CN111615614B - 一种用于板材热处理的温度控制单元的炉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于热处理板材，特别是金属板材的炉装置的温度控制单元。温度控制单元具有温度控制体，温度控制体布置在炉装置的炉壳上。温度控制体具有多个容纳孔。此外，温度控制单元具有多个温度控制销，其中温度控制销相对于温度控制体可移动的安装在容纳孔中。温度控制销的控制方式使得温度控制销的温度控制组可以从温度控制体向板材方向延伸，从而在温度控制销的温度控制组和板材的预定温度控制区之间产生热接触。

Description

一种用于板材热处理的温度控制单元的炉装置

技术领域

本发明涉及一种用于板材热处理的温度控制单元的炉装置，此外，本发明涉及一种具有至少两个温度控制单元的温度控制系统以及一种用于操作温度控制单元的方法。

发明背景

在金属部件的制造中，对单个(微)结构区域和具有所需强度的相应区域的精确可调节性提出了更高的要求。例如，在用于汽车的车身结构中，优选具有重量轻而同时具有所需的强度和所需的变形特性的部件。在发生碰撞时可能承受特别高的负载的车身区域，使用了由高强度钢制成并具有不同延展性区域的冲压硬化部件。例如，汽车的A柱和B柱、保险杠和车门防撞梁。部件由具有不同延展性区域，如由具有不同热处理区域的金属板制成。金属板的不同区域的不同热处理是可控的，例如通过有针对性地设定不同的温度和/或冷却曲线来控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于精确调节板材结构区域的装置。

该目的通过根据独立权利要求的用于对板材进行热处理的炉装置的温度控制单元、温度控制系统以及用于操作温度控制单元的方法来解决。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于炉装置的温度控制单元，该炉装置用于对板材(或坯料，或板条)，特别是金属板材进行热处理。温度控制单元具有一个或多个温度控制体，其可布置在炉装置的炉腔内。温控控制体具有多个容纳孔(特别是设计成为通孔)。此外，温度控制单元具有多个温度控制销，其中，温度控制销相对于温度控制体可移动地安装在容纳孔中。温度控制销可由如下方式控制，温度控制销的温度控制组可以从温度控制体沿着朝向板材的方向延伸，从而使温度控制组的温度控制销和板材的预定温度控制区之间形成热接触。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于炉装置的温度控制单元的操作方法，该炉装置用于对板材(或坯料，或板条)，特别是金属板进行热处理。根据该方法，温度控制销可由如下方式控制，温度控制销的温度控制组可以从温度控制体沿着朝向板材的方向延伸，从而使温度控制销的温度控制组与板材的预定温度控制区之间形成热接触。温度控制体可布置在炉装置的炉腔中，其中温度控制体具有多个容纳孔，并且温度控制销相对于温度控制体可移动地安装在容纳孔中。

板材(或坯料，或板条)指金属工件/或半成品，可加工出具有所需形状和延展性的组件。例如，板材是厚度小于约2cm，特别是小于约1cm的金属板。通过金属工件，可以制造出如机动车部件的金属装置。例如，汽车的A柱或B柱，汽车的保险杠或防撞梁。

加热炉装置用于加热板材。板材在炉装置中加热或冷却至所需温度，如奥氏体化温度。奥氏体化温度为从750℃左右至1000℃左右，其中，奥氏体化温度的下限取决于金属成分的材料 (钢和合金成分)。在奥氏体化温度以上，金属部件中存在完整的奥氏体结构(或奥氏体微观结构)。

温度控制单元可以在炉腔的高温区域(最高1000℃)中冷却板材(例如，金属片材，也可以是金属带材)，以实现在板材的不同区域有不同的硬度值。在此，可以根据温度控制组的设置来可变地调节从硬区到软区的转变范围。板材所需的温度控制区域通过下面更具体定义的温度控制销的温度控制组来具体地进行温度控制，即加热或冷却。

此外，接触式冷却体和/或温度控制单元可在炉内不同的气氛(空气、干燥空气、保护气体) 中使用。待处理的板材(片材或带材)可以涂有各种金属或金属氧化物涂层(热浸镀铝、热浸镀锌等)。

炉装置具有一个或多个不同的炉腔。例如，可以在每个炉腔设定特定的温度，从而使板材在各个不同的炉腔中可以进行特定温度的加热或冷却。特别地，炉装置可以设计为可在炉腔中设置随时间变化的预定温度曲线。当板材处于炉壳内的炉腔中时，该温度曲线就会作用在板材上。例如，炉装置可以设计成在整个温度控制流程中，板材固定停留在某一个炉腔内。可替代地，炉装置可以设计成例如连续炉形式，这样可以使得板材可由输送装置顺序地或连续地通过炉腔或通过沿输送方向布置的多个炉腔。

随时间变化的预定温度曲线(例如，加热曲线和/或冷却曲线)描述了温度的空间和/或时间温度曲线，该温度曲线可在特定的炉腔中设定并作用于整个板材上和/或板材的预定区域上。例如，在炉装置中，可以在第一炉腔中将板材加热到预定温度，并且在另一时间和/或在第二炉腔中，设置不同的温度，该温度作用在板材上进行冷却或进一步加热。

为此，加热元件或冷却元件可以布置在炉腔内，以便在炉腔中设置所需的温度分布，使得板材可被选择性地加热、冷却或保持在相同的温度。例如，可以将炉装置的炉腔内的温度设定在大约100℃至大约1000℃之间。

为了选择性地设置板材的不同的延展性区域，有选择性地对板材的特定区域进行不同时间的加热，特别是不同时间的冷却，从而在板材的不同区域得到不同的(微)结构。优选的，在加热金属部件的过程中，加热速率可以从大约1K/s到大约20K/s。为了选择性地设置板材的不同的延展性区域，在时间上选择性地对板材的特定区域进行不同的加热，通过炉腔的温度控制，尤其是下面进一步详细描述的带状元件的温度控制，金属部件的各区域也可以被冷却，可实现冷却速度为大约1K/s至大约40K/s。

