DE102011122764B9

DE102011122764B9 - Verfahren der Wärmebehandlung eines Gussteils und Verwendung einer Beschichtung beim chargenweisen Wärmebehandeln von Gussteilen

Info

Publication number: DE102011122764B9
Application number: DE102011122764.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Belte; Dan Dragulin
Original assignee: Newalu GmbH
Current assignee: Newalu De GmbH
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2031-06-18
Also published as: DE102011122764B4; DE102011122764A1

Abstract

Verfahren der Wärmebehandlung eines Gussteils, umfassend Einführen des einzelnen Gussteils in eine erste Kammer, dort erstes Bestrahlen des Gussteils mit Wärmestrahlung zum Aufheizen auf eine Zieltemperatur innerhalb einer vorbestimmten Aufheizperiode, Überführen des Gussteils in eine zweite Kammer, dort zweites Bestrahlen des Gussteils zum Halten der Zieltemperatur des Gussteils für eine vorbestimmte Halteperiode, und dann Ausführen des einzelnen Gussteils aus der zweiten Kammer, wobei zumindest das erste Bestrahlen teilweise von unterhalb des Gussteils und zum anderen Teil von oberhalb und/oder zwei Seiten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass dickerwandige Bereiche des Gussteils vor dem Aufheizen wärmeabsorbierend beschichtet werden, dünnerwandige Bereiche jedoch nicht derart beschichtet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gussteilen, insbesondere solchen aus Leichtmetall, sowie auf eine Verwendung einer Beschichtung beim chargenweisen Wärmebehandeln von Gussteilen.
Es ist bekannt, Aluminium-Umformteile mittels eines Transportband- oder -rollensystems durch aufeinanderfolgende Öfen und Abschreckbäder zu führen (z. B. EP 0 784 098 A1 ). Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannte Vorrichtung trotz vollautomatischer Steuerung für einige Anwendungen noch nicht hinreichend effizient und/oder genau arbeitet. Außerdem ist die bekannte Anlage groß, kapitalintensiv und erfordert wegen ihrer Komplexität eine Prozesssteuerung.
Aus der US 5 306 359 A ist außerdem ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Aluminiumteils bekannt, bei dem das Teil direkt mit Infrarotstrahlung bestrahlt wird, bis das Teil einer gewünschten Wärmebehandlung unterzogen wurde. Die EP 0 778 353 A1 offenbart eine Vielzahl an Behandlungsstationen für ein Metallteil, darunter mehrere Wärmebehandlungsteilbereiche und mehrere Bereitstellungsteilbereiche. Letztere nutzen berührungslose Temperatursensoren zur Messung einer Infrarotstrahlungsintensität, die von einem Teil emittiert wird, das wärmebehandelt werden soll.
Schließlich offenbart die US 2002/ 0 104 596 A1 eine integrierte Metallbearbeitungseinrichtung, bei der geschmolzenes Metall in einer Gießstation in eine Reihe von Formen gegossen wird, um Metallgüsse herzustellen, die dann an eine Wärmebehandlungsanlage überführt werden. Vor der Einführung der Güsse in eine Wärmebehandlungsstation der Wärmebehandlungsanlage werden die Güsse Wärme ausgesetzt, die ausreichend ist, um eine Abkühlung der Güsse bei oder über einer Prozesssteuerungstemperatur zu hemmen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weitergebildetes Verfahren zur Wärmebehandlung bereitzustellen, welches effizienter und/oder genauer arbeitet und dabei die Handhabung erleichtert.
Dazu schlägt die Erfindung das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Verwendung gemäß Anspruch 8 vor. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Dabei geht die Erfindung unter anderem von der Überlegung aus, dass der Anteil der zu behandelnden Werkstücke an der Gesamtwärmekapazität der laufend in den Behandlungsofen eintretenden Teile, und die Genauigkeit der eingestellten Werkstücktemperatur beide möglichst hoch sein sollten, die Aufheizdauer jedoch möglichst kurz. Diese Anforderungen sind mit herkömmlichen mehrlagigen Ofenwagen und Gasbrennern oder Umluftöfen nicht zufriedenstellend zu erfüllen.
