WO2022037979A1

WO2022037979A1 - Thermische behandlung von bauteilen

Info

Publication number: WO2022037979A1
Application number: PCT/EP2021/072123
Authority: WO
Inventors: David BULLER; Andreas Reinartz
Original assignee: Schwartz Gmbh
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2022-02-24
Also published as: DE102020121672A1; KR20230051479A; MX2023001970A; EP4165221A1; US20230304116A1; JP2023538604A; BR112023003110A2; CN115917017A

Abstract

Vorrichtung (1) zum thermischen Behandeln eines Bauteils (2), welches in einer durch eine erste Richtung (x) und eine dazu senkrechte zweite Richtung (y) aufgespannten Bauteilebene (E) in der Vorrichtung (1) anordenbar ist, umfassend: - einen Erwärmungsabschnitt (3) mit einer Erwärmungseinrichtung (5) zum Erwärmen eines ersten Bereichs (7) des Bauteils (2), - einen Kühlabschnitt (4) mit einer Kühleinrichtung (6) zum Kühlen eines zweiten Bereichs (8) des Bauteils (2), wobei der Kühlabschnitt (4) dem Erwärmungsabschnitt (3) in der zweiten Richtung (y) nachgeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung (6) eine Düse (9) zum Austragen eines Kühlfluids (10) auf das Bauteil (2) aufweist, wobei die Düse (9) in der zweiten Richtung (y) abfallend ausgerichtet ist, und wobei die Düse (9) einen Fluidkanal (15) mit einer Düsenöffnung (16) aufweist. Mit der beschriebenen Vorrichtung (1) können Bauteile (2), insbesondere Stahlbautei le für Kraftfahrzeuge, bereichsweise individuell thermisch behandelt werden, wobei eine besonders scharfe Abgrenzung zwischen den Bereichen (7,8) möglich ist. Dazu ist die Düse (9) von dem Erwärmungsabschnitt (3) weggerichtet und hat einen Fluidkanal (15) mit einer Düsenöffnung (16).

Description

Thermische Behandlung von Bauteilen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Bauteilen, insbesondere von Stahlbauteilen für Kraftfahrzeuge.

Insbesondere in der Automobilindustrie ist es bekannt, Stahlbauteile durch thermische Behandlung gezielt zu härten. Dazu werden Stahlbauteile wie beispielsweise B-Säulen bereichsweise unterschiedlich thermisch behandelt. Entsprechend entsteht eine bereichsweise unterschiedliche Härte, was für das Crashverhalten derartiger Bauteile vorteilhaft ist.

Es sind verschiedenste Verfahren bekannt, Stahlbauteile bereichsweise unterschiedlich thermisch zu behandeln. Den bekannten Verfahren ist gemein, dass eine unzureichende Abgrenzung zwischen den einzelnen Temperaturbereichen erreicht wird. Das erschwert insbesondere die Simulation des Verhaltens von so behandelten Bauteilen bei Unfällen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Bauteilen vorzustellen, mit der Bereiche des Bauteils besonders scharf voneinander getrennt thermisch behandelt werden können.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines Bauteils vorgestellt. Das Bauteil ist in einer durch eine erste Richtung und eine dazu senkrechte zweite Richtung aufgespannten Bauteilebene in der Vorrichtung anordenbar. Die Vorrichtung umfasst:

- einen Erwärmungsabschnitt mit einer Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen eines ersten Bereichs des Bauteils, - einen Kühlabschnitt mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines zweiten Bereichs des Bauteils, wobei der Kühlabschnitt dem Erwärmungsabschnitt in der zweiten Richtung nachgeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung eine Düse zum Austragen eines Kühlfluids auf das Bauteil aufweist, wobei die Düse in der zweiten Richtung abfallend ausgerichtet ist, und wobei die Düse einen Fluidkanal mit einer Düsenöffnung aufweist.

Die Vorrichtung wird unter Verwendung eines Koordinatensystems beschrieben, das eine erste Richtung, eine zweite Richtung und eine dritte Richtung aufweist, die paarweise zueinander senkrecht stehen. Die erste Richtung und die zweite Richtung spannen zusammen eine Ebene auf, die als Bauteilebene bezeichnet wird. Die Vorrichtung umfasst kein Bauteil, ist aber dazu bestimmt und eingerichtet, ein Bauteil aufzunehmen. So kann ein Bauteil derart in die Vorrichtung eingeführt werden, dass sich das Bauteil in der Bauteilebene befindet. Eine Ausdehnung des Bauteils in der dritten Richtung kann dabei vernachlässigt werden.

