasten zumindest teilweise mit beziehungsweise aus einer Aluminiumoxid-Keramik gebildet ist. Bevorzugt ist mindestens eine Wand und/oder mindestens ein Wandabschnitt des Düsenkastens zumindest teilweise mit beziehungsweise aus einer Aluminiumoxid-Keramik gebildet. Besonders bevorzugt sind (nahezu) alle Wände und/oder Wandabschnitte des Düsenkastens mit beziehungsweise aus einer, insbesondere mit (feinen) Fasern aus Aluminiumoxid verstärkten, Aluminiumoxid-Keramik gebildet.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in mindestens einem Düsenbereich zumindest teilweise ein Düsenfeld mit einer Vielzahl von insbesondere beabstandet zueinander gehaltenen Düsen angeordnet ist. Bevorzugt ist die Form des Düsenfelds und/oder die Anordnung der mehreren Düsen an die (zu erzielende) Geometrie des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils angepasst.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Düsenbereich derart geformt ist, dass er einen Bereich der Bearbeitungsebene überspannt, in dem der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils anordenbar ist. Bevorzugt weist ein parallel zu der Bearbeitungsebene ausgerichteter Querschnitt des Düsenbereichs eine Form beziehungsweise Geometrie auf, die der (zu erzielenden) Form beziehungsweise Geometrie des ersten Teilbereichs des Bauteils entspricht. Weiterhin bevorzugt ist der mindestens eine Erwärmungsbereich derart geformt ist, dass er einen Bereich der Bearbeitungsebene überspannt, in dem der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils anordenbar ist. Besonders bevorzugt weist ein parallel zu der Bearbeitungsebene ausgerichteter Querschnitt des Erwärmungsbereichs eine Form beziehungsweise Geometrie auf, die der (zu erzielenden) Form beziehungsweise Geometrie des zweiten Teilbereichs des Bauteils entspricht.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Düsenbereich an einer bestimmten (lateralen und/oder horizontalen) Position in beziehungsweise an dem Düsenkasten angeordnet sein, die mit einer (lateralen und/oder horizontalen) Position des mindestens einen ersten Teilbereichs in dem Bauteil korrespondiert, insbesondere überlappt, sobald das Bauteil in der Bearbeitungsebene angeordnet und/oder bezüglich des Düsenkastens ausgerichtet ist. Zudem kann der mindestens eine Erwärmungsbereich an einer bestimmten (lateralen und/oder horizontalen) Position in beziehungsweise an dem Düsenkasten angeordnet sein, die mit einer (lateralen und/oder horizontalen) Position des mindestens einen zweiten Teilbereichs in dem Bauteil korrespondiert, insbesondere überlappt, sobald das Bauteil in der Bearbeitungsebene angeordnet und/oder bezüglich des Düsenkastens ausgerichtet ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Düsenkasten zumindest teilweise doppelwandig gebildet ist und/oder zumindest teilweise ein Isoliermaterial aufweist. Bevorzugt ist der Düsenkasten im Bereich des mindestens einen Erwärmungsbereichs beziehungsweise zumindest teilweise um den mindestens einen Erwärmungsbereich herum doppelwandig gebildet und/oder (thermisch) isoliert. Das Isoliermaterial ist insbesondere mit beziehungsweise aus einem mikroporösen Dämmstoff gebildet. Bevorzugt ist das Isoliermaterial zwischen Wänden und/oder Wandabschnitten des Düsenkastens angeordnet, die einen doppelwandigen Abschnitt des Düsenkastens bilden. Bevorzugt ist das Isoliermaterial temperaturbeständig für Temperaturen oberhalb von 1073,15 K.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur (partiellen) Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils vorgeschlagen, zumindest umfassend:
    • - einen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion beheizbaren ersten Ofen,
    • - eine dem ersten Ofen nachgeordnete, hier vorgestellte Temperierstation.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung weiterhin zumindest umfasst:
    • - einen der Temperierstation nachgeordneten, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion beheizbaren zweiten Ofen, und/oder
    • - ein der Temperierstation und/oder dem zweiten Ofen nachgeordnetes Presshärtewerkzeug.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest der erste Ofen oder der zweite Ofen ein Durchlaufofen oder ein Kammerofen ist. Bevorzugt ist der erste Ofen ein Durchlaufofen, insbesondere ein Rollenherdofen. Besonders bevorzugt ist der zweite Ofen ein Durchlaufofen, insbesondere ein Rollenherdofen, oder ein Kammerofen, insbesondere ein Mehrlagenkammerofen mit mindestens zwei übereinander angeordneten Kammern. Bevorzugt weist der zweite Ofen einen, insbesondere (ausschließlich) mittels Strahlungswärme beheizbaren, Ofeninnenraum auf, in dem vorzugsweise eine nahezu einheitliche Innentemperatur einstellbar ist. Insbesondere wenn der zweite Ofen als Mehrlagenkammerofen ausgeführt ist, können, entsprechend der Anzahl der Kammern, mehrere solcher Ofeninnenräume vorhanden sein.