Es wird daher erstens vorgeschlagen, Infrarotstrahler als Wärmequellen zu verwenden, und zwar in einer besonderen Anordnung, und zweitens die Werkstücke einzeln und direkt mittels angetriebener Walzen in und aus dem Ofen zu transportieren, wobei letzterer eine Aufheiz- und eine Hauptkammer und ggf. dazwischen eine Schleuse aufweist. Im Sinne dieser Anmeldung soll unter einem Infrarotstrahler eine Wärmequelle verstanden werden, bei der wenigstens 60 % und bevorzugt wenigstens 80 % der abgegebenen Energie in Form von Nahbereichsinfrarotstrahlung im Spektralbereich von 780 nm bis 3000 nm abgegeben wird. In Transportrichtung der angetriebenen Walzen vor der Aufheizkammer und hinter der Hauptkammer können weitere Schleusen vorgesehen sein. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, dass erstens keine nennenswerten Massen ohne Nutzeffekt erhitzt werden müssen, und zweitens die Temperatur der Werkstücke deutlich genauer eingestellt werden kann, nämlich auf etwa 1° Streuungsmaß.
Die Verwendung von Infrarotstrahlern als Wärmequelle eignet sich besonders gut für das Aufheizen von Werkstücken mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Werkstücken aus Leichtmetall (insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierung sowie Magnesium) und Kupfer. Es ist auch für die Aufheizung von Werkstücken aus Gold oder Silber geeignet. Gemäß einer Ausführungsform ist das zu erwärmende Werkstück aus einem Metall gebildet, welches eine Wärmeleitfähigkeit λ von mehr als 135 W/(m*K) und insbesondere mehr als 155 W/(m*K) und weiter insbesondere mehr als 160 W/(m*K) aufweist.
Die Aufteilung des Ofens in eine Aufheiz- und eine Hauptkammer ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann auch nur eine Kammer vorgesehen sein, und können die Infrarotstrahler zwischen einem ersten Zustand, in dem der Strahlungseintrag in den Ofen hoch ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Strahlungseintrag in den Ofen niedrig ist, umschaltbar sein. Dabei beträgt der Unterschied zwischen hohem und niedrigem Strahlungseintrag wenigstens 25 % und insbesondere wenigstens 45 % und weiter insbesondere wenigstens 65 % des hohen Strahlungseintrages.
Von den Ansprüchen werden nur ein Verfahren und eine Verwendung, nicht aber eine Vorrichtung als solches umfasst; daher werden Abwandlungen der Vorrichtung im Folgenden als Varianten bezeichnet. Eine Verwendung dieser Vorrichtung und ihrer Varianten kann jedoch sehr wohl von den Ansprüchen abgedeckt sein.
In einer Variante sind die Infrarotstrahler so räumlich verteilt im Ofen angeordnet, dass das Werkstück von wenigstens zwei Seiten bestrahlt werden kann. Gemäß einer Variante legen die Infrarotstrahler zwei im wesentlichen parallele Ebenen fest. In einer alternativen Variante legen die Infrarotstrahler drei Ebenen fest, die paarweise jeweils einen Winkel von im wesentlichen 60° einschließen. Gemäß einer weiteren Variante legen die Infrarotstrahler vier Ebenen fest, die paarweise jeweils einen Winkel von im wesentlichen 90° einschließen, wobei jeweils zwei Ebenen im wesentlichen parallel sind. Dabei bedeutet „im wesentlichen parallel“, dass die Ebenen miteinander einen Winkel von kleiner 10° einschließen. Dabei bedeutet „im wesentlichen 60°“, dass eine Abweichung von 60° bzw. 90° um maximal 10° und insbesondere um maximal 5° toleriert werden kann. Gemäß einer Variante erfolgt die Anordnung der Infrarotstrahler auf zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen so, dass sich einer der beiden Ebenen angeordnete gegenüber den auf der anderen der beiden Ebenen angeordneten Infrarotstrahler einen Versatz aufweisen. Die Infrarotstrahler auf zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen liegen sich somit nicht unmittelbar gegenüber. Gemäß einer Variante sind die Infrarotstrahler entlang der Mantelfläche eines das Werkstück umgebenden Zylinders angeordnet.