Die Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, ein Stahlbauteil thermisch zu behandeln, insbesondere ein Stahlbauteil für ein Kraftfahrzeug. Beispielsweise eine B- Säule kann ein solches Bauteil sein. Die Vorrichtung kann auch als eine Temperierstation bezeichnet werden. Ein mit der Vorrichtung behandeltes Bauteil wird vorzugsweise aus der Vorrichtung entnommen und anschließend pressgehärtet. In dem Fall ist die Vorrichtung Teil einer Anordnung mit einer der Vorrichtung nachgeordneten Presse.

Mit der Vorrichtung kann das Bauteil bereichsweise unterschiedlich thermisch behandelt werden. Dazu weist die Vorrichtung einen Erwärmungsabschnitt und einen Kühlabschnitt auf. Der Kühlabschnitt ist dem Erwärmungsabschnitt in der zweiten Richtung nachgeordnet. Der Kühlabschnitt und der Erwärmungsabschnitt befinden sich also bei Betrachtung entlang der zweiten Richtung hintereinander. Die zweite Richtung weist von dem Erwärmungsabschnitt zum Kühlabschnitt. Vorzugsweise grenzen der Kühlabschnitt und der Erwärmungsabschnitt aneinander an.

In dem Erwärmungsabschnitt kann ein erster Bereich des Bauteils erwärmt werden. In dem Kühlabschnitt kann ein zweiter Bereich des Bauteils gekühlt werden. Das kann gleichzeitig erfolgen. Das Bauteil kann in die Vorrichtung eingeführt werden, vor- zugsweise in oder entgegen der ersten Richtung. In der Vorrichtung kann das Bauteil thermisch behandelt werden. Während des thermischen Behandelns ist das Bauteil vorzugsweise in Ruhe. Nach dem thermischen Behandeln kann das Bauteil aus der Vorrichtung herausbewegt werden, vorzugsweise in oder entgegen der ersten Richtung. Dabei ist aber zu beachten, dass die erste Richtung grundsätzlich unabhängig von der Bewegungsrichtung des Bauteils definiert ist. Wird das Bauteil in der ersten Richtung bewegt, fällt die Bewegungsrichtung des Bauteils mit der ersten Richtung zusammen. Alternativ kann das Bauteil aber auch in einer beliebigen anderen Richtung bewegt werden.

Der erste Bereich und der zweite Bereich des Bauteils sind voneinander verschieden. Vorzugsweise ist das Bauteil in den ersten Bereich und den zweiten Bereich unterteilt, weist also keine weiteren Bereiche auf. Alternativ kann das Bauteil aber neben dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich noch weitere Bereiche aufweisen. Der erste Bereich und der zweite Bereich bilden vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, jeweils einen zusammenhängenden Bereich. Der erste Bereich und der zweite Bereich des Bauteils sind in der Bauteilebene definiert.

Durch die unterschiedliche thermische Behandlung wird der erste Bereich bei einem anschließenden Härten härter als der zweite Bereich. Das kann beispielsweise genutzt werden, um einen Flansch einer B-Säule (als einen zweiten Bereich) weicher zu gestalten als die übrige B-Säule (als einen ersten Bereich). Dadurch kann neben der gezielten Einstellung von Crasheigenschaften auch die Montage der B-Säule erleichtert werden. So werden insbesondere Nieten und Crimpen ermöglicht. Beim Schweißen wird die Rissgefahr in der Wärmeeinflusszone der Schweißpunkte verringert.