优选地，在本发明中，预定的温度控制区域可以用温度控制销的温度控制组选择性地控制温度，即加热或冷却，以便在温度控制区域中设置所需的(微)结构区域。在此，优选地，可以例如通过使温度控制销的温度控制组与板材的预定表面区域(温度控制区)热接触来缓慢或快速地冷却待冷却板材的预定温度控制区。或者，通过使温度控制销的温度控制组与要快速加热的板材的预定温度控制区域热接触，可以特别快速地加热板材的预定区域。

在下文中，表述“热接触”应理解为是指两个相应的元件之间的热相互作用。例如一边是温度控制销，而另一边是板材，因此可以在相应的两个元件之间快速进行温度交换。优选的，在相应的两个元件(例如一边是温度控制销和另一边是板材)之间的这种快速的温度交换可以通过以下方式实现：温度控制组的温度控制销存在、和/或与板材的温度控制区进行物理接触。这意味着，例如，温度控制组的温度控制销接触板材的所需区域(温度控制区域)，以便可以快速交换热能。从而使板材的温度控制区域达到冷却或加热的效果。

此外，热接触可理解为，在温度控制组的温度控制销与板材的温度控制区域之间存在小的距离，即，在大约1毫米至大约5厘米之间的距离，以便能够得到具有相应不同硬度的规定(微观)结构。

特别地，温度控制体具有高的蓄热能力，从而其可以执行温度控制销的温度控制(加热或冷却)。如下面关于各种示例性实施例进一步详细描述的，温度控制体可以互换地布置在炉腔中和/或设置有冷却或加热装置(例如温度控制装置)。温度控制体例如可以是中空体，其填充有冷却介质。冷却介质可以例如是液体或气体介质，例如水或其他合适的液体或气体。温度控制体的外壁可以由具有高导热率的材料例如金属材料制成。

温度控制体具有大量的容纳孔，其中每一个容纳孔中分别可以插入一个温度控制销。根据板材的温度控制区域(即要通过温度控制销进行温度控制的区域)的功能，可以将特定的温度控制销组合到温度控制组中，并且可以朝着板材的方向移动。因此，可以将温度控制组的温度控制销布置成在第一位置和第二位置之间可移动，使得温度控制组的温度控制销在第一位置处与板材间隔一定距离二而不发生热接触，并且在第二位置与板材进行热接触。不属于温度控制组的温度控制销不会移动，而是保持在第一位置，即与板材保持一定距离。温度控制销可以直接放置在板材的表面上。板材的表面轮廓的凸起使相应的温度控制销朝着温度控制体的方向移动，而板材的表面的轮廓的凹陷使相应的温度控制销远离温度控制体。因此，即使对于表面不均匀的板材，温度控制销也可以放置在板材的表面上。因此，即使对于不平整的板材，也可以实现板材的均匀的温度控制(加热或冷却)。温度控制单元形成例如接触式冷却器(所谓的指甲冷却器)。温度控制销例如与板材形成接触元件。

温度控制组的温度控制销可移动地布置在温度控制体的相应容纳孔中，使得第二位置的温度控制销可以放置在板材的表面上，并且能够适应板材的表面的轮廓。温度控制销的配置方式能够补偿板材的不均匀性。当板材冷却时，它会发生变形。在一个实施例中，温度控制销可以自由地悬挂在冷却器和/或温度控制体中，并可在朝向板材的方向上自由移动，从而可以补偿不均匀性。

温度控制销例如由钢或高温导电材料，例如镁、铜或铝构成。温度控制销的直径约为4 至15毫米。例如，温度控制销的长度约为5至约50厘米，优选为10至约20厘米。

温度控制体例如也由钢或导热材料构如铜构成。在示例性实施例中，温度控制销具有例如大约4.8毫米的直径。相应地，容纳孔的直径可以为大约5毫米。为了更好的引导或冷却效果和/或为了快速重新冷却温度控制销，温度控制体可以具有大约10至大约50厘米的厚度。

根据本发明，温度控制组可以被灵活地扩展和/或修改并且相应地适合于板材的不同的温度控制区域。为此，可以单独地或智能成组地控制温度控制销，特别是利用稍后详细描述的控制机构。因此，可以根据需要定义温度控制组，该温度控制组以预定的温度曲线(例如，以定义的冷却速率)冷却板材的特定温度控制区域，而温度控制区域周围的板材区域不受温度控制组的温度控制销的温度控制。

根据另一示例性实施例，温度控制体具有用于温度控制流体的温度控制通道，用于对温度控制体进行温度控制。温度控制体可以例如配置为空心型材并且因此形成内部的冷却体积和/ 或温度控制通道。容纳孔可以布置在温度控制体中预定的行和列中。温度控制通道围绕容纳孔延伸。温度控制体中的温度控制通道和/或温度控制体积可以通过流体连接件填充和排空流体。优选地，用于控制温度的流体是气态或液态。例如，介质可以是用于冷却温度控制体的冷却剂和/或冷却液。因此，可以实现温度控制体的液体冷却/加热，使得与温度控制体热接触的温度控制销可被恒定地温度控制。

根据另一示例性实施例，温度控制体通过增材制造来制造。根据本申请的增材制造的特征在于例如3D打印，其中，温度控制体是逐层制造的。在此，可以使用3D打印的不同变体。在 3D打印的第一变体中，将可打印的材料引入例如印刷头中。随后，可打印材料在打印头中熔化。印刷头可以是可加热的挤出机，材料被送入其中。材料在挤出机内熔化，使得材料可以通过挤出机(例如通过挤出机喷嘴)转移至载体层，在其上施加和/或插入熔融的材料。打印头和载体层可以相对地移动。在温度控制体引入/施加的层固化(硬化)之后，再通过打印头打印温度控制体部分的下一层。

