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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zur Wärmebehandlung
eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge.
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Profils,
insbesondere eines Strangpressprofils für Luftfahrzeuge. Schließlich betrifft
die Erfindung ein Profil, insbesondere ein Strangpressprofil für Luftfahrzeuge.
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Strangpressprofile,
insbesondere gebildet mit aushärtbaren
Aluminiumlegierungen, finden im Flugzeugbau aufgrund der dort erforderlichen
hohen mechanischen Belastbarkeit weit verbreitete Anwendung. Infolge
des Erfordernisses ständiger
Gewichtsreduzierungen erhöhen
sich stetig die Ansprüche
an die statische Belastbarkeit und andere mechanische Parameter
der aus Aluminiumlegierung gefertigten Profile.
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Mittels
bekannter Behandlungsverfahren ist es beispielsweise möglich, Strangpressprofile
aus aushärtbaren
Aluminiumlegierungen gezielt auf maximale statische Festigkeit oder
Korrosionsbeständigkeit
hin zu optimieren. Entsprechendes gilt für die erreichbare maximale
Risszähigkeit
der eingesetzten Aluminiumprofile. Grundsätzlich lassen sich jedoch die
statische Festigkeit, die Risszähigkeit
sowie die Korrosionsbeständigkeit
nicht gleichzeitig maximieren, da jede dieser Materialeigenschaften
immer nur zum Nachteil mindestens einer anderen bis zu einem theoretischen
Maximalwert optimiert werden kann. Dies bedeutet, dass ein Strangpresspro fil
aus einer aushärtbaren
Aluminiumlegierung beispielsweise entweder eine sehr hohe statische
Festigkeit aufweist oder aber im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit
und/oder die Risszähigkeit
sehr günstige
Eigenschaften aufweist. Es ist mittels der bekannten Behandlungsverfahren
im Allgemeinen nicht möglich,
ein Profil im Hinblick auf seine Materialeigenschaften dahingehend
zu optimieren, dass sowohl die statische Festigkeit als auch die
Korrosionsbeständigkeit
und die Risszähigkeit
diejenigen vorteilhaften Werte erreichen, die bei einer isolierten
Optimierung des Profils auf einen einzelnen Parameter hin zu verwirklichen
sind.
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Denn
nach Maßgabe
der vorbekannten Verfahren durchlaufen die zu behandelnden Strangpressprofile
aus aushärtbaren
Aluminiumlegierungen im Allgemeinen dieselben Behandlungsschritte,
sodass sie durchgängig
und bereichsunabhängig
in etwa identische Materialeigenschaften aufweisen. Eine gezielte
bereichsweise Optimierung eines Aluminiumsprofils im Hinblick auf
die statische Festigkeit, die Risszähigkeit bzw. die Korrosionsbeständigkeit
ist demzufolge mit den bekannten Verfahren nicht ohne weiteres möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur bereichsweisen
Optimierung mehrerer mechanischer Parameter eines Profils, insbesondere
eines Strangpressprofils für
Luftfahrzeuge, zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung
ein Profil, insbesondere ein Strangpressprofil, bereitzustellen,
das in mindestens zwei Bereichen unterschiedliche, jeweils optimierte
mechanische Parameter aufweist. Bei diesen mechanischen Parametern
handelt es sich insbesondere um die statische Festigkeit, die Risszähigkeit
sowie die Korrosionsbeständigkeit.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie
ein Profil nach Maßgabe
des Patentanspruchs 14 gelöst.
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Dadurch,
dass nach Maßgabe
des Patentanspruchs 1 mindestens zwei Bereiche des Profils einer unterschiedlichen
Wärmebehandlung
unterzogen werden, lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften,
insbesondere in Form der statischen Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit
sowie der Risszähigkeit
in diesen Bereichen erzeugen und optimieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann hierbei zur bereichsweisen Optimierung unterschiedlicher Materialeigenschaften
von Profilen, insbesondere von Strangpressprofilen für Luftfahrzeuge,
die aus einer durchgängigen
Aluminiumlegierung gebildet sind, angewendet werden. Alternativ
kann das Verfahren auch zur Optimierung von Profilen, die aus zwei
oder mehreren unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildet sind,
eingesetzt werden. Derartige Profile können beispielsweise mittels
eines Koextrusionsverfahrens mit einem Pressling, der aus zwei unterschiedlichen
Aluminiumlegierungen gebildet ist, hergestellt werden.