Die Kühlung in dem Kühlabschnitt erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das Bauteil im zweiten Bereich mit einem Kühlfluid beaufschlagt wird, welches aus der Düse ausgetragen wird. Das Kühlfluid ist vorzugsweise gasförmig. Als Kühlfluid sind Druckluft oder Stickstoff bevorzugt. Das Kühlfluid wird vorzugsweise mit einem Druck im Bereich von 2 bis 4 bar ausgetragen. Die Düse berührt das Bauteil vorzugsweise nicht. Damit ist die Vorrichtung besonders tolerant hinsichtlich Positionierfehlern und Verformungen des Bauteils aufgrund von Temperatur und/oder Eigenspannung. Die Düse ist vorzugsweise als eine Schlitzdüse ausgebildet. Vorzugsweise weist die Düsenöffnung und insbesondere auch der dieser vorgelagerte Fluidkanal einen Strömungsquerschnitt auf, der ein Seitenverhältnis von mindestens 1 zu 5 hat. Das bedeutet, dass der Strömungsquerschnitt in einer Richtung (vorzugsweise entlang der ersten Richtung) eine Ausdehnung aufweist, die um einen Faktor von mindestens 5 größer ist als die Ausdehnung des Strömungsquerschnitts senkrecht zu dieser Richtung. Die Düse ist vorzugsweise derart ausgerichtet, dass die längere Seite der Düsenöffnung parallel zur Bauteilebene ausgerichtet ist. Durch eine Schlitzdüse kann eine besonders gleichmäßige Strömung des Kühlfluids erreicht werden. Dazu ist es besonders bevorzugt, dass die Düsenöffnung scharfe Kanten aufweist.

Die Düse ist in der zweiten Richtung abfallend ausgerichtet. Bei Betrachtung vom Erwärmungsabschnitt in Richtung auf den Kühlabschnitt ist die Düse also nach unten, in Richtung auf die Bauteilebene geneigt. Befindet sich ein Bauteil in der Vorrichtung, ist die Düse in der zweiten Richtung schräg auf das Bauteil ausgerichtet. Die Ausrichtung der Düse bezieht sich auf die Richtung, in der das Kühlfluid aus der Düse ausgetragen wird. Sofern dies in Form eines Flachstrahls erfolgt, ist die Ausrichtung anhand des Schwerpunktes des Flachstrahl, also entlang einer Achse des Flachstrahls definiert.

Durch die beschriebene Ausrichtung der Düse wird das Kühlfluid in eine Richtung ausgetragen, die auf ein in der Vorrichtung befindliches Bauteil und von dem Erwärmungsabschnitt weg gerichtet ist. Nachdem das Kühlfluid auf das Bauteil aufgetroffen ist, strömt das Kühlfluid in der zweiten Richtung an der Bauteiloberfläche entlang. Das Kühlfluid hat also einen Impuls mit einer Komponente, die in die zweite Richtung und damit von dem Erwärmungsabschnitt weg weist. Dadurch kann der zweite Bereich des Bauteils gekühlt werden, wobei besonders wenig Kühlfluid in den Erwärmungsabschnitt gelangt. Insoweit kann eine besonders scharfe Abgrenzung der thermischen Behandlung des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs erreicht werden. Die Breite des Übergangsbereiches kann auf ein unvermeidbares Minimum reduziert werden, welches sich durch die Wärmeleitung innerhalb des Bauteils ergibt. Die beschriebene Ausgestaltung kann als eine „aerodynamische Abdichtung" zwischen dem Erwärmungsabschnitt und dem Kühlabschnitt bezeichnet werden. In Versuchen wurde herausgefunden, dass die Abgrenzung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich noch dadurch verstärkt werden kann, dass die Düse einen Fluidkanal mit einem vor die Düse vorgelagerten geraden Abschnitt aufweist, was entsprechend bevorzugt ist. Der Fluidkanal ist also vorzugsweise jedenfalls in dem an die Düsenöffnung angrenzenden Abschnitt gerade ausgebildet. Das Kühlfluid strömt in dem Fall entlang eines geraden Strömungspfades, unmittelbar bevor es aus der Düsenöffnung austritt. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Strahlausbildung erreicht. Diese bewirkt, dass besonders wenig von dem Kühlfluid in den Erwärmungsabschnitt gelangt. Somit kann eine besonders scharfe Abgrenzung der Bereiche des Bauteils erreicht werden. Zudem kann der zweite Bereich durch die gleichmäßige Strahlausbildung besonders gleichmäßig gekühlt werden. Alternativ zu einem der Düsenöffnung vorgelagerten geraden Abschnitt kann der Düsenöffnung auch ein gekrümmter Abschnitt vorgelagert sein. Dies kann je nach Bauteilgeometrie sinnvoll sein.

Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders gleichmäßige Strahlausbildung insbesondere in der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erreicht wird, in der der Fluidkanal einen vor die Düsenöffnung vorgelagerten geraden Abschnitt mit einer Länge von mindestens 5 mm aufweist.