在另一个变体中，3D打印还可以包括将可印刷的材料，特别是粉末状材料施加到支撑表面上，该材料随后被加热地、光敏地或通过粘合剂固化。粘合剂粘合粉末状材料的单个颗粒，从而形成相应的层。可以通过打印头将粘合剂施加到粉末层上。在用粉末进行3D打印期间，第一(底部)层通过流体粘合剂施加到粉末层上。3D打印机在粉末床的第一层上绘制3D图像，并将粉末的材料颗粒粘合在一起。在此步骤之后，将另一层粉末薄层施加到第一层上，并重复 3D打印过程以创建第二层。以此方式，温度控制体的三维模型是通过层层粉末粘合而成的。在这种情况下，温度控制体从底部向上生长。为此目的，降低粉末床，例如降低粉末层的高度。粉末和粘合剂可以由不同的材料组成。

在另一个变体中，不使用将材料颗粒粘结在一起的粘合剂，而采用熔化各个层，即使用热处理设备，如激光。这种热处理方法称为选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)。由于要对材料进行热处理，因此可以使用金属，陶瓷或沙子。当使用SLS或SLM作为制造方法时，粉末材料的层通过激光形成，其中激光熔化或烧结粉末材料以形成至少一层温度控制体。

此外，用于形成温度控制体的可印刷材料可以通过可控电子束的增材制造来熔融，这被称为电子束熔融(EBM)。该制造工艺允许使用具有熔点较高的材料，例如用于熔化钛材料。

例如，可打印材料通过进料喷嘴施加。可打印材料，例如粉末，由进料喷嘴提供，以便将要应用的可打印材料从进料喷嘴喷出。通过材料供给喷嘴，可以提供精确量的材料，使得仅待印刷的部件载体部分被(新的)印刷材料层覆盖，以形成温度控制体。例如，用于形成温度控制体的另一层的进料喷嘴是可移动的。根据进料喷嘴的运动，可以调节要形成的层的厚度和位置。可以重复该步骤，直到获得层的最终厚度。因此，通过喷涂可印刷材料逐层形成温度控制体。

根据一个变体，将温度控制体的一层放置在如液体或粉末材料的床中。所述温度控制体的一层固化在所述材料床的表面和所述基板之间。固化或固结可以通过处理装置来进行，该处理装置可以被配置为向材料床的表面施加热能和/或发射预定波长的光以使材料床的表面光聚合。液体流体材料例如是光敏材料，特别是在激光的紫外线下可光敏固化的液体材料。作为使用流体材料的另一种制造工艺，可以应用所谓的多喷嘴建模，多喷射建模。在这种方法中，流体材料在施加过程中直接由光源固化。

根据另一示例性实施例，温度控制体具有套圈，所述套圈布置在容纳孔中。套圈可以例如由导热性高的材料制成。温度控制体具有例如多孔板，其中孔形成容纳孔。将套圈插入这些容纳孔中并焊接到热交换器和/或温度控制体上。例如，容纳孔和/或套圈可以垂直放置并在真空炉中焊接。焊接接头也可以通过在保护性气体中进行熔炉焊接或直接焊接来制造。

温度控制体例如可以一体地制造。或者，温度控制体可以由多个模块制成，然后将其焊接在一起。模块可以可拆卸地连接在一起或者可以通过焊接或钎焊固定地连接在一起。

根据另一示例性实施例，温度控制销具有圆柱形形状，该圆柱形形状具有圆形，椭圆形或多边形，尤其是四边形的基面。优选地，当将温度控制销设计成圆柱形并且具有正方形的基部面积时，可以非常密集的布置与温度控制体中的容纳孔相对应的温度控制销的行和列。这样，可以提供相应的高分辨率的温度控制销，该高分辨率的温度控制销可以移入温度控制体的相应的容纳孔中。因此，可以非常精确地设定和改变温度控制区(或以许多不同的方式)。

根据另一示例性实施例，至少两个温度控制销的直径(和/或边缘长度)不同。根据另一实施例，至少两个容纳孔的直径不同。换句话说，可以使用具有不同轮廓厚度的温度控制销。因此，例如，容纳孔和相应的温度控制销在中心(或中心区域)的直径可以大于中心周围的容纳孔和温度控制销的直径。如果几个销钉和/或彼此靠近布置的容纳孔位于中心周围的外围区域，则由于温度控制销钉的密度高，尤其是在边缘区域，可以非常精确地定义一个温度控制区域，而较大的温度控制销可以在中心使用，例如，其与板材形成较大的接触表面，并与板材形成良好的热接触。

根据温度控制组和温度控制销的几何形状，并通过改变销子的尺寸和/或冷却能力来设置不同的温度控制区域，即板材的冷却区域，这些区域具有均一或不均一且可调节的硬度范围。

根据另一示例性实施例，温度控制体的第一区域中的容纳孔的密度(每单位面积的容纳孔的数量)不同于温度控制体第二区域中的容纳孔的密度(每单位面积的容纳孔的数量)。换句话说，在温度控制体的第一区域中的两个容纳孔之间的第一距离不同于在温度控制体的第二区域中的两个容纳孔之间的第二距离。因此，布置在容纳孔中的温度控制销的数量在温度控制体的不同区域中也可以不同。通过改变容纳孔之间的孔距离，可以调节冷却能力，并且可以局部地不同，例如，从一个区域到另一个区域。因此，也可以对柔性轧制板进行热处理。局部变化的板厚要求温度控制销有不同的冷却能力。通过控制在不同区域中的温度控制销的数量，使冷却能力适应板的板厚度，仍然可以在不同的板厚度区域中实现相同的(微观)结构特性。