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Dadurch,
dass nach Maßgabe
des Patentanspruchs 10 eine erste Kammer einen ersten Bereich des
Profils und eine zweite Kammer einen zweiten Bereich des Profils
umschließt,
wobei in der ersten und der zweiten Kammer unterschiedliche Temperaturen
einstellbar sind,
lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften in
den besagten Bereichen erzeugen und optimieren.
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Dadurch,
dass nach Maßgabe
des Patentanspruchs 14 das Profil mindestens zwei durch eine differentielle
Wärmebehandlung
gebildete Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften
aufweist,
kann das erfindungsgemäße Profil auch in Einsatzbereichen
verwendet werden, in denen das Profil gleichzeitig unterschiedlichen
Anforderungen, beispielsweise in Form der statischen Festigkeit,
der Risszähigkeit
sowie der Korrosionsbeständigkeit,
genügen
muss. Das Profil weist hierbei in bevorzugter Weise zumindest bereichsweise
unterschiedliche, jeweils für
sich optimierte Materialeigenschaften auf.
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Nach
Maßgabe
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Profil mit einer Aluminiumlegierung, insbesondere mit einer aushärtbaren
AlZnCu-Legierung
gebildet.
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Hierdurch
ist auch bei der Verwendung eines Profils, insbesondere eines Strangpressprofils
für Luftfahrzeuge,
das durchgängig
nur aus einer Aluminiumlegierung besteht, die Schaffung von Bereichen mit
unterschiedlichen Materialeigenschaften, wie zum Beispiel in Form
der statischen Festigkeit, der Risszähigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit möglich. Gleichzeitig
weist das Profil bereichsweise optimierte Materialeigenschaften
auf.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
Profil mit mindestens zwei unterschiedlichen, insbesondere aushärtbaren Aluminiumlegierungen
gebildet ist.
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Infolge
der zusätzlichen
Verwendung von mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten
Aluminiumlegierungen zur Bildung eines Profils können in Verbindung mit der
differentiellen Wärmebehandlung
Bereiche innerhalb des Profils herausgebildet bzw. optimiert werden,
die sich hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, wie beispielsweise
der mechanischen Festigkeit, der Risszähigkeit oder der Korrosionsbeständigkeit,
noch stärker
voneinander unterscheiden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahrens
lassen sich beispielsweise Aluminiumprofile mit aushärtbaren
Aluminiumlegierungen, die beispielsweise als Spanten zur Verstärkung in
Rumpfzellen von Luftfahrzeugen eingesetzt werden, in vorteilhafter
Weise behandeln. In einem ersten Bereich des durch das Profil gebildeten
Spants, der zur Außenhaut
der Rumpfzelle gerichtet ist (Außengurt), wird das Profil nach
Maßgabe
des erfindungsgemäßen Verfahrens einer
geeigneten Wärmebehandlung
unterzogen, um die in diesem Bereich erwünschte hohe statische Festigkeit
zum Nachteil der Risszähigkeit
und/oder der Korrosionsbeständigkeit
zu ermöglichen.
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In
einem zweiten Bereich des Profils, der zum Innenraum der Rumpfzelle
weist (Innengurt), ist es demgegenüber mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
beispielsweise möglich,
das Profil einer anderen geeigneten Wärmebehandlung zu unterziehen,
die eine hohe Korrosionsbeständigkeit
und/oder Risszähigkeit
bei einer gleichzeitig verringerten statischen Festigkeit ermöglicht.
Damit lassen sich die im Bereich des Innengurts des Spants erwünschten
Eigenschaften des Aluminiumprofils zumindest im Rahmen der legierungstechnisch
vorgebenen Grenzen gezielt einstellen und optimieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt somit die einfache und kostengünstige Bereitstellung von Aluminiumprofilen,
die in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche und sich normalerweise
zumindest zum Teil gegenseitig ausschließende Materialeigenschaften
aufweisen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt die
Verwendung von insbesondere Strangpressprofilen aus Aluminiumlegierungen
für Anwendungsgebiete
mit unterschiedlichsten Materialanforderungen, wobei die Profile
nur mit einer durchgängigen
Legierung gebildet sein können.
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Ein
weiteres Beispiel für
die vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Strangpressprofile
mit Aluminiumlegierungen, die in Luftfahrzeugen beispielsweise zur
Befestigung von Sitzen oder Sitzreihen verwendet werden (Sitzschienen).
Die unteren Bereiche derartiger Aluminiumprofile dienen zur Bildung
des Kabinenbodens und müssen
demzufolge eine hohe statische Festigkeit aufweisen, da sie integraler
Bestandteil der gesamten Rumpfzellenstatik sind und erhebliche Kräfte aufnehmen
müssen.