  • Bevorzugt sind in dem ersten Ofen und/oder in dem zweiten Ofen (ausschließlich) Strahlungswärmequellen angeordnet. Besonders bevorzugt ist in einem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder in einem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mindestens ein elektrisch betriebenes (das Bauteil nicht kontaktierendes) Heizelement, wie beispielsweise mindestens eine elektrisch betriebene Heizschleife und/oder mindestens ein elektrisch betriebener Heizdraht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder dem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mindestens ein insbesondere gasbeheiztes Strahlrohr angeordnet sein. Vorzugsweise sind in dem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder dem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mehrere Strahlrohrgasbrenner beziehungsweise Strahlrohre angeordnet, in die jeweils mindestens ein Gasbrenner hineinbrennt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der innere Bereich der Stahlrohre, in den die Gasbrenner hineinbrennen, atmosphärisch von dem Ofeninnenraum getrennt ist, so dass keine Verbrennungsgase oder Abgase in den Ofeninnenraum gelangen und somit die Ofenatmosphäre beeinflussen können. Eine solche Anordnung wird auch als „indirekte Gasbeheizung“ bezeichnet.
  • Die im Zusammenhang mit den Temperierstationen erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Vorrichtung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines zumindest teilweise mit einem keramischen Material gebildeten Düsenkastens in einer Temperierstation vorgeschlagen, wobei der Düsenkasten zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils verwendet wird.
  • Die im Zusammenhang mit den Temperierstationen und/oder der Vorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Temperierstation,
    • 2: eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Temperierstation,
    • 3: eine perspektivische Ansicht eines geschnitten dargestellten Düsenkastens, der in einer erfindungsgemäßen Temperierstation zum Einsatz kommen kann,
    • 4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperierstation 1 zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils 2. In der Temperierstation 1 ist eine Bearbeitungsebene 3 angeordnet, in der das Bauteil 2 liegt. Die Temperierstation 1 weist beispielhaft eine Düse 4 auf, die hin zu der Bearbeitungsebene 3 ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms 5 zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs 6 des Bauteils 2 vorgesehen und eingerichtet ist. Zudem weist die Temperierstation 1 beispielhaft eine Wärmequelle 9 auf, die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Wärmeenergie in mindestens einen zweiten Teilbereich 10 des Bauteils 2 einzutragen. Die Wärmequelle 9 ist hier beispielhaft in der Art eines bestrombaren Heizdrahtes gebildet. Darüber hinaus weist die Temperierstation 1 einen Düsenkasten 7 auf, der oberhalb der Bearbeitungsebene 3 angeordnet ist. Der Düsenkasten 7 bildet hier einen Düsenbereich 8, in dem die Düse 4 zumindest teilweise angeordnet ist. Zudem bildet der Düsenkasten 7 gemäß der Darstellung nach 1 einen von dem Düsenbereich 8 getrennten Erwärmungsbereich 11, in dem die Wärmequelle 9 zumindest teilweise angeordnet ist.
  • In 1 ist der Düsenkasten 7 mit beziehungsweise sind die Wände 18 des Düsenkastens 7 aus einem keramischen Material gebildet. Als keramisches Material dient hier beispielhaft eine faserverstärkte Aluminiumoxid-Keramik. Zudem ist in 1 gezeigt, dass der Düsenkasten 7 um den Erwärmungsbereich 11 herum doppelwandig gebildet ist und zwischen den Wänden 18, die den doppelwandigen Abschnitt des Düsenkastens 7 bilden, ein Isoliermaterial 13 aufweist.