Die Länge des geraden Abschnitts ist entlang des Fluidkanals gemessen. . Vorzugsweise weist der gerade Abschnitt des Fluidkanals eine Länge im Bereich von 5 mm und 40 mm auf, insbesondere im Bereich von 10 bis 15 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse zumindest teilweise in der zweiten Richtung abfallend geneigt.

An der Düsenöffnung hat das Kühlfluid eine sehr hohe Austrittsgeschwindigkeit. Nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten entsteht so ein starker Unterdrück, der dazu führt, dass große Mengen Luft aus der Umgebung der Düsenöffnung mitgerissen werden. Der so insgesamt bewegte Massenstrom kann bis zu 100-fach höher sein als der Massenstrom des Kühlfluids. Durch diesen Umstand kann das Bauteil besonders effizient gekühlt werden. Das gilt in der vorliegenden Ausführungsform umso mehr, als dass der Fluss der mitgerissenen Luft aus der Umgebung der Düsenöffnung gezielt geleitet wird. Dazu wird die Außenwand der Düse, die dem Erwärmungsabschnitt zugewandt ist, als Leitfläche genutzt. Diese Außenwand der Düse ist zumindest teilweise in der zweiten Richtung abfallend geneigt. Durch diese Neigung wird Luft aus der Umgebung der Düsenöffnung so mitgerissen, dass die mitgerissene Luft auf das Bauteil und von dem Erwärmungsabschnittweg strömt. Wie auch das Kühlfluid selbst strömt die mitgerissene Luft also so, dass von der mitgerissenen Luft besonders wenig in den Erwärmungsabschnitt gelangt. Auch dies trägt dazu bei, die Bereiche des Bauteils besonders scharf voneinander abzugrenzen.

Es ist bevorzugt, dass die Außenwände der Düse keine scharfen Kanten aufweisen. Die Düse kann somit möglichst widerstandsarm von Luft umströmtwerden, so dass die Luft möglichst ungehindert zur Düsenöffnung gelangen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Trennwand zwischen dem Erwärmungsabschnitt und dem Kühlabschnitt, wobei eine dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse in der zweiten Richtung von der Trennwand beabstandet ist.

Die Trennwand kann auch als eine Schottwand bezeichnet werden. Durch die Trennwand können der erste Bereich und der zweite Bereich besonders scharf voneinander getrennt werden. Die Trennwand ist vorzugsweise parallel zu der dem Erwärmungsabschnitt zugewandten Außenwand der Düse ausgerichtet. Die Trennwand reicht vorzugsweise bis knapp oberhalb des Bauteils, so dass ein verbleibender Spalt zwischen dem Bauteil und der Trennwand möglichst klein ist. Um Bauteile verschiedener Dicken in der Vorrichtung behandeln zu können, ist die Trennwand vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser Spalt eine verstellbare Ausdehnung hat.

Die dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse ist in der zweiten Richtung von der Trennwand beabstandet. Es ist also ein Spalt zwischen der Trennwand und der Düse ausgebildet, durch welchen die Luft strömen kann, die an der Düsenöffnung mit dem Kühlfluid mitgerissen wird. Durch eine derartige Luftströmung kann besonders viel Luft an der Düsenöffnung von dem Kühlfluid mitgerissen werden, so dass der zweite Bereich des Bauteils besonders effizient gekühlt werden kann. Die Trennwand ist vorzugsweise Teil eines Düsen kastens, der neben der Trennwand eine Deckelplatte umfasst. Die Deckelplatte ist in einer bevorzugten Ausführungsform von der Vorrichtung umfasst und im Kühlabschnitt oberhalb der Düse angeordnet. Die Trennwand und die Deckelplatte grenzen vorzugsweise aneinander an und können sogar einstückig miteinander ausgebildet sein.

Der von der Trennwand und der Deckelplatte gebildete Düsenkasten stellt vorzugsweise zumindest einen Teil einer Begrenzung des Kühlabschnitts dar. Durch den Düsenkasten kann der zweite Bereich des Bauteils besonders effizient gekühlt werden. Insbesondere kann durch den Düsenkasten eine Ausbreitung des Kühlfluids eingeschränkt werden, wodurch der Verbrauch des Kühlfluids gering gehalten werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Leitblech, welches im Kühlabschnitt auf einer dem Erwärmungsabschnitt abgewandten Seite der Düse und parallel zu der Bauteilebene angeordnet ist.

