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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Blechwerkstücken, wie insbesondere Blechplatinen oder Blechformteilen, im Hinblick auf ein nachfolgendes Warmumformen und insbesondere Presshärten dieser Blechwerkstücke.
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Zum Erwärmen von Blechwerkstücken im Hinblick auf ein nachfolgendes Warmumformen bzw. Presshärten dieser Blechwerkstücke werden zumeist lange Rollenherdöfen eingesetzt, die von den zu erwärmenden Blechwerkstücken durchlaufen werden. Solche Rollenherdöfen haben jedoch diverse Nachteile, wie bspw. eine große Baulänge und der damit einhergehende Platzbedarf. Ferner sind solche Rollenherdöfen auch unter energetischen Gesichtspunkten umstritten.
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In der
DE 10 2009 019 496 A1 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die drei aufeinanderfolgende Wärmestationen umfasst, welche von den zu erwärmenden Blechwerkstücken in Folge bzw. nacheinander durchlaufen werden. Die erste Wärmestation weist bevorzugt eine induktive Heizeinrichtung bzw. Erwärmungseinrichtung auf, mit der die zu erwärmenden Blechwerkstücke zunächst schnell (d. h. in einer kurzen Zeitspanne) auf eine hohe Temperatur von bis zu mehreren Hundert Grad Celsius erwärmt werden können. Anschließend werden die auf diese Weise angewärmten Blechwerkstücke den nachgeschalteten Wärmestationen zugeführt. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist gegenüber den Rollenherdöfen diverse Vorteile auf. Nachteilig an der vorgeschlagenen Vorrichtung ist jedoch eine nicht gegebene Flexibilität im Hinblick auf unterschiedliche Erwärmungsanforderungen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die die mit den Rollenherdöfen einhergehenden Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist und mit der flexibel unterschiedliche Erwärmungsanforderungen gehandhabt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mehrere Wärmestationen auf. Darunter
- – wenigstens eine erste Wärmestation mit wenigstens einer induktiven bzw. induktiv betriebenen Erwärmungseinrichtung, in der die Blechwerkstücke ohne zu verweilen schnell auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden können;
- – wenigstens eine zweite Wärmestation, in der die Blechwerkstücke verweilen und dabei auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt (oder gegebenenfalls auch abgekühlt) oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden können; und
- – wenigstens eine dritte Wärmestation, in der die Blechwerkstücke verweilen und dabei auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt (oder gegebenenfalls auch abgekühlt) oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden können.
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Die erste Wärmestation ermöglicht aufgrund des induktiven Erwärmungsprinzips ein schnelles und auch zielgerichtetes Erwärmen der Blechwerkstücke, was insbesondere auch unter energetischen Gesichtpunkten vorteilig ist. Bevorzugt ist die erste Wärmestation als Durchgangsstation ausgebildet. Die zu erwärmenden Blechstücke werden einzeln oder gegebenenfalls auch zu mehreren und ohne nennenswerte Verweilzeit durch die erste Wärmestation durchgeführt bzw. daran vorbeigeführt und hierbei induktiv erwärmt, was insbesondere per Längsfeldinduktion und/oder per Querfeldinduktion (siehe diesbezügliche Erläuterungen in der
DE 10 2009 042 026 A1 ) erfolgen kann.