In weiteren Varianten sind die für den Transport verwendeten Walzen besonders an die Bedingungen in dem erfindungsgemäßen Ofen angepasst, in dem ihre Albedo für die Infrarotstrahlung hoch gewählt wird. Dabei wird unter „hoher Albedo für die Infrarotstrahlung“ verstanden, dass wenigstens 50 % (Albedo ≥ 0,5) und bevorzugt wenigstens 70 % und weiter bevorzugt wenigstens 80 % der eingestrahlten Infrarotstrahlung reflektiert wird. Beispielsweise haben sich Walzen aus keramischem Werkstoff als geeignet erwiesen, da diese eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und mit hohem Albedo hergestellt werden können. Alternativ können jedoch beispielsweise auch Metallwalzen verwendet werden, die eine geeignete Beschichtung aufweisen.
In Hinblick auf die einfache und dennoch effiziente Handhabung wird ein chargenweiser Betrieb vorgeschlagen, denn bei der bekannten, kontinuierlich mit einem Förderband betriebenen Anlage schlagen sich große Verweildauern in entsprechend langer Bandstrecke und damit großvolumigem Ofen nieder. Auf schwankenden Bedarf kann mit einer solchen Anlage nur durch Variation der Werkstück-Abstände reagiert werden, mit in Folge dessen reduzierter Effizienz. Die Infrarotstrahler können elektrisch oder mit einem Brennstoff wie z.B. Erdgas betrieben sein, solange der Hauptanteil (> 50%) der zu übertragenen Energie den Werkstücken in Form von Strahlung zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung werden die Werkstücke vor dem Aufheizen wärmeabsorbierend beschichtet, um die Energieaufnahme zu verbessern. Dabei wird gemäß einer Ausführungsform eine Beschichtung verwendet, die Nahbereichsinfrarotstrahlung im Spektralbereich von 780 nm bis 3000 nm in der aufgebrachten Schichtdicke zu wenigstens 70 % (Albedo ≤ 0,3) und bevorzugt zu wenigstens 80 % und weiter bevorzugt zu wenigstens 90 % absorbiert.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Beschichtung nicht gleichmäßig über das gesamte Werkstück, sondern in Bereichen unterschiedlich. Gemäß der Erfindung werden dickerwandige Bereiche der Werkstücke vor dem Aufheizen stärker wärmeabsorbierend beschichtet als dünnerwandige Bereiche, um die Aufheizrate solcher dickerwandigen Bereiche an jene dünnerwandiger Bereiche anzugleichen. Zusätzlich können räumlich zurückgesetzte Bereiche stärker wärmeabsorbierend beschichtet werden, als räumlich vorspringende Bereiche, um die Aufheizrate solcher räumlich zurückgesetzter Bereiche an jene räumlich vorspringender Bereiche anzugleichen.
Das Aufbringen der wärmeabsorbierenden Beschichtung kann durch eine räumlich gezielte Applikation beispielsweise durch Bedrucken des Werkstückes nach dem Hochdruck-, Flachdruck-, Tiefdruck- oder Durchdruck-Verfahren erfolgen, wobei auch Techniken ohne feste Druckform verwendet werden können, wie beispielsweise das Aufbringen der wärmeabsorbierenden Beschichtung mittels eines X-Y-Schreibers wie beispielsweise eines Plotters oder eines Tintenstrahldruckers. Alternativ kann die wärmeabsorbierende Beschichtung auch großflächig auf die gesamte Oberfläche des Werkstückes aufgebracht werden, beispielsweise durch Eintauchen des Werkstückes in die Beschichtung oder Aufsprühen der Beschichtung.