Die Oberseiten der Aluminiumprofile, an denen u. a. die Sitze oder
Sitzreihen befestigt werden, müssen
hingegen insbesondere eine hohe Korrosionsfestigkeit und Risszähigkeit
aufweisen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nunmehr möglich, ein
Strangpressprofil aus einer aushärtbaren
Aluminiumlegierung derart zu behandeln, dass diese unterschiedlichen
Anforderungen an das Material in verschiedenen Bereichen der Sitzschiene
mit ein und demselben Strangpressprofil erfüllt werden können. Hierdurch
ergibt sich eine erhebliche Kosten- und Gewichtsersparnis.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist hierbei nicht auf die Anwendung bei Profilen, die durchgängig aus
einer Aluminiumlegierung gebildet sind, beschränkt.
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Alternativ
ist es beispielsweise auch möglich, das
Strangpressprofil für
die Sitzschienen aus zwei unterschiedlichen Aluminiumlegierungen
im Strangpressverfahren zu fertigen. Dies kann beispielsweise durch
so genannte Koextrusionsverfahren erfolgen, bei denen ein aus zwei
unterschiedlichen Aluminiumlegierungen gebildeter Pressling durch
eine Düse
gedrückt
wird, deren Öffnungsgeometrie
in etwa der Querschnittsgeometrie des zutreffenden Profils entspricht.
So ist es zum Beispiel möglich,
für den
oberen Bereich der Sitzschiene eine aushärtbare Aluminiumlegie rung zu
verwenden, die über
eine hohe Korrosionsbeständigkeit
und Risszähigkeit
verfügt. Für den unteren
Bereich kann eine anders zusammengesetzte, aushärtbare Aluminiumlegierung eingesetzt
werden, die über
hohe statische Festigkeitswerte verfügt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
der differentiellen Wärmebehandlung
lassen sich dann diese verschiedenen Legierungsbereiche wiederum
hinsichtlich der gewünschten
Materialeigenschaften noch weitergehender optimieren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Patentansprüchen
dargelegt.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 Eine
Querschnittdarstellung durch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
differentiell wärmebehandeltes
Profil aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung,
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2 den
prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Maßgabe eines
exemplarischen Zeit-Temperaturverlaufs,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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4 eine
schematische Darstellung der Herstellung eines aus zwei unterschiedlichen
Aluminiumlegierungen gebildeten Profils.
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Die 1 zeigt
eine Querschnittdarstellung durch ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens differentiell
wärmebehandeltes
Profil 1. Bei dem Profil 1 handelt es sich insbesondere
um ein Strangpressprofil für
Luftfahrzeuge, das durchgängig
aus einer aushärtbaren
Aluminiumlegierung gebildet ist. Die Aluminiumlegierung kann beispielsweise
aus einem bekannten Aluminium-Zink-Kupfer-System gebildet sein.
Das Profil 1 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einer AlMgSiCu-, einer AlCuMg- oder einer AlZnMgCu-Legierung
gebildet. Weitere, insbesondere durch Wärmebehandlung aushärtbare,
Legierungssysteme können gleichfalls
verwendet werden. Darüber
hinaus kann das Profil 1 auch aus einer zumindest bereichsweisen Kombination
der vorstehend beschriebenen Legierungssysteme gebildet sein.
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Das
Profil 1 weist einen ersten Bereich 2 und einen
zweiten Bereich 3 auf. Der erste Bereich 2 und der
zweite Bereich 3 sind durch einen Grenzbereich 4,
der im gezeigten Ausführungsbeispiel
des Profils 1 in etwa parallel zu einer Längsachse 5 verläuft, getrennt.
Der Grenzbereich 4 verläuft
in etwa mittig durch das Profil 1. Der Grenzbereich 4 stellt
eine Übergangszone
dar, in der die infolge der differentiellen Wärmebehandlung herausgebildeten
unterschiedlichen Materialeigenschaften der Bereiche 2, 3 zumindest
teilweise fließend
ineinander übergehen. Eine
randscharfe Trennung zwischen den Bereichen 2, 3 ist
hinsichtlich der Materialeigenschaften technisch und physikalisch
nicht möglich.