Bei Betrachtung entlang der zweiten Richtung ergibt sich in dieser Ausführungsform folgende Reihenfolge: Erwärmungsabschnitt, optionale Trennwand, Kühlabschnitt mit - in dieser Reihenfolge - Düse und Leitblech.

Das Leitblech ist vorzugsweise von der Düse beabstandet angeordnet, so dass Luft zwischen der Düse und dem Leitblech her strömen kann. Diese Luft kann durch das aus der Düsenöffnung austretende Kühlfluid mitgerissen werden. Dies erfolgt zusätzlich zu der Luft, die an der dem Erwärmungsabschnitt zugewandten Außenwand der Düse entlang strömt und ebenfalls durch das aus der Düsenöffnung austretende Kühlfluid mitgerissen wird.

Das Leitblech ist parallel zur Bauteilebene orientiert, liegt also in einer Ebene, die durch die erste und die zweite Richtung aufgespannt wird. Das Leitblech erstreckt sich in dieser Ebene vorzugsweise so weit, dass es den zweiten Bereich des Bauteils nahezu vollständig überdeckt. Vorzugsweise hat das Leitblech in der ersten Richtung eine Ausdehnung im Bereich von 10 bis 200 mm. Vorzugsweise hat das Leitblech in der zweiten Richtung eine Ausdehnung im Bereich von 50 bis 250 mm. Das Leitblech ist in der dritten Richtung oberhalb der Bauteilebene angeordnet - also auf der Seite des Bauteils, an der auch die Düse angeordnet ist. Durch das Leitblech wird mit dem Bauteil ein Kanal gebildet, durch den das Kühlfluid und die von diesem mitgerissene Luft über das Bauteil strömen kann. Dieser Kanal ist von dem Fluidkanal innerhalb der Düse zu unterscheiden. Durch das Leitblech kann verhindert werden, dass es zu unerwünschten Verwirbelungen kommt. Das kann insbesondere bei Bauteilen mit einer großen Ausdehnung in der zweiten Richtung auftreten. Durch das Leitblech eignet sich die Vorrichtung daher besonders für große Bauteile.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine der Düse zugewandte Kante des Leitblechs abgerundet.

Eine abgerundete Kante kann insbesondere dadurch erhalten werden, dass die Kante eines dünnes Leitblechs gebogen wird oder dadurch, dass die Kante eines dicken Leitblechs mechanisch bearbeitet wird, so dass eine zunächst scharfe Kante gebrochen wird.

Durch die abgerundete Kante des Leitblechs wird die Strömung des Kühlfluids und der von dieser mitgerissenen Luft verbessert. Insbesondere werden Turbulenzen reduziert oder sogar verhindert, die an einer scharfen Kante entstehen könnten. Zudem kann insbesondere bei einem dünnen Leitblech dessen Stabilität durch die abgerundete Kante verbessert werden.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist an dem Leitblech mindestens ein Distanzstift angeordnet, um das Bauteil von dem Leitblech auf Distanz zu halten.

In dem durch das Leitblech und das Bauteil gebildeten Kanal bleibt die Strömungsgeschwindigkeit annähernd gleichbleibend hoch. Durch einen im Kanal entstehenden Unterdrück kann es daher zu Auftriebskräften kommen. Dünne und/oder große Bauteile können dadurch angehoben werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies durch die Distanzstifte eingeschränkt. Der mindestens eine Distanzstift ist vorzugsweise entlang der dritten Richtung ausgerichtet. Der mindestens eine Distanzstift erstreckt sich vorzugsweise von dem Leitblech entgegen der dritten Richtung, insbesondere bis zu einer Position, die sich im normalen Betrieb knapp oberhalb der Bauteiloberfläche befindet.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung hat der Fluidkanal in einem der Düsenöffnung vorgelagerten geraden Abschnitt senkrecht zur ersten Richtung eine konstante Breite im Bereich von 0,1 bis 3 mm.