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Die zweite und die dritte Wärmestation können je nach Erwärmungsanforderung in unterschiedlicher Art und Weise betrieben werden, wie nachfolgend noch näher erläutert. Bevorzugt umfasst die zweite und/oder die dritte Wärmestation wenigstens eine elektrisch betriebene und/oder wenigstens eine mittels Brennstoffverbrennung (bspw. einem Gasbrenner) betriebene Erwärmungseinrichtung. Ergänzend oder alternativ können auch induktive Erwärmungseinrichtungen vorgesehen sein. Die zweite und/oder die dritte Wärmestation sind insbesondere derart ausgebildet, dass diese mehrere Blechwerkstücke gleichzeitig aufnehmen können, wobei diese Blechwerkstücke in einer gemeinsamen Ofenkammer oder auch in getrennten Ofenkammern nebeneinander und/oder übereinander aufgenommen werden können. Die zweite Wärmestation ist bevorzugt als Nicht-Durchgangsstation ausgebildet. Die dritte Wärmestation ist bevorzugt als Durchgangsstation ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese zum Durchführen bzw. Durchleiten der zu erwärmenden Blechwerkstücke (wenigstens) eine Hauptgasse bzw. erste Gasse, in der die dritte Wärmestation angeordnet ist, und (wenigstens) eine Nebengasse bzw. zweite Gasse, in der die erste Wärmestation und die zweite Wärmestation angeordnet sind, aufweist, wobei die Hauptgasse und die Nebengasse an einem Kreuzungspunkt mit wenigstens einer Weiche für den Übergang der Blechwerkstücke von einer Gasse in die andere Gasse verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens zwei Gassen auf. Unter einer Gasse wird eine Förderstrecke bzw. ein Förderweg verstanden, entlang der bzw. entlang dem die zu erwärmenden Blechwerkstücke bewegt werden und den einzelnen Wärmestationen zugeführt und/oder durch diese hindurchgeführt werden. Die Gassen sind mittels wenigstens einer Weiche miteinander verbunden. In anderen Worten ausgedrückt sind die Wärmestationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in unterschiedlichen Pfaden angeordnet, die mit wenigstens einer Weiche verbunden sind. Eine Weiche ermöglicht einen definierten und unterbrechungsfreien Übergang der Blechwerkstücke von einer Gasse in die andere Gasse. Die Weiche ist derart ausgebildet, dass bei jedem Übergang ein Blechwerkstück oder gegebenenfalls auch mehrere Blechwerkstücke übergeleitet werden. Ein solche Weiche kann z. B. durch einen Industrieroboter mit Greifern oder ähnlichen Einrichtungen realisiert sein. Je nach Auslegung kann ein solcher Industrieroboter oder dergleichen auch zur Beladung bzw. Bestückung einer oder mehrerer Wärmestationen verwendet werden. Die Bestückung kann auch die Entnahme umfassen.
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Die einzelnen Wärmestationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen in vorteilhafter Weise die Erwärmung der Blechwerkstücke in mehreren unterschiedlichen Erwärmungs- und/oder Temperaturhaltephasen, was bereits aus der
DE 10 2009 019 496 A1 bekannt ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung müssen diese Phasen jedoch nicht starr bzw. in einer baulich vorgegebenen Reihenfolge durchlaufen werden. Stattdessen können die Blechwerkstücke je nach den gegebenen Erwärmungsanforderungen in veränderbarer Reihenfolge oder Durchlauffolge den Wärmestationen zugeführt werden. Die Aufteilung der Wärmestationen auf mehrere (d. h. wenigstens zwei) Gassen und das Vorsehen wenigstens einer Weiche ermöglicht eine flexible Handhabung von sehr unterschiedlichen Erwärmungsanforderungen, was sich auch aus den nachfolgenden Erläuterungen ergibt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass diese mit beengten Platzverhältnissen, was insbesondere bei Nachrüstungen ein in der Praxis häufig anzutreffendes Problem ist, auskommt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vor allem auch zum Erwärmen von Blechwerkstücken mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung, wobei es sich vorrangig um eine aluminiumhaltige Korrosionsschutzbeschichtung (bspw. AlSi) handelt und hierbei insbesondere vorgesehen ist, dass sich beim Erwärmen eine so genannte Diffusionsschicht zwischen dem Blechmaterial (Blechsubstrat) und dem Beschichtungsmaterial ausbildet, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand der einzigen Figur näher erläutert, wobei in den nachfolgenden Erläuterungen insbesondere auch auf die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen eingegangen wird.
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1 zeigt, in einer schematischen Darstellung, eine Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 dient dem Erwärmen von Blechwerkstücken, wobei es sich insbesondere um Blechplatinen oder Blechformteile handelt, wozu die zu erwärmenden Blechwerkstücke automatisiert durch diese Vorrichtung 100 hindurchgeführt werden. Die zu erwärmenden Blechwerkstücke werden ausgehend von einer Abstapeleinrichtung 10 der Vorrichtung 100 zugeführt und nach dem Erwärmen in der Vorrichtung 100 im noch erwärmten Zustand an ein Warmumformwerkzeug oder Presshärtewerkzeug 20 übergeben. Die Zuführung der Blechwerkstücke von der Abstapeleinrichtung 10 zur Vorrichtung 100 sowie die Ausleitung aus der Vorrichtung 100 bzw. die Übergabe an das Werkzeug 20 kann mit jeder geeigneten Überführungseinrichtung (bspw. einem Industrieroboter oder dergleichen) erfolgen.