Abweichend von der im Ausführungsbeispiel
dargestellten Ausbildung des ersten Bereichs 2 und des
zweiten Bereichs 3 sind darüber hinaus beliebige geometrische Gestaltungen
der Bereiche 2, 3 sowie des Verlaufs des Grenzbereichs 4 möglich. Weiterhin
ist es nicht erforderlich, dass die Bereiche 2, 3 im
Wesentlichen symmetrisch zur Längsachse 5 des
Profils 1 angeordnet sind. Darüber hinaus können Profile
mit einer abweichenden, beliebigen Querschnittsgeometrie Bereiche 2, 3 mit
unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweisen.
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Das
in 1 dargestellte Profil 1 wird beispielsweise
im Flugzeugbau als Rundspant zur Verstärkung der Rumpfzellenstruktur
des Flugzeugs eingesetzt. Zur Verbindung mit der Rumpfzelle weist
das Profil 1 einen Schenkel 6 auf, der einen so
genannten "Außengurt" bildet. Der Schenkel 6 dient
zur kraftschlüssigen
Verbindung mit Längsversteifungen
der Rumpfzelle. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Profils 1 ist eine Anlagefläche 7 zur Bildung
eines so genannten "Innengurts" gebildet. Die Anlagefläche 7 dient
unter anderem zur Befestigung weiterer Komponenten an der Flugzeugstruktur
im Innenraumbereich der Rumpfzelle.
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Im
Bereich des Außengurts,
also im zweiten Bereich 3 des Profils 1, ist es
wünschenswert,
dass dieser im Vergleich zum ersten Bereich 2 eine erhöhte statische
Festigkeit aufweist. Eine Erhöhung
der statischen Festigkeit ist allerdings nur durch eine Verschlechterung
der Risszähigkeit
und/oder der Korrosionsbeständigkeit
zu erreichen, was im Bereich des Außengurts aber tolerabel ist.
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Demgegenüber ist
es wünschenswert
im Bereich des Innengurts des Profils 1, also im ersten
Bereich 2 eine hohe Risszähigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit
zu erreichen. Diese angestrebte Kombination von Materialeigenschaften
ist jedoch nur möglich,
wenn eine geringere statische Festigkeit in Kauf genommen wird.
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Um
die vorstehend erwähnten
Eigenschaftskombinationen innerhalb des Profils 1, das
durchgängig
aus einer aushärtbaren
Aluminiumlegierung gebildet ist, zu erreichen, werden der erste
Bereich 2 und der zweite Bereich 3 jeweils erfindungsgemäß einer
unterschiedlichen Wärmebehandlung
unterzogen. Daher weist das Profil 1 im ersten Bereich 2 insbesondere
eine hohe Korrosionsbeständigkeit und/oder
Risszähigkeit
auf und im zweiten Bereich 3 vorzugsweise eine hohe statische
Festigkeit auf.
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Das
erfindungsgemäße Profil 1 weist
bereichsweise – wie
am Beispiel der Verwendung des Profils 1 als Rundspant
im Flugzeugbau illustriert wurde – unterschiedliche Materialeigenschaften,
wie beispielsweise die statische Festigkeit, die Risszähigkeit
und/oder die Korrosionsbeständigkeit,
auf. Hierdurch kann sich eine erhebliche Gewichts- und Kostenersparnis
ergeben, weil es zur Bildung von Profilen mit bereichsweise unterschiedlichen
Materialeigenschaften nicht mehr zwingend erforderlich ist, diese
aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus unterschiedlich
zusammengesetzten, aushärtbaren
Aluminiumlegierungen zu kombinieren. Gleichwohl kann das Verfahren
auch vorteilhaft bei Profilen Anwendung finden, die aus unterschiedlichen
Aluminiumlegierungen gebildet sind. In diesem Fall lassen sich die
durch die verschiedenen Aluminiumlegierungen bedingten Unterschiede
der mechanischen Parameter des zusammengesetzten Profils mittels
der erfindungsgemäßen differentiellen
Temperaturbehandlung noch weitergehender optimieren.
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Das
Profil 1 kann abweichend von der Darstellung der in 1 gezeigten
geradlinigen Ausführung
zumindest abschnittsweise auch eine gekrümmte bzw. gebogene geometrische
Gestaltung aufweisen. Eine derartige geometrische Gestaltung ist beispielsweise
erforderlich, wenn das Profil 1 als Rundspant oder dergleichen
eingesetzt werden soll. Eine im Wesentlichen geradlinige Gestalt
des Profils 1 ist demgegenüber beispielsweise bei der
Verwendung als Sitzschiene oder dergleichen erforderlich. Darüber hinaus
weist das Profil 1 bevorzugt eine offene Querschnittsgeometrie
auf. Unter einer offenen Querschnittsgeometrie ist in diesem Zusammenhang ein
Profil 1 mit einer nicht allseitig umschlossenen Querschnittsfläche zu verstehen.