In Fortbildung der Erfindung werden die Werkstücke vor dem Aufheizen in Bereichen mit einer Beschichtung mit hohem Albedo für die Infrarotstrahlung beschichtet. Beispielsweise können dünnerwandige Bereiche der Werkstücke vor dem Aufheizen stärker mit einer derartigen Beschichtung mit hohem Albedo beschichtet werden, als dickerwandige Bereiche, um die Aufheizrate solcher dünnerwandigen Bereiche an jene dickerwandiger Bereiche anzugleichen. Alternativ oder zusätzlich können räumlich vorspringende Bereiche stärker mit einer Beschichtung mit hohem Albedo beschichtet werden, als räumlich zurückspringende Bereiche, um die Aufheizrate solcher räumlich vorspringender Bereiche an jene räumlich zurückspringender Bereiche anzugleichen.
Das Aufbringen der Beschichtung mit hohem Albedo kann durch eine räumlich gezielte Applikation beispielsweise durch Bedrucken des Werkstückes nach dem Hochdruck-, Flachdruck-, Tiefdruck- oder Durchdruck-Verfahren erfolgen, wobei auch Techniken ohne feste Druckform verwendet werden können, wie beispielsweise das Aufbringen der wärmeabsorbierenden Beschichtung mittels eines X-Y-Schreibers wie beispielsweise eines Plotters oder eines Tintenstrahldruckers.
Gemäß einer Ausführungsform wandeln sich Bestandteile der wärmeabsorbierenden Beschichtung und/oder der Beschichtung mit hohem Albedo unter dem Einfluss der Wärmebehandlung in wasserlöslichere um, so dass die Beschichtung nach der Behandlung mit einer Reinigungszusammensetzung auf Wasserbasis abgewaschen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Suspension aus einem Absorber bzw. einem Stoff mit hohem Albedo in einem besonders gewählten Haftvermittler besonders geeignet ist, welche Haftvermittler bei Erwärmung an der Luft einer Veränderung unterliegen, nämlich von eher hydrophob zu eher hydrophil. Ein quantitatives Maß für die relevante Eigenschaft ist der Kontaktwinkel der mit dem Gemisch beschichteten Oberflächenbereiche: Die Veränderung hin zur Hydrophilie geht einher mit einer Verringerung des Kontaktwinkels eines Wassertropfens zur damit beschichteten Oberfläche um 10° bis 90°. Idealerweise wird der Kontaktwinkel auf Werte unterhalb 10° reduziert. Dadurch wird die Beschichtung mit wasserbasierten Medien abwaschbar, ohne auf besondere Beizen oder Lösungsmittel zurückgreifen zu müssen.
Geeignete Absorber sind Graphit und andere Stoffe geringer Albedo im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung; geeignete Stoffe mit hohem Albedo sind beispielsweise Keramikstäube. Geeignete Träger für das jeweilige Gemisch sind Xylole. Der Absorber bzw. Stoff mit hohem Albedo kann in dem Träger suspendiert sein, oder beide sind in einem Dispergens suspendiert oder ggf. emulgiert.
Durch das Aufbringen der wärmeabsorbierenden Beschichtung bzw. der Beschichtung mit hohem Albedo kann erreicht werden, dass die Werkstücktemperatur nahe an den Fließbereich gebracht werden kann, ohne dass dünnwandige Bereiche, die oftmals zudem vorspringen und daher näher an die Wärmestrahler heranreichen als die dickerwandigen Bereiche, die meist zentral liegen, Gefahr laufen, sich allein durch Temperatur- und Schwerkrafteinfluss zu verformen.