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Die mit Strichpunktlinie schematisch umrandete Vorrichtung 100 umfasst eine erste Wärmestation 110, eine zweite Wärmestation 120 und eine dritte Wärmestation 130. Die Wärmestationen 110, 120 und 130 sind in verschiedenen Gassen A und B angeordnet. Die dritte Wärmestation 130 ist in einer Hauptgasse A angeordnet. Die Hauptgasse A stellt quasi eine direkte (umwegfreie) Verbindung zwischen der Abstapeleinrichtung 10 und dem Werkzeug 20 dar. Die erste Wärmestation 110 und die zweite Wärmestation 120 sind in einer Nebengasse B angeordnet. Die Nebengasse B ist als Sackgasse ausgebildet, an deren Ende sich die zweite Wärmestation 120 befindet. Die gezeigte T-artige Anordnung der Gassen A und B ist nur beispielhaft. Die Vorrichtung 100 kann weitere Wärmestationen aufweisen, die in der Hauptgasse A (bspw. stromabwärts der dritten Wärmestation 130) oder in der Nebengasse B angeordnet sein können. Die Vorrichtung 100 hat einen kompakten und platzsparenden Aufbau, insbesondere im Vergleich zu einem konventionellen Rollenherdofen.
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Die Hauptgasse A und die Nebengasse B sind an einem Kreuzungspunkt mit einer bzw. über eine Weiche 150 verbunden, wobei die quasi am Eingang der Vorrichtung 100 angeordnete Weiche 150 den Übergang der zu erwärmenden Blechwerkstücke von einer Gasse in die andere bewerkstelligt. Die Weiche 150 kann z. B. durch einen Industrieroboter oder dergleichen realisiert sein. Ein solcher Industrieroboter oder dergleichen könnte auch zur Bestückung der ersten und/oder dritten Wärmestation 110 bzw. 130 verwendet werden. Die sonstigen Bewegungen der zu erwärmenden Blechwerkstücke zwischen den Wärmestationen erfolgt durch geeignete Überführungseinrichtungen (bspw. Rollentransportfelder, Förderbänder, Industrieroboter oder dergleichen).
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Der automatisierte Betrieb der Vorrichtung 100 wird von einer Steuereinrichtung 160 bewerkstelligt, wobei die Steuerverbindungen zu den einzelnen Wärmestationen 110, 120 und 130, zu der Weiche 150 sowie zu den Überführungseinrichtungen im einzelnen nicht dargestellt sind. In der Vorrichtung 100 können sich zeitgleich mehrere Blechwerkstücke befinden.
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Die erste Wärmestation 110 umfasst wenigstens eine induktive Erwärmungseinrichtung, die bspw. als Längsfeld- oder Querfeldinduktor ausgebildet sein kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die zu erwärmenden Blechwerkstücke auf einem Rollentransportfeld oder dergleichen (bspw. auch mittels eines Industrieroboters der mit einer geeigneten Greifeinrichtung ausgestattet ist) an diesem Induktor vorbeigeführt werden. Die erste Wärmestation 110 ist als Durchgangsstation ausgebildet, wobei die zu erwärmenden Blechwerkstücke in zwei Richtungen durch die erste Wärmestation 110 hindurchgeführt werden können, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Die zweite Wärmestation 120 und die dritte Wärmestation 130 umfassen wenigstens eine elektrisch betriebene und/oder wenigstens eine mittels Brennstoffverbrennung (bspw. einem Gasbrenner) betriebene Erwärmungseinrichtung. Die dritte Wärmestation 130 ist ebenfalls als Durchgangsstation ausgebildet, wobei die zu erwärmenden Blechwerkstücke die dritte Wärmestation 130 in nur einer Richtung durchlaufen können. Die zweite Wärmestation 120 ist hingegen als nichtdurchgängige Station ausgebildet. Bevorzugt ist die zweite Wärmestation 120 als Stapelofen ausgebildet bzw. weist wenigstens einen Stapelofen auf.