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Die 2 zeigt
ein Zeit-Temperatur-Diagramm, das schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur unterschiedlichen bzw. differentiellen Wärmebehandlung des ersten und
des zweiten Bereichs 2, 3 des Profils 1 nach
Maßgabe
eines Ausführungsbeispiels
darstellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, dass das Profil 1 aus einer durchgängigen,
aushärtbaren Aluminiumlegierung
gebildet ist.
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Auf
der Ordinate des Diagramms ist die auf den jeweiligen Bereich 2, 3 des
Profils angewandte Temperatur dargestellt, während auf der Abszisse die Zeit
abgetragen ist. Ein erster Temperaturverlauf 8 über die
Zeit repräsentiert
den beispielhaften Verlauf der Temperatureinwirkung im Zuge der
erfindungsgemäßen differentiellen
Wärmebehandlung
im ersten Bereich 2. Ein mit einer gestrichelten Linie
dargestellter zweiter Temperaturverlauf 9 repräsentiert
entsprechend den zeitlichen Verlauf der Temperatureinwirkung im
zweiten Bereich 3. Die unterschiedlichen Wärmebehandlungen
erfolgen im gezeigten Ausführungsbeispiel
der 2 gleichzeitig, können aber auch zeitversetzt
durchgeführt
werden. Grundsätzlich
ist zu bemerken, dass die Einwirkung einer höheren Temperatur über eine
längere
Zeit in der Regel die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Risszähigkeit
des betreffenden Bereichs verbessert, wobei diese Steigerung im
Allgemeinen mit einer Verschlechterung der statischen Festigkeit
einhergeht.
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Während des
Ablaufs von zwei Vorbehandlungsphasen 10, 11 werden
sowohl der erste Bereich 2 als auch der zweite Bereich 3 zunächst mit
einer Vorbehandlungstemperatur 12 beaufschlagt. Die Vorbehandlungsphasen 10, 11 unterscheiden
sich hinsichtlich ihrer zeitlichen Dauer. Im gezeigten Verfahrensbeispiel
der 2 ist die zweite Vorbehandlungsphase 11 länger als
die erste Vorbehandlungsphase 10. In der Darstellung der 2 sind
die Temperaturverläufe 8, 9 im
Bereich der Vorbehandlungsphasen 10, 11 lediglich
aus Gründen
der besseren zeichnerischen Darstellbarkeit in Richtung der Temperaturachse
geringfügig
verschoben zueinander eingezeichnet. Die Vorbehandlungstemperatur 10 ist für jeden
der Bereiche 2, 3 ungefähr gleich.
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Die
Vorbehandlungsphasen 10, 11 dienen insbesondere
dazu, die Festigkeit des gesamten Profils 1, unabhängig von
den Bereichen 2, 3, zunächst auf einen legierungstechnisch
bedingten Maximalwert zu bringen. Abweichend vom gezeigten Verfahrensbeispiel
der 2 kann für
den ersten und zweiten Bereich 2, 3 auch jeweils
eine unterschiedliche Vorbehandlungstemperatur 12 bei gleicher
oder ungleicher Dauer der Vorbehandlungsphasen 10, 11 gewählt werden.
Dies Vorgehen ist beispielsweise von Vorteil, wenn das Profil aus
zwei unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen gebildet ist.
In besonders bevorzugter Weise werden bei Profilen, die aus einer
durchgängigen
Aluminiumlegierung gebildet sind, der erste und der zweite Bereich 2, 3 während der
Vorbehandlungsphasen 10, 11 bzw. der so genannten
Vorauslagerung einer Vorbehandlungstemperatur 12 im Bereich
von ungefähr
120 °C bzw.
393 K ausgesetzt. Bei Profilen, die aus mindestens zwei verschiedenen
Aluminiumlegierungen gebildet sind, können abhängig vom eingesetzten Legierungssystem
hiervon abweichende Werte, die unter Umständen auch noch bereichsweise
variieren, erforderlich sein.
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In
der Phase der eigentlichen differentiellen Wärmebehandlung des ersten und
des zweiten Bereichs 2, 3 werden die Bereiche 2, 3 jeweils
unterschiedlichen Temperaturverläufen 8, 9 ausgesetzt. Während einer
ersten Einwirkdauer 13 wird der erste Bereich einer ersten
Temperatur 14 ausgesetzt. Entsprechend wird der zweite
Bereich 3 während
einer zweiten Einwirkdauer 15 mit einer zweiten Temperatur 16 beaufschlagt.