根据另一示例性实施例，温度控制单元具有控制板，温度控制销连接至该控制板。所述控制板布置在温度控制体的背离所述板材的一侧，其中所述控制板相对于温度控制体可移动地布置，使得控制板可以通过温度控制体的容纳孔移动温度控制销(尤其是温度控制组的温度控制销)。

例如，温度控制销，特别是温度控制组的温度控制销可以不可移动地固定到控制板上，使得控制板在朝温度控制体的方向移动时，在朝向板材的方向上推动温度控制销穿过接收孔，或者在朝着温度控制体的方向相反方向移动时，将温度控制销从板材上移开。

控制板例如可以通过控制马达相对于温度控制体运动，可以以电，磁和/或电磁或液压方式控制马达。

根据另一示例性实施例，控制板具有通孔，其中，温度控制销可移动地安装在该通孔中。每个温度控制销具有一个销头，该销头的直径大于相应的通孔的直径，在该通孔中插入了相应的温度控制销。将温度控制销插入到相应的通孔中，以防止销头在朝温度调节体的方向脱落。例如，温度控制单元可以以这样的方式对准，温度控制销由于重力而朝着板材移动，直到销头搁在控制板上，并且停止温度控制销进一步向板材移动。如果温度控制销承受到重力方向相反的压力，例如由于板材上的升高或由于保持机构和/或由于相关的容纳孔在温度范围内的锁定，温度控制销仍可以相对于控制板沿与重力相反的方向向上移动。

例如，温度控制体的某些容纳孔可以被特别地封闭，使得温度控制组的温度控制销仅可以被引导通过未封闭的容纳孔。在这种情况下，例如，控制板可以沿重力方向或朝着温度控制体的方向移动，从而使温度控制组的温度控制销朝着板材的方向穿过温度控制体，在温度控制组之外的其他温度控制销位于温度控制体上，且不会朝着板材的方向移动。

根据另一示例性实施例，控制板可在距温度控制体一定距离处移动，使得在控制板与温度控制体之间形成中间空间，温度控制销至少有部分出现在该中间空间。可将用于温度控制的温度控制流体(温度控制销的一部分)引入中间空间。例如，可以将冷却流体或冷却气体引入该中间空间，以便执行温度控制销的温度控制。

根据另一示例性实施例，温度控制单元具有用于将温度控制体与板材热绝缘的隔热元件。隔热元件设置在温度控制体上，使得温度控制组的温度控制销可从温度控制体向板材方向延伸的温度控制体的区域不受隔热元件的影响。隔热元件将温度控制体与这些区域中的板材隔热，其中温度控制体/温度控制销与板材之间需要热接触。隔热元件是例如耐热保温板或例如由矿物纤维构成的保温材料。不同种类的保温材料可以以层状结构组合使用。

根据另一示例性实施例，隔热元件布置在温度控制体上，使得隔热元件覆盖温度控制体的容纳孔，在该容纳孔中存在不属于温度控制组的温度控制销，以阻止相应的温度控制销朝着板材的方向运动。因此，隔热元件根据下面描述的控制模板起作用。

根据另一示例性实施例，温度控制单元具有控制模板，其中控制模板具有用于温度控制组的温度控制销的预定通孔图案，其中通孔图案指示了板材的温度控制区域(即板上的通孔图案的投影提供了温度控制区域)。根据通孔的图样，控制模板以预定的方向布置在温度控制体上，仅温度控制组的温度控制销可穿过控制模板的通孔，以及通过温度控制体的容纳孔，以在温度控制组的温度控制销与板材的温度控制区之间产生热接触。在此，控制模板还可以被配置为板材和温度控制体之间的隔热体，并且还可以设置有通孔。

根据另一示例性实施例，控制模板可互换地附接到温度控制体。例如，控制模板可以通过可拆卸的连接装置，例如螺钉连接或夹具连接，以可交换的方式附接到温度控制体。以此方式，可以附接具有不同通孔图案的不同控制模板，从而可以以同一方法快速地对板材的不同温度控制区域进行温度控制。

根据另一示例性实施例，温度控制体具有两个相对的导轨，在这两个导轨之间，控制模板以抽屉的方式可插入和固定。

根据另一示例性实施例，温度控制体具有内部空腔，控制模板可插入和固定在内部空腔中。优选地，引导条可以布置在温度控制体的与板材相对的表面上，使得控制模板可以布置在温度控制体与控制板之间。

根据另一示例性实施例，温度控制单元还具有控制机构，该控制机构连接至温度控制体，使得仅温度控制组的温度控制销可从温度控制体向板材的方向伸出。例如，控制元件和/或控制电机，其气动或电动驱动温度控制销，可与每个温度控制销相关联。这样，通过单个温度控制销的控制，可以形成与板材的温度控制区相对应的所需要的温度控制组。

根据另一示例性实施例，控制机构具有磁性机构，该磁性机构被配置为产生指示板材材温度控制区形状的磁场。磁性机构与温度控制体的连接，使得仅温度控制销的温度控制组能够从温度控制主体沿朝向板材的方向延伸。磁性机构可以例如具有多个可电动关闭的电磁体或永磁体，这些磁体可以单独地控制以便产生磁场。在此，磁场可以在温度控制组的温度控制销上施加排斥力，从而将温度控制销朝着板材的方向按压。或者，磁性机构的布置方式可以使得板材位于磁性机构和温度控制体之间。因此，磁场相应地吸引地作用在温度控制组的温度控制销上，并将温度控制组的温度控制销从温度控制体沿朝向板材的方向拉出。

根据另一示例性实施例，温度控制体的布置方式使得温度控制销可基于重力朝着板材的方向延伸。以这样的方式形成磁场，使得磁保持力作用在不属于温度控制组的温度控制销上，从而仅温度控制组的温度控制销是可延伸的。换句话说，磁场作用于不属于温度控制组的温度控制销上，即磁力从板材向温度控制体的方向作用。