Die Breite des Fluidkanals senkrecht zur ersten Richtung ist definiert als der kleinste Abstand der beiden gegenüberliegenden Seitenwände des Fluidkanals bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zur ersten Richtung. Diese Breite ist in der vorliegenden Ausführungsform im gesamten geraden Abschnitt gleich und liegt im Bereich von 0,1 bis 3 mm. Der Strömungsquerschnitt für das Kühlfluid ergibt sich durch die so definierte Breite und die Ausdehnung des Fluidkanals entlang der ersten Richtung. Vorzugsweise hat der Fluidkanal entlang der ersten Richtung eine Ausdehnung im Bereich von 10 bis 300 mm, insbesondere im Bereich von 60 und 100 mm. Dadurch kann der zweite Bereich mit ausreichend Kühlfluid beaufschlagt werden, um den zweiten Bereich zu kühlen.

Liegt die Breite des Fluidkanals in dem genannten Bereich, kann ein scharf begrenzter Strom des Kühlfluids über die Bauteiloberfläche erreicht werden. Zudem kann besonders effizient Luft aus der Umgebung der Düsenöffnung mitgerissen werden. Insgesamt bewirkt die beschriebene Breite des Fluidkanals somit eine besonders effiziente Kühlung des zweiten Bereichs des Bauteils.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Düse unter einem ersten Winkel im Bereich von 15 bis 60° zur Bauteilebene ausgerichtet und/oder schließt eine dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse zumindest teilweise einen zweiten Winkel im Bereich von 15 bis 60° mit der Bauteilebene ein.

Der erste Winkel ist definiert zwischen der Bauteilebene und der Richtung, in der das Kühlfluid aus der Düse ausgetragen wird. Sofern dies in Form eines Flachstrahls erfolgt, ist der erste Winkel zwischen der Mittellinie des Flachstrahls, also zwischen der Achse des Flachstrahls, und der Bauteilebene definiert.

Vorzugsweise schließt ein ebener Abschnitt der dem Erwärmungsabschnitt zugewandten Außenwand der Düse einen zweiten Winkel im Bereich von 15 bis 60° mit der Bauteilebene ein. Dieser ebene Abschnitt erstreckt sich vorzugsweise bis zur Düsenöffnung. Durch diese Ausgestaltung strömt die von dem Kühlfluid mitgerissene Luft entlang eines geraden Strömungspfades, unmittelbar bevor die Luft die Außenwand der Düse verlässt. Dadurch kann diese Luft besonders gleichmäßig auf die Bauteiloberfläche gelangen. Dadurch kann besonders gut verhindert werden, dass Kühlfluid und/oder mitgerissene Luft in den Erwärmungsabschnitt gelangt. Zudem kann der zweite Bereich so besonders gleichmäßig gekühlt werden. Dazu ist es besonders bevorzugt, dass die dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse außerhalb des geraden Abschnitts des Fluidkanals parallel zum Fluidkanal ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der gerade Abschnitt des Fluidkanals auf seiner dem Erwärmungsabschnitt zugewandten Seite durch eine Außenwand gleichbleibender Dicke begrenzt ist. Dadurch strömen das Kühlfluid innerhalb des Fluidkanals und die von diesem mitgerissene Luft an der Außenwand der Düse über zueinander parallele, gerade Strömungspfade, bevor das Kühlfluid und die Luft die Düse verlassen. Dadurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige Strömung.

Vorzugsweise ist die Düse unter einem ersten Winkel im Bereich von 15 bis 60° zur Bauteilebene ausgerichtet und schließt die dem Erwärmungsabschnitt zugewandte Außenwand der Düse zumindest teilweise einen zweiten Winkel im Bereich von 15 bis 60° mit der Bauteilebene ein. Besonders bevorzugt sind der erste und der zweite Winkel gleich groß. Vorzugsweise betragen der erste Winkel und/oder der zweite Winkel jeweils 45°.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Behandeln eines Bauteils,

Fig. 2: eine Vergrößerung der Düse der Vorrichtung aus Fig. 1 und

Fig. 3: einen Strömungsquerschnitt der Düse der Vorrichtung aus Fig. 1. Fig. 1 zeigt Vorrichtung 1 zum thermischen Behandeln eines Bauteils 2. Die Vorrichtung 1 wird unter Verwendung eines Koordinatensystems beschrieben, das eine erste Richtung x, eine zweite Richtung y und eine dritte Richtung z aufweist, die paarweise zueinander senkrecht stehen. Die erste Richtung x und die zweite Richtung y spannen zusammen eine Ebene auf, die als Bauteilebene E bezeichnet wird. Das Bauteil 2 liegt in der Bauteilebene E (wobei eine Ausdehnung des Bauteils 2 in die dritte Richtung z vernachlässigt wird).

