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Die Erfindung betrifft einen Mehrlagenkammerofen zur Wärmebehandlung von härtbaren Blechplatinen, insbesondere Karosserieteilen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Im Fahrzeug-Karosseriebau werden insbesondere im Bereich der Fahrgastzelle höchstfeste, warmumgeformte Bauteile eingesetzt, etwa die B-Säule, eine Tunnelverstärkung oder ein Längsträger. Diese Bauteile können zunächst in einem Mehrlagenkammerofen wärmebehandelt und anschließend in einer Tiefziehpresse warmumgeformt und zugleich abgeschreckt werden. Ein solcher Mehrlagenkammerofen ist aus der
DE 10 2012 218 159 A1 bekannt.
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Ein gattungsgemäßer Mehrlagenkammerofen weist eine Vielzahl von, in der Ofen-Hochrichtung übereinander angeordneten, beheizbaren Ofenkammern auf. Dem Mehrlagenkammerofen sind in der Durchlaufrichtung betrachtet eine Eingabestation vorgelagert, mittels der die Ofenkammern mit den Blechplatinen bestückbar sind, sowie eine Ausgabestation nachgelagert, mittels der die Blechplatinen nach erfolgter Wärmebehandlung aus dem Mehrlagenkammerofen förderbar sind.
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Der obige Mehrlagenkammerofen ist in einer vollautomatisierten Prozessabfolge integriert, bei der mittels eines Greifers zunächst eine Roh-Blechplatine von einer Stapelstation auf eine Transfergabel eines hubverstellbaren Hebers der Eingabestation abgelegt wird. Der Heber wird bis auf Höhe der zu bestückenden Ofenkammer hubverstellt. Anschließend kann die Transfergabel die darauf abgelegte Blechplatine in horizontaler Richtung in die Ofenkammer transferieren. Nach der Wärmebehandlung kommt der Heber der Ausgabestation zum Einsatz. Dieser untergreift mit seiner Transfergabel die in der Ofenkammer wärmebehandelte Blechplatine und transferiert diese in der Durchlaufrichtung aus der Ofenkammer heraus. Die Blechplatine wird in der
DE 10 2012 218 159 A1 unmittelbar in eine Einhausung der Ausgabestation transferiert, in der ein partielles Vergüten stattfindet, das heißt Bereiche mit unterschiedlicher Duktilität in der Blechplatine erzeugt werden. Nach der partiellen Vergütung in der ausgabeseitigen Einhausung fördert die Transfergabel die Blechplatine in der Durchlaufrichtung aus der Einhausung heraus bis in eine Übergabeposition, von der die Blechplatine zum Beispiel mittels eines Greifers einer Warmumformung zugeführt wird.
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In der
DE 10 2012 218 159 A1 ist die Wärmebehandlungskammer der ausgabeseitigen Einhausung in insgesamt drei Temperaturbereiche aufgeteilt, nämlich einen Kühlbereich, einen Heizbereich sowie einen Übergangsbereich. Die Temperaturbereiche sind so ausgelegt, dass bei einer B-Säule ein Fußabschnitt mit hoher Duktilität, ein Übergangsbereich mittlerer Duktilität sowie ein oberer Abschnitt reduzierter Duktilität erzeugt wird. Im Hinblick auf eine Seitencrashsicherheit ist die Maßhaltigkeit der obigen Bereiche unterschiedlicher Duktilität von großer Bedeutung.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Mehrlagenkammerofen bereitzustellen, bei dem die Erzeugung von Blechplatinen-Bereichen unterschiedlicher Duktilität in einfacher Weise mit im Vergleich zum Stand der Technik verbesserter Maßhaltigkeit herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist in der Wärmebehandlungskammer der ausgabeseitigen Einhausung zumindest eine Trennwand angeordnet, die die Wärmebehandlungskammer unter Bildung unterschiedlicher Temperaturbereiche in zumindest zwei Teilkammern aufteilt.
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In der obigen Anlage dient der Mehrlagenkammerofen zur homogenen Erwärmung der Blechplatine auf beispielhaft 910°C sowie zur Ausprägung der Diffusionsschicht. Mittels der, dem Ofen in der Durchlaufrichtung nachgeschalteten Wärmebehandlungskammer wird verhindert, dass die Blechplatinen beim Transfer aus den unterschiedlichen Ablagenhöhen des Ofens bis zur Übergabe an den Transfer für das Warmumform-Werkzeug einem Temperaturverlust unterliegen. Die Wärmebehandlungskammer dient in Doppelfunktion zugleich auch zur partiellen Vergütung der transferierten Blechplatine.