  • Gemäß der Darstellung nach 1 ist zudem gezeigt, dass der Düsenbereich 8 derart geformt ist, dass er einen Bereich der Bearbeitungsebene 3 überspannt, in dem der erste Teilbereich 6 des Bauteils 2 angeordnet ist, sobald das Bauteil 2 in der Bearbeitungsebene 3 angeordnet und bezüglich des Düsenkastens 7 ausgerichtet ist. Zudem ist der Erwärmungsbereich 11 derart geformt, dass er einen Bereich der Bearbeitungsebene 3 überspannt, in dem der zweite Teilbereich 10 des Bauteils 2 angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist ein hier senkrecht zu der Zeichenebene und parallel zu der Bearbeitungsebene 3 ausgerichteter Querschnitt des Düsenbereichs 8 eine Form auf, die der (zu erzielenden) Form beziehungsweise Geometrie des ersten Teilbereichs 6 entspricht. Dementsprechend weist ein hier senkrecht zu der Zeichenebene und parallel zu der Bearbeitungsebene 3 ausgerichteter Querschnitt des Erwärmungsbereichs 11 eine Form auf, die der (zu erzielenden) Form beziehungsweise Geometrie des zweiten Teilbereichs 10 entspricht.
  • Der Düsenbereich 8 und der Erwärmungsbereich 11 sind mittels des Düsenkastens voneinander (thermisch) getrennt, so dass dem Bauteil 2 ein Temperaturprofil mit möglichst exakt voneinander abgegrenzten, unterschiedlich temperierten Teilbereichen aufgeprägt werden kann. Dadurch, dass in dem ersten Teilbereich 6 durch die Abkühlung mittels der Düse 4 eine deutliche Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Teilbereich 6 und dem zweiten Teilbereich 10 eingestellt wird, können sich nach einem Härten in einem der Temperierstation 1 nachgelagerten Presshärtewerkzeug (hier nicht dargestellt) in den Teilbereichen 6, 10 voneinander verschiedene Materialgefüge und/oder Festigkeitseigenschaften einstellen, wobei sich in dem gekühlten ersten Teilbereich 6 ein duktileres Gefüge und/oder eine geringere Härte einstellen kann als in dem zweiten Teilbereich 10.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Temperierstation 1 zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils 2. Da die Bezugszeichen einheitlich verwendet werden, werden hier lediglich die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Temperierstation erörtert. Darüber hinaus wird auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen, die hier vollständig in Bezug genommen werden. Ein erster Unterschied besteht darin, dass hier zwei Düsen 4 gezeigt sind, die zu einem Düsenfeld 12 angeordnet sind.
  • Darüber hinaus ist in 2 beispielhaft veranschaulicht, dass der Düsenbereich 8 auch derart gebildet sein kann, dass er eine Ausbreitung des Fluidstroms 5 zumindest teilweise, hier beispielhaft seitlich begrenzt, ohne dass die Düse(n) selbst in dem Düsenbereich 8 angeordnet sein müssen. In analoger Weise ist der Erwärmungsbereich 11 hier beispielhaft derart von dem Düsenkasten 7 gebildet, dass er eine Ausbreitung von Wärmeenergie zumindest teilweise, hier beispielhaft seitlich begrenzt. Hierzu kann beispielsweise Wärmestrahlung, die in 2 mittels punktierten Linien angedeutet ist, an den innenliegenden Wänden 18 des Erwärmungsbereichs 11 reflektiert werden.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines geschnitten dargestellten Düsenkastens 7, der in einer erfindungsgemäßen Temperierstation (hier nicht dargestellt) zum Einsatz kommen kann. Der Düsenkasten 7 bildet hier beispielhaft mehrere Düsenbereiche 8, in denen Düsen (hier nicht dargestellt) angeordnet werden können und/oder in die Düsen hineinblasen können. Zudem bildet der Düsenkasten 7 mehrere Erwärmungsbereiche 11, in denen eine oder mehrere Wärmequellen (hier nicht dargestellt) angeordnet werden können. Zudem sind die Düsenbereiche 8 von den Erwärmungsbereichen 11 mittels der Wände 18 des Düsenkastens 7 und mittels Isoliermaterial 13 getrennt.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils 2. Die Vorrichtung 14 weist einen beheizbaren ersten Ofen 15, eine dem ersten Ofen 15 (direkt) nachgeordnete Temperierstation 1, einen der Temperierstation 1 (direkt) nachgeordneten, beheizbaren zweiten Ofen 16 und ein dem zweiten Ofen 16 (direkt) nachgeordnetes Presshärtewerkzeug 17 auf. Die Vorrichtung 14 stellt hier eine Warmformlinie für das (partielle) Presshärten dar.