Die Vorrichtung 1 umfasst einen Erwärmungsabschnitt 3 mit einer Erwärmungseinrichtung 5 zum Erwärmen eines ersten Bereichs 7 des Bauteils 2 und einen Kühlabschnitt 4 mit einer Kühleinrichtung 6 zum Kühlen eines zweiten Bereichs 8 des Bauteils 2. Der Kühlabschnitt 4 ist dem Erwärmungsabschnitt 3 in der zweiten Richtung y nachgeordnet - in der Darstellung also rechts von dem Erwärmungsabschnitt 3 angeordnet.

Die Kühleinrichtung 6 weist eine Düse 9 zum Austragen eines Kühlfluids 10 auf das Bauteil 2 auf. Das Kühlfluid 10 ist durch Pfeile angedeutet. Über einen Anschluss

18 kann das Kühlfluid der Düse 9 zugeführt werden.

In der zweiten Richtung y ist die Düse 9 abfallend ausgerichtet. Das bedeutet, dass die Düse 9 in der Darstellung der Fig. 1 das Kühlfluid 10 nach rechts unten ausgibt. Die Düse 9 weist einen Fluidkanal 15 mit einer Düsenöffnung 16 und einem dieser vorgelagerten geraden Abschnitt 17 auf. Zudem ist auch eine dem Erwärmungsabschnitt 3 zugewandte Außenwand 11 der Düse 9 in der zweiten Richtung y abfallend geneigt. In der gezeigten Ausführungsform ist die Außenwand 11 parallel zu dem geraden Abschnitt 17 des Fluidkanals 15 ausgebildet.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Düsenkasten 22 mit einer Trennwand

19 zwischen dem Erwärmungsabschnitt 3 und dem Kühlabschnitt 4 und mit einer Deckelplatte 20, die im Kühlabschnitt 4 oberhalb der Düse 9 angeordnet ist. Die dem Erwärmungsabschnitt 3 zugewandte Außenwand 1 1 der Düse 9 ist in der zweiten Richtung y von der Trennwand 19 beabstandet. Die Trennwand 19 ist parallel zu der Außenwand 11 ausgerichtet. Auch umfasst die Vorrichtung 1 ein Leitblech 12, welches im Kühlabschnitt 4 auf einer dem Erwärmungsabschnitt 3 abgewandten Seite der Düse 9 und parallel zu der Bauteilebene E angeordnet ist. Eine der Düse 9 zugewandte Kante 13 des Leitblechs 12 ist abgerundet. Das ist in der Darstellung der Fig. 1 die linke Kante des Leitblechs 13. Diese ist nach unten gebogen und insoweit abgerundet. An dem Leitblech 12 sind mehrere Distanzstifte 14 angeordnet, um das Bauteil 2 von dem Leitblech 12 auf Distanz zu halten.

Die Vorrichtung 1 weist weiterhin Isolierungen 21 unterhalb des Erwärmungsabschnitt 3 und oberhalb des Düsenkastens 22 auf.

Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung der Düse 9 aus Fig. 1. Die Düse 9 ist Teil der Kühleinrichtung 6. Zu erkennen ist insbesondere der gerade Abschnitt 17 des Fluidkanals 15. Zudem ist die dem (hier nicht gezeigten) Erwärmungsabschnitt 3 zugewandte Außenwand 11 zu erkennen. Eingezeichnet ist zudem eine Länge l_g des geraden Abschnitts 17 des Fluidkanals 15. Diese beträgt mindestens 5 mm. Zudem ist eine Breite b_g des Fluidkanals 15 senkrecht zur ersten Richtung x eingezeichnet. Diese hat einen konstanten Wert im Bereich von 0, 1 bis 3 mm. Weiterhin ist ein erster Winkel a eingezeichnet, unter dem die Düse 9 zur Bauteilebene E ausgerichtet ist. Auch ist ein zweiter Winkel ß eingezeichnet, den die dem Erwärmungsabschnitt 3 zugewandte Außenwand 11 der Düse 9 mit der Bauteilebene E einschließt. Der erste Winkel und der zweite Winkel sind in der gezeigten Ausführungsform gleich groß und liegen im Bereich von 15 bis 60°.