Zusätzlich ist es möglich, den Abstand und/oder die Leistung der als Wärmequellen verwendeten Infrarotstrahler einzeln oder in Gruppen an die Geometrie des zu erwärmenden Werkstücks anzupassen. Beispielsweise kann der Abstand von Infrarotstrahlern zum Werkstück in einem Bereich, in dem das Werkstück einen Vorsprung aufweist, erhöht und/oder die Leistung von Infrarotstrahlern in einem Bereich, in dem das Werkstück einen Vorsprung aufweist, herabgesetzt werden, so dass die Strahlungsleistung der Infrarotstrahler in Umfangsrichtung des Ofens quer zur Laufrichtung der Werkstücke durch den Ofen einstellbar sein kann. Hierfür können geeignete Antriebe vorgesehen sein. In einer Variante ist vorgesehen, dass einzelne oder alle Infrarotstrahler quer zur Laufrichtung des Werkstücks vollständig aus dem Ofen hinausgefahren werden können. Hierdurch wird ein Austausch defekter Infrarotstrahler im laufenden Betrieb des Ofens ermöglicht.
In einer Variante ist die das Werkstück im Ofen umgebende Luft kühler als eine Grenztemperatur der erwärmten Bereiche des Werkstücks, so dass dünne Teile des Werkstücks durch die umgebende Luft gekühlt werden. Hierfür kann ein Gebläse vorgesehen sein.
Gemäß einer Variante ist ein Gebläse vorgesehen, welches die Infrarotstrahler kühlt.
Gemäß einer Variante ist ein Gebläse vorgesehen, welches die Luft im Inneren des Ofens umwälzt.
In einer nicht beanspruchten Alternative wird das Werkstück im Magnetfeld eines supraleitenden Magneten bewegt und werden auf diese Weise Wirbelströme erzeugt, die das Werkstück oberflächennah aufheizen. Die Bewegung kann z.B. in einer Drehung des Werkstücks bestehen, oder in einer linearen Bewegung durch einen Induktionsofen. Das Magnetfeld kann auch ein alternierendes Feld sein, in welchem Fall eine Bewegung des Werkstücks durch das Feld nicht erforderlich, aber zwecks Homogenisierung der Erwärmung zweckmäßig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Zeichnungen erläutert, welche als bloß beispielhaft und daher nicht einschränkend zu verstehen sind. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, und
2 ein Flussschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der 1 ist schematisch ein Ofen 1 mit zwei Kammern 3 und 5 dargestellt, nämlich einer Aufheizkammer 3 und einer Hauptkammer 5.
Nahe dem Boden des Ofens sind Walzen 7', 7" angeordnet, von denen wenigstens einige angetrieben sein können, um ein darauf gelagertes Werkstück (nicht dargestellt) in den Ofen zu befördern (durchgezogener Pfeil). Vor der Aufheizkammer sind in einem Übergabebereich ebenfalls Walzen 9 bereitgestellt, die aus zweckmäßigem Metall gefertigt sind. Die Walzen 7', 7" im Ofen sind demgegenüber aus weißer oder zumindest heller Keramik gefertigt. Die Walzen weisen eine nicht gezeigte Mittelabstützung auf.
An der Decke und/oder an den insbesondere oberen Bereichen der Seitenwände des Ofens sowie insbesondere zwischen den Walzen 7', 7" sind IR-Strahler 11', 11", 13 angeordnet, welche die eingefahrenen Werkstücke mit Infrarotstrahlung beaufschlagen. Zwischen der Aufheizkammer 3 und der Hauptkammer 5 kann eine Schleuse 15 vorgesehen sein. Die IR-Strahler 11' in der Aufheizkammer haben insgesamt eine höhere (mindestens doppelt, oder dreimal so hohe) maximale Heizleistung wie die IR-Strahler 11" in der Hauptkammer insgesamt, weil das Aufheizen erheblich mehr Leistung erfordert als das Aufrechterhalten der einmal erreichten Temperatur.