Erfindungsgemäß ist hierbei
die erste Temperatur 14 höher als die zweite Temperatur 16 und
die erste Einwirkdauer 13 länger als die zweite Einwirkdauer 15.
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Nach
Maßgabe
eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird für
die erste Einwirkdauer 13 ein Wert im Bereich von ungefähr 8 bis
12 Stunden gewählt.
Für die
zweite Einwirkdauer 15 wird ein Wert im Bereich von etwa
5 bis 8 Stunden verwendet. Die erste Temperatur 14 beläuft sich
in diesem Fall auf ungefähr
170 °C bzw.
443 K, während
für die
zweite Temperatur 16 ein Wert von ungefähr 150 °C bzw. 423 K gewählt wird.
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Infolge
dieser differentiellen Wärmebehandlung
ergibt sich im ersten Bereich 2 des Profils 1 insbesondere
eine erhöhte
Korrosionsbeständigkeit und/oder
Risszähigkeit.
Demgegenüber
ergibt diese Wärmebehandlung
im zweiten Bereich 3 des Profils 1 insbesondere
eine verbesserte statische Festigkeit. Die zeitlichen Temperaturverläufe 8, 9 können von den
im Diagramm angedeuteten trapezförmigen
abweichen und nahezu jeder beliebigen stetigen Kurve folgen, solange
nur eine ausreichende Temperaturdifferenz besteht.
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Infolge
des erfindungsgemäßen Verfahrens können daher
im ersten und im zweiten Bereich 2, 3 des Profils 1 jeweils
unterschiedliche Materialeigenschaften herausgebildet werden, obwohl
das Profil 1 aus einer im Wesentlichen homogenen durchgängigen Aluminiumlegierung
gebildet ist. Bei diesen Materialeigenschaften handelt es sich insbesondere
um die statische Festigkeit, die Risszähigkeit und/oder die Korrosionsbeständigkeit.
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Alternativ
können
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch Profile differentiell wärmebehandelt
werden, die aus zwei oder auch einer größeren Anzahl von unterschiedlichen
Aluminiumlegierungen gebildet sind. In diesem Fall werden jeweils Bereiche,
die aus der gleichen Aluminiumlegierung gebildet sind, vorzugsweise
auch derselben Temperaturbehandlung bzw. demselben Temperaturverlauf unterzogen.
Alternativ ist es aber auch möglich,
diejenigen Bereiche des Profils, die aus der gleichen Aluminiumlegierung
gebildet sind, einer differentiellen Wärmebehandlung zu unterziehen.
Die weiter oben bereits genannten Temperaturbereiche und Einwirkintervalle
müssen
dabei gegebenenfalls in Abhängigkeit
von den eingesetzten unterschiedlichen Legierungssystemen variiert
werden.
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Die
Verwendung verschieden zusammengesetzter Aluminiumlegierungen zur
Bildung des Profils 1 ermöglicht eine noch differenziertere
Herausbildung unterschiedlicher Materialeigenschaften, insbesondere
in Gestalt der statischen Festigkeit, der Risszähigkeit sowie der Korrosionsgeschwindigkeit
in jeweils unterschiedlichen Bereichen des Profils.
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Die 3 illustriert
schließlich
ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
an dem Profil 1 mit dem ersten Bereich 2 sowie
dem zweiten Bereich 3. Um den ersten Bereich 2 sowie
den zweiten Bereich 3 jeweils einer unterschiedlichen,
d. h. differentiellen Temperaturbehandlung unterziehen zu können, ist
der erste Bereich 2 von einer allseitig geschlossenen ersten
Kammer 17 umgeben und der zweite Bereich 3 ist
von einer allseitig geschlossenen zweiten Kammer 18 umgeben.
Die Kammern 17, 18 können beispielsweise durch lang
gestreckte, längsgeschlitzte
schlauchartige Gebilde, insbesondere in der Form von temperaturfesten
Schläuchen 19, 20 oder
dergleichen, gebildet werden. Die Schläuche 19, 20 werden
zu diesem Zweck nach Einbringung eines entsprechenden Längsschlitzes
entlang der Längsachse 5 und/oder
in Richtung einer Querachse 21 auf die entsprechenden Bereiche 2, 3 des
Profils 1 aufgeschoben bzw. aufgepresst. In einem Grenzbereich 22 stoßen Längskanten 23 der
Schläuche 19, 20 ungefähr aneinander
bzw. an das Profil 1 an und dichten die Kammern 17, 18 so
nahezu vollständig gegeneinander
ab.