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In einer technischen Umsetzung kann die Trennwand über einen freien Durchführungsspalt vom Kammerboden beabstandet sein. Die Transfergabel ist berührungsfrei durch den Durchführungsspalt in die Wärmebehandlungskammer einfahrbar. Die Trennwand kann aus einem keramischen Grundmaterial gefertigt sein. Der Durchführungsspalt zwischen der Trennwand und der hindurchgeführten Blechplatine kann beispielhaft 5 mm betragen.
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Die Erfindung ist exemplarisch bei der Wärmebehandlung eines B-Säulenelementes anwendbar. Das B-Säulenelement kann in an sich bekannter Weise Platinen-Bereiche unterschiedlicher Duktilität aufweisen. Beispielhaft kann die im Fahrzeug verbaute B-Säule in ihrem Fußbereich unterhalb der Fahrzeugsitzfläche eine hohe Duktilität sowie im Übergangsbereich eine mittlere Duktilität aufweisen, während im Hinblick auf eine Seitencrashsicherheit der daran anschließende, bis zum Dachrahmen geführte Säulenabschnitt mit reduzierter Duktilität ausführbar ist.
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Im Hinblick auf die oben skizzierten Anforderungen kann die Wärmebehandlungskammer in die folgenden zwei Teilkammern unterteilt sein: Die erste Teilkammer definiert einen Kühlbereich, in dem die Blechplatine auf eine Vergütungstemperatur in einem Bereich von 500 bis 700°C abgekühlt wird, um den Blechplatinen-Bereich hoher Duktilität zu erzeugen. Im Gegensatz dazu kann die zweite Teilkammer einen Heizbereich definieren, in dem die Blechplatine in etwa auf der in der Ofenkammer des Mehrlagenkammerofens vorherrschende Austenitisierungstemperatur von beispielhaft 920°C gehalten wird, um den Blechplatinen-Bereich reduzierter Duktilität zu erzeugen. Der durch den Durchführungsspalt geführte Blechplatinen-Übergangsbereich wird entsprechend mit einer mittleren Duktilität ausgebildet.
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Beispielhaft kann der Heizbereich während der Produktion auf ca. 910°C geregelt und gehalten werden, wobei der Kühlbereich während der Produktion auf ca. 480°C abgesenkt, geregelt und gehalten wird. Die Abkühlung kann beispielhaft durch eine Luftkühlung erfolgen.
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In einer Ausführungsvariante kann die Spaltbreite des Durchführungsspaltes variiert werden, und zwar beispielhaft durch eine Höhenverstellung der Trennwand.
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Bevorzugt kann die Transfergabel des Hebers der Ausgabestation insgesamt drei, in der Durchlaufrichtung hintereinander angeordnete Horizontalpositionen einnehmen: In einer ersten Horizontalposition ist die Transfergabel im Mehrlagenkammerofen eingefahren, so dass die in der Ofenkammer wärmebehandelte Blechplatine auf die ausgabeseitige Transfergabel ablegbar ist. In einer zweiten Horizontalposition hat die Transfergabel die Blechplatine vom Ofen in die Wärmebehandlungskammer der ausgabeseitigen Einhausung transferiert. In einer dritten Horizontalstellung befindet sich die Transfergabel mit der darauf abgelegten, partiell vergüteten Blechplatine in der Übergabestation.
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Für eine solche Horizontalverstellung ist die Transfergabel über eine Schlittenführung horizontal verstellbar auf den Heber aus Ausgabestation gelagert. Die Transfergabel kann über einen hochkant aufgestellten Tragarm auf der Schlittenführung abgestützt sein. Diese kann in der Hochrichtung betrachtet bis unterhalb der Wärmebehandlungskammer verlängert sein.