因此，可以实现板材所需的冷却几何形状/温度控制区域的自动化(例如，通过对每个单独的销子和/或温度控制销的磁性控制或插入具有所需的冷却几何形状的不同控制模板)。

根据另一示例性实施例，温度控制单元具有多个复位弹簧，其配置方式使得一个复位弹簧与温度控制销相关联且以与其对应的方式连接至温度控制销，温度控制销可通过复位弹簧固定在远离板材的位置。换言之，使用压缩弹簧或拉伸弹簧，其弹簧力作用于从板材朝向温度控制体的方向，以使温度控制销远离板材。

可选的，复位弹簧也可以沿从温度控制体朝板材的方向延伸的方向起作用。复位弹簧因此用作驱动弹簧，并朝着板材方向推动温度控制销。控制机制，例如磁性机制因此作用在复位弹簧上，从而使例如不属于温度控制组的温度控制销沿朝温度控制体的方向移动或保持在温度控制体上。

根据另一示例性实施例，控制单元被配置为获取板材的位置数据，其中控制单元被进一步配置为基于位置数据选择温度控制组的温度控制销，以便基于板材的当前位置来生成板材的温度控制区域。

例如，通过传感器，例如照相机设备，距离传感器(例如超声传感器)和/或红外传感器，可以确定炉装置中的部件和/或板材的精确位置。基于该位置数据，控制单元可以确定板材所需温度控制区的当前位置。在此基础上，控制单元确定将构成温度控制组的温度控制销。在此基础上，控制单元控制控制板和/或控制机构，以便有选择地将温度控制组的温度控制销朝板材的方向移动，并使不属于温度控制组的温度控制销远离板材。

例如，在辊底炉中，辊道(或辊道输送机)上的板材可能发生横向扭曲或移动。如果由于这一原因，板材没有在温度控制单元(也称为定制温度控制单元)下的所需位置移动，则可以通过炉内或输出辊道上的传感器检测偏移或旋转，并通过每个温度控制单元的磁控制自动补偿。因此，无需在热区对中板材。此外，温度控制体可以自动填充温度控制销。

根据本发明的另一方面，温度控制系统至少具有两个温度控制单元，其可以根据上述温度控制单元来配置。至少两个温度控制单元可拆卸地彼此连接。因此，例如，多个温度控制单元可以例如通过螺栓连接可拆卸地彼此固定。因此，可以根据板材的所需轮廓和/或板材的温度控制区域布置任意多个温度控制单元。例如，如果需要对大的温度控制区域进行温度控制，则可以将具有对应的温度控制体和温度控制销的多个温度控制单元连接在一起。这样，可以建立模块化的温度控制系统，该系统可以灵活地适应温度控制区的必要要求。

在这方面，温度控制单元还具有固定装置，通过该固定装置，温度控制单元可以可拆卸地连接到炉壳，特别是在炉腔内部的炉壳的顶部盆状区域。例如，温度控制单元可以从炉壳上悬挂下来和/或用螺钉固定到炉壳上。因此，存在这样的可能性，即现有的炉装置也可以用根据本发明的温度控制单元进行改造。此外，具有温度控制单元的炉装置适用于不同尺寸的要控制温度的温度控制区域。用于控制温度控制单元的控制数据可以以例如有线或无线发送。因此，控制单元可以布置在炉壳的外部，其中例如温度控制体，温度控制销和控制机构布置在炉壳的内部。

使用模块化温度控制单元可以在现有系统或现有炉区中安装或改造温度控制单元，或通过用新区域替换现有区域来实现。温度控制单元的安装可以通过在炉壳侧面的炉帽(或炉盖)或炉塞(或炉插)来实现，而无需增加系统的长度。

注意，本文描述的实施例仅表示本发明可能的实施例变体的有限选择。因此，可以以适当的方式将各个实施例的特征彼此组合，从而对于本领域技术人员而言，在这里具有明确的实施例的情况下，多个不同的实施例可以认为是明显公开的。特别地，本发明的一些实施例是用设备权利要求描述的，本发明的其他实施例是用工艺权利要求描述的。然而，对于本领域技术人员而言，在阅读本申请后将立即知晓，除非另外明确指出，否则，除了属于本发明的一种类型的主题的特征组合之外，还包括本发明的不同类型主题的特征组合。

附图简要说明

为了进一步解释和更好地理解本发明，下面参照附图更详细地描述实施例示例，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的炉装置中的温度控制单元的示意图，

图2是根据本发明示例性实施例的温度控制体的示意性截面图，

图3是根据本发明示例性实施例的温度控制体的示意图，

图4和图5是根据本发明示例性实施例的在炉装置中的具有控制板的温度控制单元的示意图，

以及

图6是根据本发明示例性实施例的具有隔热元件的温度控制体的示意图。

示例性实施例的详细描述

在不同附图中相同或相似的部件设有相同的附图标记。附图中的图示是示意性的。

图1示出了根据本发明示例性实施例的炉装置100中的温度控制单元的示意图。温度控制单元对板材101，特别是金属板101进行热处理。温度控制单元具有温度控制体，其可布置在炉装置100的炉腔112中。温度控制体103具有多个容纳孔104。此外，温度控制单元具有多个温度控制销105，其中，温度控制销105相对于温度控制体103可移动地安装在安装孔104 中。温度控制销105是可控制的，使得温度控制销105的温度控制组106可从温度控制体103 沿朝向板材101的方向延伸，从而可以在温度控制销105的温度控制组106和板材101的预定温度控制区域之间形成热接触。

工业炉装置100用于加热板材101。板材101在炉装置100中被加热或冷却到所需的温度，例如奥氏体化温度。炉装置100具有一个炉腔112或多个不同的炉腔112。例如，可以在每个炉腔112中设定特定的温度，使得板材101暴露在每个炉腔112中的特定的温度下用于加热或冷却。具体地，炉装置100可以设置成在炉腔112中设置随时间变化的预定温度曲线。当板材 101位于炉装置100的炉壳102的炉腔112中时，该温度曲线作用在板材101上。例如，加热或冷却元件可以布置在炉腔112中，以便在炉腔112中设置所需的温度分布，从而使得板材 101以有针对性的方式加热、冷却或保持在相同的温度。