Wie gezeigt sind die IR-Strahler 11', 11'', 13 so angeordnet, dass sich IR-Strahler 11', 11" am Boden und IR-Strahler 13 an der Decke nicht genau gegenüber liegen, sondern gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Zur Leistungsanpassung kann der Abstand von IR-Strahlern 11', 11", 13 von dem zu bearbeitenden Werkstück mittels Aktuatoren 16, 17 eingestellt werden. Dies kann einzeln und in Gruppen erfolgen. Die Leistung anderer IR-Strahler 11', 11", 13 kann durch Taktung der Strahler eingestellt werden.
Nach der vorgegebenen Verweilzeit in der Hauptkammer 5 werden die Werkstücke einzeln entweder zurückbefördert (linker durchbrochener Pfeil; Chargenbetrieb) oder weiter zu anderen Stationen (nicht dargestellt) befördert (rechter durchbrochener Pfeil; kontinuierlicher Betrieb). Im letzteren Fall kann die Hauptkammer 5 anders als skizziert wesentlich länger sein als die Aufheizkammer 3, so dass eine Beförderung durch den Ofen 1 mit im Wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit ermöglicht ist, selbst wenn die gewünschte Verweilzeit bei der erhöhten Temperatur deutlich länger ist als die erforderliche Aufheizzeit.
Zur Vergleichmäßigung der Temperatur im Ofen ist eine Luftumwälzeinrichtung 20 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der 2 in Form eines Flussschemas dargestellt:

Zunächst wird jedes Werkstück einzeln in die erste (Aufheiz-)Kammer eingeführt (S1), dort innerhalb einer vorbestimmten Aufheizperiode mit Wärmestrahlung auf die Zieltemperatur aufgeheizt (S2), dann in die zweite (Haupt-)Kammer überführt (S3), dort für eine vorbestimmte Halteperiode zum Halten der Zieltemperatur des Werkstücks bestrahlt (S4), und dann aus der zweiten Kammer ausgeführt (S5), wobei zumindest das erste Bestrahlen teilweise von unterhalb des Werkstücks und zum anderen Teil von oberhalb und/oder zwei Seiten erfolgt. Zweckmäßigerweise ist die Bestrahlungsleistung pro Flächeneinheit in der ersten Kammer höher als in der zweiten Kammer.

Diesen Schritten kann z. B. ein Leseschritt vorgelagert sein, in welchem eine Kennung des Werkstücks eingelesen wird, in Abhängigkeit von welcher die Infrarotstrahler und ggf. die Walzen angesteuert werden, um auf diese Weise jedes Werkstück individuell wärmezubehandeln. Ferner ist ein Beschichtungsschritt vorgeschaltet, in welchem dickwandige Werkstückbereiche derart beschichtet werden, dass sie sich unter dem Einfluss der Infrarotstrahlung mehr erwärmen als ohne die Beschichtung, wohingegen dünnwandige Werkstückbereiche nicht derart beschichtet werden. Zusätzlich können dünnwandige Werkstückbereiche derart beschichtet werden, dass sie sich unter dem Einfluss der Infrarotstrahlung weniger erwärmen als ohne die Beschichtung, wohingegen dickwandige Werkstückbereiche nicht derart beschichtet werden. Nach dem Ausführen des Werkstücks aus dem Ofen kann ein Reinigungsschritt vorgesehen sein, in welchem die Beschichtung wieder entfernt wird, z. B. durch Abwaschen mit einer wässrigen Reinigungszusammensetzung. Es ist dazu vorteilhaft, wenn die Beschichtung während der Bestrahlung hydrophiler wird. Anschließend kann mittels Abluft des Ofens eine Trocknung der Werkstücke erfolgen.