  • Es werden hier eine Temperierstation und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere erlauben die Temperierstation und die Vorrichtung eine ausreichend zuverlässige thermische Abgrenzung von partiell auf das Bauteil einwirkenden Wärmebehandlungsmaßnahmen und/oder eine ausreichend zuverlässige thermische Trennung von partiell auf das Bauteil einwirkenden, unterschiedlichen Wärmebehandlungsmaßnahmen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Temperierstation
    2
    Bauteil
    3
    Bearbeitungsebene
    4
    Düse
    5
    Fluidstrom
    6
    erster Teilbereich
    7
    Düsenkasten
    8
    Düsenbereich
    9
    Wärmequelle
    10
    zweiter Teilbereich
    11
    Erwärmungsbereich
    12
    Düsenfeld
    13
    Isoliermaterial
    14
    Vorrichtung
    15
    erster Ofen
    16
    zweiter Ofen
    17
    Presshärtewerkzeug
    18
    Wand

Claims (10)

  1. Temperierstation (1) zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (2), mit einer in der Temperierstation (1) angeordneten Bearbeitungsebene (3), in der das Bauteil (2) anordenbar ist, mindestens einer Düse (4), die hin zu der Bearbeitungsebene (3) ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms (5) zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs (6) des Bauteils (2) vorgesehen und eingerichtet ist und mindestens einem Düsenkasten (7), der oberhalb der Bearbeitungsebene (3) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) mindestens einen Düsenbereich (8) bildet, in dem die mindestens eine Düse (4) zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung des Fluidstroms (5) zumindest teilweise begrenzt, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) zumindest teilweise mit einem keramischen Material gebildet ist.
  2. Temperierstation (1) zur partiellen Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (2), mit einer in der Temperierstation (1) angeordneten Bearbeitungsebene (3), in der das Bauteil (2) anordenbar ist, mindestens einer Düse (4), die hin zu der Bearbeitungsebene (3) ausgerichtet und zum Austragen eines Fluidstroms (5) zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs (6) des Bauteils (2) vorgesehen und eingerichtet ist, mindestens einer Wärmequelle (9), die dazu vorgesehen und eingerichtet ist, Wärmeenergie in mindestens einen zweiten Teilbereich (10) des Bauteils (2) einzutragen und mindestens einem Düsenkasten (7), der oberhalb der Bearbeitungsebene (3) angeordnet ist, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) mindestens einen Düsenbereich (8) bildet, in dem die mindestens eine Düse (4) zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung des Fluidstroms (5) zumindest teilweise begrenzt, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) mindestens einen von dem mindestens einen Düsenbereich (8) getrennten Erwärmungsbereich (11) bildet, in dem die Wärmequelle (9) zumindest teilweise anordenbar ist und/oder der eine Ausbreitung von Wärmeenergie zumindest teilweise begrenzt.
  3. Temperierstation nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) zumindest teilweise mit einem faserverstärkten keramischen Material gebildet ist.
  4. Temperierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) zumindest teilweise mit einer Aluminiumoxid-Keramik gebildet ist.
  5. Temperierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in mindestens einem Düsenbereich (8) zumindest teilweise ein Düsenfeld (12) mit einer Vielzahl von Düsen (4) angeordnet ist.
  6. Temperierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Düsenbereich (8) derart geformt ist, dass er einen Bereich der Bearbeitungsebene (3) überspannt, in dem der mindestens eine erste Teilbereich (6) des Bauteils (2) anordenbar ist.
  7. Temperierstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Düsenkasten (7) zumindest teilweise doppelwandig gebildet ist und/oder zumindest teilweise ein Isoliermaterial (13) aufweist.
  8. Vorrichtung (14) zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (2), zumindest umfassend: - einen beheizbaren ersten Ofen (15), - eine dem ersten Ofen (15) nachgeordnete Temperierstation (1), die nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin zumindest umfassend: - einen der Temperierstation (1) nachgeordneten, beheizbaren zweiten Ofen (16), und/oder - ein der Temperierstation (1) und/oder dem zweiten Ofen (16) nachgeordnetes Presshärtewerkzeug (17).
  10. Verwendung eines zumindest teilweise mit einem keramischen Material gebildeten Düsenkastens (7) in einer Temperierstation (1), zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils (2).
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