板材101的预定温度控制区由温度控制销105的温度控制组106选择性地温度控制，即加热或冷却，以便在温度控制区中设置所需的结构(或微观结构)区域。特别地，可以例如通过使温度控制销105的温度控制组106与预定表面积(温度控制区域)热接触来缓慢或快速地冷却板材101的预定温度控制区域，该区域将被冷却或加热。

在图1中，为了更好的观察，并非所有的温度控制销105和容纳孔104都设置附图标记。温度控制单元103相应地具有多个容纳孔104，在每个容纳孔中可分别引入一个温度控制销105。作为板材101的温度控制区域的功能，即要由温度控制销105进行温度控制的区域，可以将特定的温度控制销105组合以形成温度控制组106并朝着板材101的方向移动。因此，温度控制组106的温度控制销105可以在第一位置和第二位置之间移动地布置，使得温度控制组106 位于第一位置且与板材101保持一定距离而不与板材101热接触，而位于第二位置则与板材 101热接触。不属于温度控制组106的温度控制销105不移动并保持在第一位置，即与板材101 保持一定距离。温度控制销101可以直接放在板材101的表面上。板材101的表面轮廓的凸起使相应的温度控制销105朝着温度控制单元101的方向移动，板材101的表面轮廓的凹陷使相应的温度控制销105远离温度控制单元103。这样，即使用于表面不平整的板材，温度控制销 105也可以停留在板材100的表面上。

温度控制组106的温度控制销105可移动地布置在温度控制体103的各个容纳孔104中，使得温度控制销105可放置在板材101表面的第二位置上，并且适合于板材101的表面的轮廓。

可以灵活地扩展和/或改变温度控制组106，并相应地使其适合板材101的不同温度控制区域。在此，可以单独地或成组地控制温度控制销105。

温度控制体103具有用于温度控制流体的温度控制通道109，该温度控制流体用于对温度控制体103进行温度控制。因此，温度控制体103可以温控到所需的温度。温度控制体103 与温度控制销105热接触，从而可以通过温度控制体103将温度控制销105设置为所需的温度。

温度控制体103例如可以通过连接装置113安装在炉壳102上。控制机构107，控制板 401(参照图4)和温度控制体103通过例如悬架115的方式安装到连接装置113上。

温度控制单元还可以通过连接装置113可拆卸地连接到炉壳102上，特别是在炉腔112 内部的炉壳102的上部盆状区域。例如，温度控制单元可以从炉壳102上悬挂和/或拧到炉壳上。

温度控制单元还具有控制机构107，该控制机构连接至温度控制体103，使得仅温度控制组106的温度控制销105可从温度控制体103向板材101的方向延伸。例如，可以为每个温度控制销105分配一个控制机构116或控制马达，该控制机构以气动、电磁或电动方式驱动温度控制销105。这样，可以通过单个温度控制销105的控制来形成与板材101的温度控制区相对应的所需温度控制组106。

控制机构107可以具有例如配置成产生磁场的电磁机构，该磁场指示性地对应于板材101 的温度控制区的形状。该磁性机构与温度控制体103连接，使得由于磁场的作用，只有温度控制销105的温度控制组106可从温度控制体103沿朝向板材101的方向延伸。

温度控制体103的布置方式使得温度控制销105可基于重力向板材101方向延伸。磁场的配置方式使得磁保持力作用于不属于温度控制组106的温度控制销105，使得只有温度控制组 106的温度控制销105是可延伸的。

温度控制单元还具有多个复位弹簧108，其配置方式使得复位弹簧108与温度控制销105 相关联，并且通过复位弹簧将相应的温度控制销105固定在远离板材101的位置。换言之，使用压缩弹簧或拉伸弹簧，其弹力沿从板材101朝向温度控制元件103的方向作用，以使温度控制销105远离板材101。为了清晰起见，仅在温度控制销105的一部分上绘制相应的复位弹簧 108。具体地，所有温度控制销105可以配备相应的复位弹簧108。

进一步地，提供控制单元111，其被配置为从板材101接收位置数据。控制单元111可以基于该位置数据选择温度控制组106的温度控制销105，以便基于板材101的当前位置生成板材101的温度控制区。

例如，板材101在炉装置100中的精确位置可以通过例如照相机设备，距离传感器(例如超声传感器)和/或红外传感器的传感器110确定。

基于这些位置数据，控制单元111可以确定板材101的所需温度控制区域的当前位置。基于该数据，控制单元111确定要形成温度控制组106的温度控制销105。在此基础上，控制单元控制控制板401(参见图4)和/或控制机构107，以便在温度控制组106中选择性地移动温度控制组106的温度控制销105，使不属于温度控制组106的温度控制销105远离板材101。

图2示出了温度控制单元103的示意性截面图。

图3示出了图2的温度控制体103的透视图。温度控制体103具有特别高的蓄热能力，以便能够对温度控制销105进行温度控制(加热或冷却)。温度控制体103可互换地(或可替换地) 布置在炉腔112中和/或可配备冷却或加热装置(即温度控制体)。如图2所示，温度控制体103 是中空体，其填充有冷却介质或加热介质。因此，中空轮廓形成内部温度控制体积和/或温度控制通道109。

容纳孔104可以按预定的行和列布置在温度控制体103中。温度控制通道109围绕容纳孔 104延伸。温度控制体103中的温度控制通道和/或温度控制体积可经由流体连接201充满流体并从中排空。可以对温度控制体103的液体冷却/加热，使得与温度控制体103热接触的温度控制销105被永久地温度控制。