Fig. 3 zeigt einen Strömungsquerschnitt der Düse der Vorrichtung aus Fig. 1. Eingezeichnet ist die Düsenöffnung 16, deren Breite der Breite b_g des geraden Abschnitts 17 des Fluidkanals 15 entspricht. Zudem ist eine Ausdehnung a der Düsenöffnung 16 in der ersten Richtung x eingezeichnet.

Mit der beschriebenen Vorrichtung 1 können Bauteile 2, insbesondere Stahlbauteile für Kraftfahrzeuge, bereichsweise individuell thermisch behandelt werden, wobei eine besonders scharfe Abgrenzung zwischen den Bereichen 7,8 möglich ist. Dazu ist die Düse 9 von dem Erwärmungsabschnitt 3 weggerichtet und hat einen Fluidkanal 15 mit einer Düsenöffnung 16. Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Bauteil

3 Erwärmungsabschnitt

4 Kühlabschnitt

5 Erwärmungseinrichtung

6 Kühleinrichtung

7 erster Bereich

8 zweiter Bereich

9 Düse

10 Kühlfluid

11 Außenwand

12 Leitblech

13 Kante

14 Distanzstift

15 Fluidkanal

16 Düsenöffnung

17 gerader Abschnitt

18 Anschluss

19 Trennwand

20 Deckelplatte

21 Isolierung

22 Düsenkasten x erste Richtung y zweite Richtung z dritte Richtung

E Bauteilebene l_g Länge des geraden Abschnitts b_g Breite des geraden Abschnitts a Ausdehnung der Düsenöffnung a erster Winkel ß zweiter Winkel

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zum thermischen Behandeln eines Bauteils (2), welches in einer durch eine erste Richtung (x) und eine dazu senkrechte zweite Richtung (y) aufgespannten Bauteilebene (E) in der Vorrichtung (1) anordenbar ist, umfassend:

- einen Erwärmungsabschnitt (3) mit einer Erwärmungseinrichtung (5) zum Erwärmen eines ersten Bereichs (7) des Bauteils (2),

- einen Kühlabschnitt (4) mit einer Kühleinrichtung (6) zum Kühlen eines zweiten Bereichs (8) des Bauteils (2), wobei der Kühlabschnitt (4) dem Erwärmungsabschnitt (3) in der zweiten Richtung (y) nachgeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung (6) eine Düse (9) zum Austragen eines Kühlfluids (10) auf das Bauteil (2) aufweist, wobei die Düse (9) in der zweiten Richtung (y) abfallend ausgerichtet ist, und wobei die Düse (9) einen Fluidkanal (15) mit einer Düsenöffnung (16) aufweist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (15) einen der Düsenöffnung (16) vorgelagerten geraden Abschnitt (17) mit einer Länge (l_g) von mindestens 5 mm aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine dem Erwärmungsabschnitt (3) zugewandte Außenwand (11) der Düse (9) zumindest teilweise in der zweiten Richtung (y) abfallend geneigt ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Trennwand (19) zwischen dem Erwärmungsabschnitt (3) und dem Kühlabschnitt (4), wobei eine dem Erwärmungsabschnitt (3) zugewandte Außenwand (11) der Düse (9) in der zweiten Richtung (y) von der Trennwand (19) beab- standet ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Deckelplatte (20), die im Kühlabschnitt (4) oberhalb der Düse (9) angeordnet ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Leitblech (12), welches im Kühlabschnitt (4) auf einer dem Erwärmungsab- schnitt (3) abgewandten Seite der Düse (9) und parallel zu der Bauteilebene (E) angeordnet ist.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei eine der Düse (9) zugewandte Kante (13) des Leitblechs (12) abgerundet ist.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei an dem Leitblech (12) mindestens ein Distanzstift (14) angeordnet ist, um das Bauteil (2) von dem Leitblech (12) auf Distanz zu halten.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (15) in einem der Düsenöffnung (16) vorgelagerten Abschnitt (17) senkrecht zur ersten Richtung (x) eine konstante Breite (b_g) im Bereich von 0,1 bis 3 mm hat.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Düse (9) unter einem ersten Winkel (a) im Bereich von 15 bis 60° zur Bauteilebene (E) ausgerichtet ist und/oder wobei eine dem Erwärmungsabschnitt (3) zugewandte Außenwand (11) der Düse (9) zumindest teilweise einen zweiten Winkel (ß) im Be- reich von 15 bis 60° mit der Bauteilebene (E) einschließt.