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Innerhalb
der ersten Kammer 17 lässt
sich eine erste Temperatur 24 und in der zweiten Kammer 18 eine
zweite Temperatur 25 einstellen bzw. aufrechterhalten.
Die Temperaturen 24, 25 werden vorzugsweise unterschiedlich
eingestellt. Etwaige thermische Ausgleichsvorgänge zwischen dem ersten Bereich 2 und
dem zweiten Bereich 3 infolge von Undichtigkeiten im Grenzbereich 22 und/oder
infolge von etwaigen Wärmeleitungsvorgängen zwischen den
Bereichen 2, 3 des Profils 1 sind bei
der herrschenden Temperaturdifferenz im allgemeinen vernachlässigbar.
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Zur
möglichst
präzisen
Temperierung der Kammern 17, 18 eignen sich vor
allem flüssige und/oder
gasförmige
Medien, beispielsweise Heißluft.
Die Erzeugung der Heißluft
erfolgt hierbei mit einer nicht näher dargestellten Einrichtung,
beispielswei se mit einem elektrisch beheizbaren Heißluftgebläse oder
dergleichen. Weiterhin sind innerhalb der Kammern 17, 18 nicht
näher dargestellte
Temperaturfühler
angeordnet, um mittels einer ebenfalls nicht eingezeichneten Steuer-
und Regeleinrichtung die Temperaturen 24, 25 innerhalb
der Kammern 17, 18 möglichst nah an den durch die
Temperaturverläufe 8, 9 vorgegebenen
Werten zu halten. Die Steuer- und Regeleinrichtung kann hierbei
zum Beispiel in der Form einer bekannten Rechnereinheit ausgebildet sein.
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An
den Längskanten 23 der
Schläuche 19, 20 können weiterhin,
in der Darstellung der 3 nicht näher dargestellte Dichtmittel
vorgesehen sein, um die Abdichtungswirkung zwischen der ersten Kammer 17 und
der zweiten Kammer 18 sowie dem Profil 1 weiter
zu verbessern. Die Dichtmittel können beispielsweise
in der Form von Dichtlippen ausgebildet sein, die durch Abflachungen
der Schläuche 19, 20 im
Bereich der Längskanten 23 gebildet
werden. Alternativ können
auch separate Dichtmittel im Bereich der Längskanten 23 positioniert
werden.
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Zur
Behandlung des Profils 1 bzw. zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
verbleibt das Profil 1 nach Maßgabe der vorgegebenen zeitlichen
Temperaturverläufe 8, 9 insgesamt
bis zu 12 Stunden zuzüglich
der Dauer der Vorbehandlungsphasen 10, 11 innerhalb
der Vorrichtung.
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Die
Schläuche 19, 20 können in
einer alternativen Ausführungsform
der Vorrichtung entlang der Längskanten 23 jeweils
unterhalb bzw. oberhalb des Profils 1 miteinander verbunden
sein. In dieser Ausführungsvariante
sind die Schläuche 19, 20 im
Bereich der äußeren Längskanten
trennbar und wieder verschließbar
ausgebildet, um die Aufbringbarkeit auf das Profil 1 zu
gewährleisten.
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Die 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Profils 26, das aus einem ersten und einem zweiten
Legierungsbereich 27, 28 gebildet ist, wobei die Legierungsbereiche 27, 28 jeweils
aus unterschiedlich zusammengesetzten aushärtbaren Aluminiumlegierungen
gebildet sind. Die Legierungsbereiche 27, 28 stoßen in einem
Grenzbereich 29 aneinander an. Im Grenzbereich 29 erfolgt
zumindest bereichsweise eine Durchmischung beider Legierungen, so
dass sich in diesem Bereich eine zumindest teilweise Durchmischung
der Materialeigenschaften ergibt. Der Grenzbereich 29 verläuft in etwa
parallel zu einer Längsachse 30.
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Zur
Herstellung des Profils 26 wird beispielsweise ein im gezeigten
Ausführungsbeispiel
zylinderförmiger
Pressling 31 unter hohem Druck in Richtung der Pfeile 32, 33 durch
eine Düse 34 gepresst.
Die Öffnungsgeometrie
der Düse 34 entspricht
in etwa der Querschnittsgeometrie des zu pressenden Profils 26.