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Damit die zu erwärmenden Blechwerkstücke von der Weiche 150 kommend zur zweiten Wärmestation 120 am Ende der Nebengasse B gelangen, müssen diese die erste Wärmestation 110 durchlaufen. Auch auf dem Rückweg von der zweiten Wärmestation 120 zur Weiche 150 müssen diese die erste Wärmestation 110 durchlaufen. D. h. die erste Wärmestation 110 ist derart ausgebildet, dass diese in beiden Richtungen von den zu erwärmenden Blechformteilen durchlaufen werden kann. Gegebenenfalls kann ein Bypass um die erste Wärmestation 110 vorgesehen sein. Ein solcher Bypass kann im Übrigen auch an der dritten Wärmestation 130 vorgesehen sein. Die zweite und die dritte Wärmestation 120 und 130 können im Übrigen jeweils eine oder mehrere Ofeneinrichtungen oder dergleichen umfassen.
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Die einzelnen Wärmestationen 110, 120 und 130 ermöglichen in flexibler Weise ein Erwärmen der zu erwärmenden Blechwerkstücke in mehreren unterschiedlichen Erwärmungs- und/oder Temperaturhaltephasen, wobei die Vorrichtung 100 mit nur einer Weiche 150 auskommt, die daher optimal ausgelastet werden kann. Nachfolgend werden verschiedene auf der Vorrichtung 100 ausführbare Erwärmungsverfahren (bzw. Betriebsarten oder Betriebsmöglichkeiten) erläutert, die unterschiedlichen Erwärmungsanforderungen gerecht werden, wobei es sich nicht um eine abschließende Darlegung der prinzipiell gegebenen Möglichkeiten handelt. Die angegebenen Temperaturen sind Beispielwerte und Circa-Angaben.
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1.) Erwärmen mit Vordiffusionsphase:
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An der Abstapeleinrichtung 10 wird ein mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung (bspw. eine AlSi-Beschichtung) versehenes Blechwerkstück, wobei es sich insbesondere um eine Blechplatine oder Blechformteil handelt, abgestapelt und der Vorrichtung 100 zugeführt. Das Blechwerkstück weist vorzugsweise Raumtemperatur auf. An der Weiche 150 wird das zu erwärmende Blechwerkstück in die Nebengasse B umgeleitet und durchläuft dann die erste Wärmestation 110, wobei es beim Durchlaufen ohne nennenswerte Verweilzeit verhältnismäßig schnell auf 600°C erwärmt wird.
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Nach dem Durchlaufen der ersten Wärmestation 110 wird das Blechwerkstück der zweiten Wärmestation 120 am Ende der Nebengasse B zugeführt, wo es über einen längeren Zeitraum bzw. über einer längeren Zeitspanne auf ca. 600°C Temperaturgehalten wird, wobei sich eine Diffusionsschicht (bspw. AlSiFe-Schicht) zwischen dem eigentlichen Blechmaterial und dem metallischen Beschichtungsmaterial ausbildet. Die zweite Wärmestation 120 fungiert somit als Diffusionsofen, wobei der benötigte Energieaufwand zum Betrieb dieses Ofens verhältnismäßig gering ist, da die aufgenommenen Blechwerkstücke im Wesentlichen nicht mehr erwärmt werden müssen.
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Die zweite Wärmestation 120 kann eine Vielzahl von Blechwerkstücken aufnehmen, die über eine längere Zeitspanne in der zweiten Wärmestation 120 verweilen können. Bevorzugt ist die zweite Wärmestation 120 als Stapelofen ausgebildet. Indem das Blechwerkstück zunächst in der ersten Wärmestation 110 induktiv erwärmt und anschließend zum Zwecke der Vordiffusion der zweiten Wärmestation 120 zugeführt wird kann der gesamte Diffusionsvorgang in kurzer Zeit vollzogen werden, so dass die Vorrichtung 100 trotz ihrer kompakten Baugröße eine hohe Ausbringleistung (Anzahl von erwärmten Blechwerkstücken pro Zeitabschnitt) hat.
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Nach Abschluss des Diffusionsvorgangs wird das Blechwerkstück aus der zweiten Wärmestation 120 entnommen und zur Weiche 150 zurückgeführt. Dabei durchläuft das Blechwerkstück in Gegenrichtung wieder die erste Wärmestation 110 und kann beim Durchlaufen (ohne nennenswerte Verweilzeit) auf eine höhere Temperatur von 720°C (unterhalb der Austenitisierungstemperatur) oder 950°C (oberhalb der Austenitisierungstemperatur) erwärmt werden. Optional kann das Blechwerkstück die erste Wärmestation 110 durchlaufen ohne hierbei einer Wärmebehandlung unterzogen zu werden. Ferner ist auch ein Bypass an der ersten Wärmestation 110 denkbar, wie bereits erläutert.