如图2所示，温度控制体103具有复杂的中空轮廓，其中每个容纳孔104被温度控制通道 109围绕，使得温度控制介质可以在容纳孔104周围流动。根据本发明，特别是通过增材制造方法提供了温度控制体103的相应高度复杂的中空轮廓。

图4和图5示出了根据本发明示例性实施例的炉装置100中的具有控制板401的温度控制单元的示意图。

温度控制销105连接到控制板401。控制板401布置在温度控制单元103的远离板材101 的一侧。控制板401相对于温度控制体103可移动地布置，使得控制板401使温度控制销105(特别是仅温度控制组106的温度控制销105)穿过温度控制体103的容纳孔104。

可以将温度控制销105固定到控制板401，使得控制板401在朝着温度控制体103的方向移动时，将温度控制销105在朝着板材101的方向上推动穿过容纳孔104，或者在与朝向温度控制体103的方向相反的方向移动时，将温度控制销105移离板材101。

控制板401具有通孔，温度控制销105可滑动地安装在通孔中。温度控制销105均具有销头，该销头的直径大于相应的通孔的直径，在该通孔中插入了相应的温度控制销105。温度控制销105插入相应的通孔中，在朝向温度控制体103的方向上被销头阻挡以防掉落。温度控制单元的对准方式使得温度控制销105在重力作用下沿朝向板材101的方向移动，直到销头靠在控制板401上，并且停止温度控制销105沿朝向板材101的方向的进一步移动。如果温度控制销105承受与朝向重力方向相反的压力，例如由于板材101的升高或由于保持机构(例如复位弹簧108)和/或由于温度控制主体103中的相关容纳孔104的锁定，温度控制销105可以相对于控制板401相对于朝向重力的方向相反地移动。

例如，可以选择性地关闭温度控制体103的特定容纳孔104，使得只有温度控制组106的温度控制销105可以穿过未封闭的容纳孔104。在这种情况下，例如，控制板401可以朝着重力的方向和/或朝着温度控制体103的方向移动，使得温度控制组106的温度控制销105沿着朝向板材101的方向穿过温度控制体103，而温度控制组106外的其他温度控制销105停留在温度控制体103上，并且不朝着板材101的方向移动。例如，可以通过控制模板闭合容纳孔 104。控制模板具有温度控制组106的温度控制销105的预定通孔图样，其中通孔图样表示板材101的温度控制区域。

此外，控制板401可与温度控制体103相距一定距离地移动，使得在控制板401与温度控制体103之间形成中间空间402，在该中间空间中至少出现温度控制销105的一部分。用于对温度控制销105的一部分进行温度控制的温度控制流体可以被引入到中间空间402中。

图6示出了根据本发明示例性实施例的具有隔热元件601的温度控制体103的示意图。隔热元件601布置在温度控制体上，使得温度控制组106的温度控制销105可以或应该从温度控制体103向板材101方向延伸的温度控制体103的区域，与隔热元件601保持距离。温度控制体103/温度控制销105和板材101(和/或温度控制区)之间需要热接触时，隔热元件601将温度控制体与这些区域中的板材101热绝缘。

隔热元件601布置在温度控制体103上，使得隔热元件601覆盖温度控制体103的容纳孔 104，其中存在不属于温度控制组106的温度控制销105，以阻止相应的温度控制销105朝着板的方向上的运动。因此，隔热元件601根据控制模板起作用。

作为控制模板的绝热元件601具有用于温度控制组106的温度控制销105的预定的通孔图样，其中该通孔图样表示板材101的温度控制区域(即板上通孔图样的投影提供了温度控制区域)。控制模板以预定的方向布置在温度控制体103处。

补充地，应当注意，“具有”不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”不排除多个。此外，应当注意，参考上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。

引用号码清单：

100 炉装置

101 金属板材

102 炉壳

103 温度控制单元

104 容纳孔

105 温度控制销

106 温度控制组

107 控制机构

108 复位弹簧

109 温度控制通道

110 传感器；

111 控制单元

112 炉腔

113 连接装置

114 悬架

115 控制元件

201 流体连接

401 控制板

402 中间空间

601 隔热元件

602 未覆盖的容纳孔

Claims (26)

1.一种用于对板材（101）热处理的炉装置（100）的温度控制单元，其包括温度控制单元的温度控制体（103），其布置在炉装置（100）的炉腔（112）上，其中，温度控制体（103）具有多个容纳孔（104）和多个温度控制销（105），其中所述温度控制销（105）相对于所述温度控制体（103）可移动地安装在所述容纳孔（104）中，其特征在于，所述温度控制销（105）为可控制的，根据所述板材的温度控制区域一或多个所述温度控制销（105）组合形成温度控制组（106），所述温度控制销（105）的温度控制组（106）从所述温度控制体（103）沿朝所述板材（101）的方向延伸，从而使得所述温度控制销（105）的所述温度控制组（106）与所述板材（101）的预定温度控制区之间产生热接触；所述温度控制组（106）的温度控制销（105）布置成在第一位置和第二位置之间移动，使得温度控制组的温度控制销在第一位置处与板材间隔一定距离而不发生热接触以使温度控制销在该第一位置处被冷却，并且在第二位置与板材进行热接触，不属于所述温度控制组（106）的温度控制销（105）保持在第一位置。

2.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中，所述温度控制体（103）具有用于温度控制所述温度控制体（103）的温度控制流体的温度控制通道（109）。

3.根据权利要求1或2所述的温度控制单元，其中，所述温度控制体（103）通过增材制造来制造。

4.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中，所述温度控制体（103）具有套管，其被布置在所述容纳孔（104）中。

5.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中，所述温度控制销（105）具有圆柱状，其具有圆形的、椭圆形的或多边形的底表面。