Der Pressling 31 ist durch aufeinander liegende Halbzylinder 35, 36 gebildet.
Infolge des innerhalb der Düse 34 herrschenden
hohen Drucks ergibt sich beim entstehenden Profil 26 eine
feste Verbindung der Legierungsbereiche 27, 28 im
Grenzbereich 29. Die Halbzylinder 34, 35 sind
hierbei jeweils aus unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen
gebildet, sodass die Legierungsbereiche 27, 28 jeweils über entsprechend
unterschiedliche Materialeigenschaften verfügen. Bei den besagten Materialeigenschaften
handelt es sich insbesondere um die mechanische Festigkeit, die
Risszähigkeit,
die Korrosionsbeständigkeit
sowie die thermische Fügbarkeit des
Profils 26. Als Material zur Bildung der Halbzylinder 35, 36 finden
insbesondere aushärtbare
Aluminiumlegierungen, beispielsweise AlMgSiCu, AlCuMg sowie AlZnMg-Cu-Systeme Verwendung.
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Alternativ
kann das Profil 26 beispielsweise auch durch Fügen bereits
extrudierter Teilprofile aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen
mittels bekannter Fügeverfahren,
beispielsweise durch Schweißen,
Reib-/Rührschweißen oder
dergleichen gebildet werden.
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Das
Profil 26 wird anschließend einer differentiellen
Wärmebehandlung
nach Maßgabe
des weiter oben beschriebenen Verfahrens bzw. einer Behandlung in
der bereits erläuterten
Vorrichtung unterzogen. Hierbei werden vorzugsweise Bereiche die aus
der gleichen Aluminiumlegierung gebildet sind, auch derselben Temperaturbehandlung
unterzogen. Dies bedeutet, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel
der 4 die Legierungsbereiche 27, 28 gleichzeitig
einen ersten und einen zweiten Bereich 37, 38 bilden,
die denjenigen Bereichen 2, 3 entsprechen, die,
wie vorstehend bereits beschrieben wurde, nach Maßgabe des
erfindungsgemäßen Verfah rens
einer differentiellen Wärmebehandlung
nach Vorgabe der Temperaturverläufe 8, 9 unterzogen
werden (vgl. insb. 1 und 2).
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Alternativ
ist es aber auch möglich
Bereiche, die aus jeweils gleichen Aluminiumlegierungen gebildet
sind, einer unterschiedlichen bzw. differentiellen Temperaturbehandlung
zu unterziehen. In diesem Fall sind die Bereiche 27, 37 bzw. 28, 38 nicht
(mehr) vollständig
deckungsgleich.
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Die
Verwendung von Profilen 1, 26, die aus mindestens
zwei unterschiedlich zusammengesetzten Aluminiumlegierungen gebildet
sind, erlaubt in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder
für sich
insbesondere die Herausbildung von sich örtlich noch stärker unterscheidenden
Materialeigenschaften, als dies bei der Verwendung von aus nur einer
Aluminiumlegierung gebildeten Profilen der Fall wäre. Schließlich können auch
mehr als zwei unterschiedliche Aluminiumlegierungen zur Bildung des
Profils 26 verwendet werden.
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- 1
- Profil
- 2
- erster
Bereich
- 3
- zweiter
Bereich
- 4
- Grenzbereich
- 5
- Längsachse
- 6
- Schenkel
- 7
- Anlagefläche
- 8
- erster
Temperaturverlauf
- 9
- zweiter
Temperaturverlauf
- 10
- erste
Vorbehandlungsphase
- 11
- zweite
Vorbehandlungsphase
- 12
- Vorbehandlungstemperatur
- 13
- erste
Einwirkdauer
- 14
- erste
Temperatur
- 15
- zweite
Einwirkdauer
- 16
- zweite
Temperatur
- 17
- erste
Kammer
- 18
- zweite
Kammer
- 19
- Schlauch
- 20
- Schlauch
- 21
- Querachse
- 22
- Grenzbereich
- 23
- Längskante
- 24
- erste
Temperatur
- 25
- zweite
Temperatur
- 26
- Profil
- 27
- erster
Legierungsbereich
- 28
- zweiter
Legierungsbereich
- 29
- Grenzbereich
- 30
- Längsachse
- 31
- Pressling
- 32
- Pfeil
- 33
- Pfeil
- 34
- Düse
- 35
- Halbzylinder
- 36
- Halbzylinder
- 37
- erster
Bereich
- 38
- zweiter
Bereich