Besonders in Verbindung mit einer vorgeschalteten Lese- oder auch Vermessungsstation sind in Ausführungsformen wenigstens einige der Wärmestrahler beweglich gelagert und durch einen Aktuator hinsichtlich ihres Abstandes und/oder ihrer Ausrichtung auf das bestrahlte Werkstück einstellbar. Damit ist es ermöglicht, eine Variation der Bestrahlungsleistung durchzuführen, ohne die Strahlungserzeugung selbst variieren zu müssen. Ferner ist es damit ermöglicht, in ihren äußeren Abmessungen und/oder in ihrer seitlichen Positionierung auf den Transportwalzen differierende Werkstücke dennoch gleichen Bestrahlungsleistungen auszusetzen und/oder in gleichen Zeiten aufzuheizen bzw. auf der gewünschten Temperatur zu halten. Eine Steuerung übernimmt dabei das Erfassen des Abstands des Werkstücks von einer Bezugsposition der Wärmestrahler vor der eigentlichen Positionierung in der Aufheizkammer. Nötigenfalls werden dann einer oder mehrere der Wärmestrahler in eine an die erfasste Position angepasste Lage und Orientierung gebracht und der Aufheizprozess dann zur Zieltemperatur durchgeführt bzw. der Temperaturhalteprozess für die erforderliche Zeit durchgeführt. Die Abstandserfassung kann zu beiden Seiten und/oder oberhalb des Transportwegs der Werkstücke unabhängig erfolgen. Alternativ kann die Vermessungsstation die Größe und die Position des Werkstücks erfassen und alle Strahler entsprechend einstellen und/oder ausrichten. Auch eine Anpassung des Abstands der Wärmestrahler vom Werkstück allein aufgrund der prozeduralen Anforderungen, bei nicht besonders erfasster Position, ist in Ausführungsformen vorgesehen, z. B. auch eine vertikale Verlagerung der unterhalb des Transportwegs angeordneten Strahler.
Der Fachmann wird erkennen, dass diverse Modifikationen des Verfahrens möglich sind, ohne den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Verfahren der Wärmebehandlung eines Gussteils, umfassend Einführen des einzelnen Gussteils in eine erste Kammer, dort erstes Bestrahlen des Gussteils mit Wärmestrahlung zum Aufheizen auf eine Zieltemperatur innerhalb einer vorbestimmten Aufheizperiode, Überführen des Gussteils in eine zweite Kammer, dort zweites Bestrahlen des Gussteils zum Halten der Zieltemperatur des Gussteils für eine vorbestimmte Halteperiode, und dann Ausführen des einzelnen Gussteils aus der zweiten Kammer, wobei zumindest das erste Bestrahlen teilweise von unterhalb des Gussteils und zum anderen Teil von oberhalb und/oder zwei Seiten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass dickerwandige Bereiche des Gussteils vor dem Aufheizen wärmeabsorbierend beschichtet werden, dünnerwandige Bereiche jedoch nicht derart beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einführen, Überführen und/oder Ausführen des einzelnen Gussteils durch Antreiben wenigstens einer unter dem Gussteil befindlichen Walze erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Bestrahlen in der ersten Kammer mit höherer Strahlungsleistung als der Strahlungsleistung des zweiten Bestrahlens in der zweiten Kammer erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wärmeabsorbierende Beschichtung beim Wärmebehandeln wasserlöslicher wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gussteil nach dem Ausführen aus der zweiten Kammer von der Beschichtung befreit wird, insbesondere mit einer Reinigungszusammensetzung auf Wasserbasis.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei vor dem Aufheizen eine Kennung und/oder Position der Gussteile ausgelesen wird, und die Strahlungsintensität während des ersten und/oder zweiten Bestrahlens des Gussteils in Abhängigkeit von der Kennung bzw. Position gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Position und/oder eine Ausrichtung wenigstens einer der Strahlungsquellen in Abhängigkeit von der Kennung bzw. Position eingestellt wird.
Verwendung einer Beschichtung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche Beschichtung eine Suspension aus einem Absorber und einem Haftvermittler ist, zum Beschichten von freiliegenden Oberflächenbereichen eines Gussteils, und zum Umwandeln von Strahlungsenergie in Wärme in den beschichteten Gussteiloberflächenbereichen.
Verwendung nach Anspruch 8, wobei der Absorber Graphit ist und/oder der Haftvermittler ein solcher auf Xylolbasis ist.