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Wie oben erwähnt, kann die Transfergabel bevorzugt insgesamt drei in der Durchlaufrichtung hintereinander angeordnete Horizontalpositionen anfahren. Um der Transfergabel einen entsprechend großen Transferweg bereitzustellen, kann die von der Einhausung begrenzte Wärmebehandlungskammer an ihrem Kammerboden in einen Transferfreigang übergehen. Durch den in der Einhausung gebildeten Transferfreigang kann bei einer horizontalen Transfergabel-Verstellung der Tragarm der Transfergabel in Richtung auf den Mehrlagenkammerofen geführt werden, um eine Positionierung der Transfergabel innerhalb des Ofens zu gewährleisten.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. Es zeigen:
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1 und 2 jeweils grob schematische Prinzipskizzen zur Veranschaulichung der Prozessabfolge bis kurz vor der nicht gezeigten Warmumformung;
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3 in einer perspektivischen Teilansicht die Ausgabeseite des Mehrlagenkammerofens mit der in der Durchlaufrichtung nachgeschalteten Ausgabestation;
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4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 3;
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5 in einer Prinzipdarstellung von oben den Prozessweg der Blechplatinen von dem Mehrlagenkammerofen 1 bis zur Übergabestation; und
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6 ein als B-Säulenelement ausgebildete Blechplatine.
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Die Figuren sind im Hinblick auf einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Erfindung lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau eines Mehrlagenkammerofens 1 wiedergeben. So weist der in den 1 und 2 gezeigte Mehrlagenkammerofen 1 in einer Anlagen-Hochrichtung z beispielhaft insgesamt sieben übereinander angeordnete Ofenkammern 3 auf, in denen die Blechplatinen 5 auf nicht dargestellte Tragstrukturen ablegbar sind. Die Ofenkammern 3 sind mittels nicht gezeigter Gasbrenner separat beheizbar.
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Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist dem Mehrlagenkammerofen 1 in einer Durchlaufrichtung D betrachtet eine Eingabestation 7 vorgelagert und eine Ausgabestation 9 nachgelagert. Die Eingabestation 7 weist einen vertikal hubverstellbaren Heber 11 mit einer Transfergabel 13 auf, die in einer Schlittenführung 27 (3) horizontal verstellbar auf dem Heber 11 gelagert ist. In gleicher Weise ist auch die Ausgabestation 9 mit einem Heber 11 sowie einer darauf horizontal verstellbaren Transfergabel 13 ausgebildet. Zusätzlich weist der Heber 11 der Ausgabestation 9 eine Einhausung 15 mit einer Wärmebehandlungskammer 17 auf, in die die Transfergabel 13 einfahrbar ist. In der Wärmebehandlungskammer 17 der Einhausung 15 des ausgabeseitigen Hebers 11 ist ein partielles Vergüten durchführbar, bei dem die Blechplatine 5 mit unterschiedlichen Temperaturbereichen wärmebeaufschlagt wird, um Platinen-Bereiche unterschiedlicher Duktilität bereitzustellen.
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Nachfolgend wird anhand der 1 und 2 eine Prozessabfolge beschrieben, die, in der Durchlaufrichtung D betrachtet, in die Prozessschritte I bis VII unterteilt ist. Demzufolge werden im ersten Prozessschritt I die Blechplatinen 5 mittels eines Greifers von einer Stapelstation 19 auf die Transfergabel 13 des Hebers 11 der Eingabestation 7 abgelegt. Im Prozessschritt II wird der Heber 11 in etwa bis auf Höhe einer der Ofenkammern 3 (in der 1 die mittlere Ofenkammer) hubverstellt. Anschließend wird die Transfergabel 13 mit der darauf abgelegten Roh-Blechplatine 5 in der Horizontalrichtung in die Ofenkammer 3 eingefahren und darin abgelegt (Prozessschritt III). Nach erfolgter Blechplatinen-Ablage wird die Transfergabel 13 in Gegenrichtung wieder aus der Ofenkammer 3 herausbewegt und der eingabeseitige Heber 11 in seine untere Ausgangslage (bei Prozessschritt I) rückgestellt.
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Nach der Wärmebehandlung in der Ofenkammer 3 kommt der Heber 11 der Ausgabestation 9 zum Einsatz. Dieser wird bis auf die Höhe der Ofenkammer 3 hubverstellt, so dass im Prozessschritt IV (2) die Blechplatine 5 mittels der ausgabeseitigen Transfergabel 13 aus der Ofenkammer 3 direkt in die Wärmebehandlungskammer 17 der Einhausung 15 des ausgabeseitigen Hebers 11 transferierbar ist (Prozessschritt V). Der Heber 11 wird dann durch Hubverstellung in seine untere Ausgangslage (Prozessschritt VI) hubverstellt. Wie oben erwähnt, erfolgt in der Einhausung 15 eine partielle Vergütung der Blechplatine 5.