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Anschließend wird das Blechwerkstück an der Weiche 150 in die Hauptgasse A umgeleitet und der dritten Wärmestation 130 zugeführt. In der dritten Wärmestation 130 kann z. B. ein Temperaturausgleich erfolgen, um etwaige aus der induktiven Erwärmung in der ersten Wärmestation 110 herrührende Temperaturunterschiede auszugleichen. Die dritte Wärmestation 130 fungiert somit als Ausgleichsofen, wobei die Ausgleichstemperatur niedriger oder höher sein kann, als die Temperatur in der zweiten Wärmestation 120 und/oder als die in der ersten Wärmestation 110 erzeugte Blechwerkstücktemperatur. Die dritte Wärmestation 130 kann eine Vielzahl von Blechwerkstücken aufnehmen, die über eine kürzere oder auch längere Zeitspanne in der dritten Wärmestation 130 verweilen können. Bevorzugt ist die dritte Wärmestation 130 als Durchlaufofen ausgebildet, wobei durch Veränderung der Durchlaufgeschwindigkeit die Verweilzeit variiert werden kann. Die dritte Wärmestation 130 kann mehrere Temperaturzonen aufweisen. Die dritte Wärmestation 130 kann auch als Stapelofen ausgebildet sein bzw. wenigstens einen Stapelofen umfassen.
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Während dem Temperaturausgleich in der dritten Wärmestation 130 kann das Blechwerkstück auf Temperatur gehalten oder gegebenenfalls auch erwärmt werden (bspw. auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur). Insofern kann die dritte Wärmestation 130 auch als Erwärmungsstation fungieren. Alternativ kann das Blechwerkstück die dritte Wärmestation 130 durchlaufen ohne hierbei eine Wärmebehandlung zu erfahren, was bspw. durch Ausschalten der dritten Wärmestation 130 bewerkstelligt werden kann. Ferner ist auch ein Bypass an der dritten Wärmestation 130 denkbar, wie bereits erläutert.
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Nach dem Durchlaufen der dritten Wärmestation 130 wird das nun fertig erwärmte Blechwerkstück aus der Vorrichtung 100 ausgeleitet und dem Werkzeug 20 zugeführt, wo dieses in noch erwärmten Zustand verarbeitet wird.
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2.) Erwärmen ohne Vordiffusionsphase:
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Abweichend zu der vorausgehend erläuterten Vorgehensweise (mit einer Vordiffusionsphase) wird das zu erwärmende Blechwerkstück, nachdem dieses in bzw. an der ersten Wärmestation auf eine Temperatur von 600°C aufgewärmt wurde, nicht an die zweite Wärmestation 120 übergeben, sondern über die Weiche 150 quasi direkt der dritten Wärmestation 130 zugeführt.
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Diese Vorgehensweise eignet sich z. B. für das schnelle Erwärmen von Blechwerkstücken, wobei es sich insbesondere um Blechwerkstücke mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung handelt, die bereits im Anlieferungszustand eine Diffusionsschicht aufweist, so dass eine Vordiffusionsphase nicht erforderlich ist.
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3.) Erwärmen nur mit der dritten Wärmestation:
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Wenn keine hohen Erwärmungsanforderungen gestellt werden und/oder wenn nur eine geringe Ausbringleistung benötigt wird, kann eine Erwärmung nur in der dritten Wärmestation 130 erfolgen, wozu die zu erwärmenden Blechwerkstücke lediglich entlang der Hauptgasse A durch die Vorrichtung 100 hindurchgeführt werden. Die dritte Wärmestation 130 fungiert hierbei quasi als konventioneller Erwärmungsofen. Die erste Wärmestation 110 und die zweite Wärmestation 120 sowie die Weiche 150 können ausgeschaltet bleiben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abstapeleinrichtung
- 20
- Werkzeug
- 100
- Vorrichtung
- 110
- erste Wärmestation
- 120'
- zweite Wärmestation
- 130
- dritte Wärmestation
- 150
- Weiche
- 160
- Steuereinrichtung
- A
- Hauptgasse (erste Gasse)
- B
- Nebengasse (zweite Gasse)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009019496 A1 [0003, 0011]
- DE 102009042026 A1 [0007]