Verwendung einer Beschichtung, welche eine Suspension aus einem Absorber und einem Haftvermittler ist, zum Umwandeln von Strahlungsenergie in Wärme in den beschichteten Gussteiloberflächenbereichen beim chargenweisen Wärmebehandeln von Gussteilen, in einer Vorrichtung mit einer Aufheizkammer, einer Hauptkammer und einer Beschichtungseinheit, wobei die Aufheizkammer und die Hauptkammer jeweils mehrere Walzen zum Transport der Gussteile zwischen der Aufheizkammer und der Hauptkammer aufweisen, von welchen Walzen wenigstens je eine angetrieben ist, und wobei an wenigstens zwei Seiten des Transportwegs der Gussteile jeweils Wärmestrahler angeordnet sind, und wobei die Beschichtungseinheit entlang des Transportweges vor der Aufheizkammer angeordnet ist, und ausgebildet ist, die Gussteile ganz oder partiell mit einer Beschichtung zu versehen.
Verwendung nach Anspruch 10, wobei der Absorber Graphit ist und/oder der Haftvermittler ein solcher auf Xylolbasis ist.
Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, wobei unterhalb des Transportwegs in Richtung des Transportwegs zwischen den Walzen Wärmestrahler angeordnet sind, und/oder oberhalb des Transportwegs Wärmestrahler angeordnet sind, welche zu den unterhalb des Transportwegs angeordneten Wärmestrahlern in Richtung des Transportwegs versetzt angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei wenigstens einer der Wärmestrahler hinsichtlich seines Abstands vom Transportweg einstellbar ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorrichtung ferner eine Luftumwälzeinrichtung aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Walzen in der Aufheizkammer und Hauptkammer aus einem keramischen Material mit heller Oberfläche bestehen, und insbesondere eine Albedo für die Wärmestrahlung von über 0,5 aufweisen.
Verwendung nach Anspruch 15, wobei vor der Aufheizkammer eine Übergabestation zur Übernahme der Gussteile auf die Walzen des Transportwegs vorgesehen ist, und wobei die Walzen im Bereich der Übergabestation aus Metall gebildet sind.
Verwendung nach Anspruch 15 oder 16, wobei quer zum Transportweg nebeneinander angeordnete Walzen an derselben Achse befestigt sind, welche Achse an einem Ende ihrer Erstreckungsrichtung einen Antrieb aufweist, und/oder in der Mitte ihrer Erstreckungsrichtung abgestützt ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Wärmestrahler so ausgewählt und angeordnet sind, dass die maximale Wärmeleistung pro Flächenelement jedes Gussteils entlang des Transportwegs in der Aufheizkammer mindestens doppelt und bevorzugt mindestens dreimal so groß ist wie in der Hauptkammer.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, weiter aufweisend eine Lesereinheit, die entlang des Transportweges vor der Aufheizkammer angeordnet ist, und ausgebildet ist, an den Gussteilen angebrachte Kennungen zu lesen und anhand dieser Markierungen ein Steuersignal für die Wärmestrahler zu ermitteln und an die Aufheizkammer und an die Hauptkammer auszugeben.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei die Beschichtung einen durchschnittlichen Albedo größer als 0,7 oder größer als 0,8 im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung der Wärmestrahler aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei die Beschichtung einen durchschnittlichen Albedo kleiner als 0,15 oder kleiner als 0,1 im Wellenlängenbereich der Wärmestrahlung der Wärmestrahler aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, weiter aufweisend Befreien der Gussteile von der Beschichtung in einer Reinigungseinheit, die entlang des Transportweges hinter der Hauptkammer angeordnet ist, wobei die Reinigungseinheit für eine Trocknung der Gussteile nach der Reinigung vorzugsweise über einen Kanal mit der Hauptkammer verbunden ist, um Abwärme von der Hauptkammer zu erhalten.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, wobei die Vorrichtung eine Schleuse zwischen der Aufheizkammer und der Hauptkammer aufweist.