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Nach Abschluss der partiellen Vergütung wird die Transfergabel 13 des ausgabeseitigen Hebers 11 in der Durchlaufrichtung D horizontal in eine Übergabestation 20 (Prozessschritt VII) verstellt, in der ein Greifer die wärmebehandelte Blechplatine 5 in eine Tiefziehpresse transferiert, in der die Warmumformung stattfindet.
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In der 3 ist in einer perspektivischen Teilansicht die Ausgabestation 9 mit daran angrenzenden ausgabeseitigen Ofentüren 21 der Ofenkammern 3 gezeigt. Die Ofentüren 21 sind in ihrer Geschlossenstellung dargestellt. Der Heber 11 der Ausgabestation 9 befindet sich in der 3 in seiner unteren Ausgangslage (Prozessschritt VI in 2), wobei dessen Transfergabel 13 mit der bereits partiell vergüteten Blechplatine 5 bestückt ist und diese bis in die Übergabestation 20 (Prozessschritt VII in 2) herausgefahren ist. In der 3 ist die Übergabestation 20 nicht separat von der Ausgabestation 9 angeordnet, sondern vielmehr integraler Bestandteil des Hebers 11. Zudem sind der Mehrlagenkammerofen 1, die Ausgabestation 9 sowie die Übergabestation 20 unmittelbar hintereinander angeordnet.
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Die in der Einhausung 15 des ausgabeseitigen Hebers 11 erfolgende partielle Vergütung ist speziell im Hinblick auf die Anforderungen der in der 6 als eine B-Säule ausgebildeten Blechplatine 5 ausgelegt. Die 6 zeigt die Blechplatine 5 nach erfolgtem Tiefziehvorgang. Demzufolge weist die B-Säule einen unteren Fußbereich 25 hoher Duktilität, einen langgestreckten oberen Bereich 27 reduzierter Duktilität sowie einen Übergangsbereich 29 mit mittlerer Duktilität auf. Zur Erzeugung dieser Platinen-Bereiche 27, 29, 25 ist in der Wärmebehandlungskammer 17 der Einhausung 15 eine Trennwand 31 angeordnet (4 oder 5). Diese unterteilt die Wärmebehandlungskammer 17 in zwei Teilkammern 33, 35. Die Teilkammer 35 definiert einen Kühlbereich, bei dem die Blechplatine 5 bis auf eine Temperatur von beispielhaft 480°C abgesenkt wird. Demgegenüber definiert die zweite Teilkammer 33 einen Heizbereich, in dem die Blechplatine 5 beispielhaft bei 910°C gehalten wird, das heißt in etwa auf der Austenitisierungstemperatur im Ofen 1. Der den Übergangsbereich 29 darstellende Blechplatinen-Abschnitt ist in der 4 durch einen Durchführungsspalt d geführt, der zwischen der Trennwand 31 und dem Kammerboden 39 gebildet ist. Der Trennwand 31 kann gegebenenfalls ein Hubverstellmechanismus 41 zugeordnet sein, mittels dem die Spaltbreite des Durchführungsspaltes d variierbar ist. Durch Variieren der Spaltbreite kann in einfacher Weise die Duktilität des Übergangsbereiches 29 der Blechplatine 5 eingestellt werden.
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Wie oben erwähnt, ist die Transfergabel 13 in der Durchlaufrichtung D betrachtet zwischen dem Ofen 1 (Prozessschritt IV in 2) und der Übergabestation 20 (Prozessschritt VII in 2) horizontal verstellbar. Hierzu ist die Transfergabel 13 über einen Tragarm 26 (3) auf einer Schlittenführung 27 des Hebers 11 abgestützt. Die Schlittenführung 27 erstreckt sich in der 3 bis unterhalb der Wärmebehandlungskammer 17. Um für die Transfergabel 13 einen ausreichend großen Transferweg bereitzustellen, geht die Wärmebehandlungskammer 17 an ihrem Kammerboden 39 in einen, in der Durchlaufrichtung D langgestreckten Transferfreigang f über. Bei einer Horizontalverstellung der Transfergabel 13 bis in die Ofenkammer 3 hinein (Prozessschritt IV in 2) wird daher die Transfergabel 13 durch die Wärmebehandlungskammer 17 hindurchgefahren, während der Tragarm 26 durch den Transferfreigang f geführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218159 A1 [0002, 0004, 0005]