6.根据权利要求5所述的温度控制单元，其中，所述温度控制销（105）具有四边形的底表面。

7.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中至少有两个所述温度控制销（105）的直径不同。

8.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中至少两个所述容纳孔（104）的直径不同。

9.根据权利要求1所述的温度控制单元，其中所述温度控制体（103）的第一区域中的所述容纳孔（104）的密度不同于所述温度控制体（103）的第二区域中的所述容纳孔（104）的密度。

10.根据权利要求1所述的温度控制单元，还具有连接至所述温度控制销（105）的控制板（401），其中所述控制板（401）设置在所述温度控制体（103）远离所述板材（101）的一侧，其中所述控制板（401）相对于所述温度控制体（103）可移动地布置，通过所述控制板（401）移动所述温度控制销（105）穿过所述温度控制体（103）的所述容纳孔（104）。

11.根据权利要求10所述的温度控制单元，其中，所述控制板（401）具有可移动地安装有所述温度控制销（105）的通孔，其中，所述温度控制销（105）均具有销头，其直径大于插入有所述温度控制销（105）的相应所述通孔的直径，其中所述温度控制销（105）插入相应的所述通孔中，使得在朝向温度控制体（103）的方向上的坠落被销头阻挡。

12.根据权利要求10或11所述的温度控制单元，其中，所述控制板（401）能够以距所述温度控制体（103）一定距离的方式移动，使得在所述温度控制板（401）和温度控制体（103）之间形成中间空间（402），该中空空间中至少存在一部分温度控制销（105），其中将温度控制流体引入中间空间（402）中以对控制温度控制销（105）的一部分进行温度控制。

13.根据权利要求1所述的温度控制单元，还具有用于使所述温度控制体（103）与所述板材（101）热绝缘的隔热元件（601），其中，所述隔热元件（601）布置在温度控制体（103）处，通过所述温度控制体（103）的区域，从所述区域所述温度控制组（106）的所述温度控制销（105）从所述温度控制体向所述板材（101）的方向伸出，不受所述隔热元件（601）的影响，或者所述温度控制销穿过所述隔热材料在所述容纳孔中移动。

14.根据权利要求13所述的温度控制单元，其中，所述隔热元件（601）布置在所述温度控制体（103）上，所述隔热元件（601）覆盖所述温度控制体（103）的所述容纳孔（104），所述容纳孔中存在不属于温度控制组（106）的所述温度控制销（105），从而阻止相应的所述温度控制销（105）朝着所述板材（101）的方向移动。

15.根据权利要求1所述的温度控制单元，还具有控制模板，其中，所述控制模板具有用于所述温度控制组（106）的所述温度控制销（105）的预定通孔图样，其中所述通孔图样表示所述板材（101）的温度控制区域，其中所述控制模板以预定方向布置在所述温度控制体（103）上，根据所述通孔图样，只有所述温度控制组（106）的所述温度控制销（105）穿过所述控制模板的通孔以及温度控制体（103）的容纳孔（104），以便在所述温度控制组（106）的所述温度控制销（105）和所述板材（101）的温度控制区之间产生热接触。

16.根据权利要求15所述的温度控制单元，其中，所述控制模板可互换地连接到所述温度控制体（103）。

17.根据权利要求16所述的温度控制单元，其特征在于，所述温度控制体（103）具有两个相对的导轨，所述导轨之间所述控制模板以抽屉的方式插入和固定。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的温度控制单元，其中所述温度控制体（103）具有内腔，所述控制模板插入和固定在该内腔中。

19.根据权利要求1所述的温度控制单元，还具有控制机构（107），其连接到所述温度控制体（103），使得仅温度控制组（106）的温度控制销（105）从温度控制体（103）向板材（101）方向延伸。

20.根据权利要求19所述的温度控制单元，其中所述控制机构（107）具有磁性机构，其被配置成产生指示所述板材（101）的温度控制区形状的磁场，其中所述磁性机构以这样的方连接合到所述温度控制体（103），使得由于磁场的作用，只有温度控制销（105）的温度控制组（106）从温度控制体（103）向板材（101）方向延伸。

21.根据权利要求20所述的温度控制单元，其中，所述温度控制体（103）的被布置成所述温度控制销（105）基于重力沿朝向所述板材（101）的方向延伸，其中，所述磁场的形成方式使得磁保持力适用于不属于温度控制组（106）的温度控制销（105），使得只有所述温度控制组（106）的所述温度控制销（105）是可延伸的。

22.根据权利要求19所述的温度控制单元，其特征在于，还具有多个复位弹簧（108），其与温度控制销（105）相关联并连接，通过所述复位弹簧（108）将相应的所述温度控制销（105）固定在远离所述板材（101）的位置。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的温度控制单元，还具有控制单元（111），其中，所述控制单元（111）被配置为接收所述板材（101）的位置数据，其中，所述控制单元（111）还被配置为基于位置数据选择温度控制组（106）的温度控制销（105），以便基于所述板材（101）的当前位置生成所述板材（101）的温度控制区域。

24.根据权利要求1所述的温度控制单元，其特征在于，所述板材（101）为金属板材。

25.一种用于对板材（101）的温度控制区域进行温度控制的温度控制系统，其中，所述温度控制系统具有至少两个根据权利要求1至24中任一项所述的温度控制单元，其中所述至少两个温度控制单元可拆卸地固定在一起。

26.如权利要求1至24中任一项所述的用于对板材（101）进行热处理的炉装置（100）的温度控制单元的操作方法，其特征在于，该方法包括通过温度控制销（105）的温度控制组（106）从温度控制体向所述板材（101）方向延伸控制温度控制销（105），使得所述温度控制销（105）的所述温度控制组（106）与所述板材（101）的预定温度控制区产生热接触，其中所述温度控制体（103）布置在炉装置（100）的炉腔（112）中，其中所述温度控制体（103）具有多个容纳孔（104），其中所述温度控制销（105）相对于所述温度控制体可移动地安装在所述容纳孔（104）中。

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