DE102016101975A1 - Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten - Google Patents

Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten Download PDF

Info

Publication number
DE102016101975A1
DE102016101975A1 DE102016101975.5A DE102016101975A DE102016101975A1 DE 102016101975 A1 DE102016101975 A1 DE 102016101975A1 DE 102016101975 A DE102016101975 A DE 102016101975A DE 102016101975 A1 DE102016101975 A1 DE 102016101975A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating
plate
module
modules
insulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102016101975.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102016101975B4 (de
Inventor
Michael Haslmayr
Leopold Stegfellner
Andreas Sommer
Reiner Kelsch
Benedikt Tutewohl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voestalpine Stahl GmbH, Voestalpine Metal Forming GmbH filed Critical Voestalpine Stahl GmbH
Priority to DE102016101975.5A priority Critical patent/DE102016101975B4/de
Priority to PCT/EP2017/052445 priority patent/WO2017134259A1/de
Priority to EP17703410.5A priority patent/EP3411163B1/de
Priority to CN201780009233.XA priority patent/CN109070172B/zh
Priority to US16/073,980 priority patent/US20190039109A1/en
Publication of DE102016101975A1 publication Critical patent/DE102016101975A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016101975B4 publication Critical patent/DE102016101975B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/40—Direct resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufheizen von Stahlblechplatinen, insbesondere zum Umformen und Härten in einem Presshärteverfahren, wobei eine Heizeinrichtung vorhanden ist und die Heizeinrichtung zumindest ein Heizmodul umfasst, wobei das zumindest eine Heizmodul ein kassettenartig ausgebildetes, kastenartiges Element ist, welches einen platten- oder quaderförmigen Hohlraum besitzt, der auf einer Unterseite eine ebene Platte besitzt, wobei in dem Hohlraum zumindest ein Heizelement angeordnet ist, welches als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet ist, wobei der Hohlraum das zumindest eine Heizelement einbettend und umgebend vollständig mit einem gut wärmeleitfähigen Material vorzugsweise Kupfer gefüllt ist und ein Verfahren hierzu.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen gehärteter Stahlblechplatinen und Stahlblechbauteile hieraus.
  • Es ist seit langem bekannt, auch im Automobilbau für Karosserieteile aus Stahlblech auf gehärtete Bauteile zurückzugreifen. Der Vorteil bei gehärteten Stahlblechbauteilen ist, dass diese aufgrund ihrer erheblich höheren Härte bzw. Zugfestigkeit (Rm) eine Gewichtersparnis im Karosseriebau ergeben, da nicht auf weniger fest und dafür massive Bauteile zurückgegriffen werden muss, die deutlich schwerer wären.
  • In den vergangenen Jahren haben sich zum Herstellen gehärteter Blechbauteile zwei Verfahren am Markt etabliert.
  • Das erste Verfahren ist das sogenannte direkte Verfahren oder Presshärten. Bei diesem Verfahren wird aus einem Stahlblechband, welches auch mit einer Korrosionsschutzbeschichtung aus Metall versehen sein kann, eine Platine ausgestanzt, diese Platine anschließend aufgeheizt und die aufgeheizte Platine in einem Umformwerkzeug mit einem einzigen Hub umgeformt und gleichzeitig gehärtet. Hierbei erfolgt die Härtung dadurch, dass das härtbare Stahlmaterial seine Wärme an das Umformwerkzeug abgibt. Hierbei ist wichtig, dass die Abgabe der Wärme mit einer über der kritischen Härtetemperatur liegenden Geschwindigkeit erfolgt. Diese Abschreckhärtung führt dazu, dass die erhitzte Platine, welche ein austenitisches Gefüge besitzt, anschließend ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge und damit die hohe Zugfestigkeit besitzt.
  • Üblicherweise werden bei diesem Verfahren sogenannte Bor-Mangan-Stähle eingesetzt, also borlegierte Mangankohlenstoffstähle, wie zum Beispiel der hierfür am meisten verwendete 22MnB5, wobei es jedoch auch noch eine Anzahl weiterer, hierfür geeigneter Stähle aus dem grundsätzlich gleichen Legierungskonzept gibt.
  • Bei dem zweiten Verfahren, dem sogenannten Formhärten, welches von der Anmelderin entwickelt wurde, wird aus einem gegebenenfalls mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehenen Stahlblechband eine Stahlblechplatine ausgeschnitten und die Stahlblechplatine anschließend in einem herkömmlichen, mehrstufigen Umformprozess zu einem Bauteil umgeformt. Dieses Bauteil besitzt vorzugsweise eine Endkontur, die etwa 2% in allen Raumrichtungen kleiner ist als die fertige Kontur des Bauteils. Anschließend wird dieses Bauteil auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt, so dass das Stahlblechgefüge austenitisch wird. Die Wärmedehnung führt hierbei dazu, dass dieses erhitzte Blechbauteil die 2%-ige kleinere Fertigung kompensiert.
  • Anschließend wird dieses austenitisierte Blechbauteil in ein Formhärtewerkzeug eingelegt, in dem es gepresst und gleichzeitig gekühlt, aber praktisch nicht mehr oder nur in sehr geringem Maße umgeformt wird. Auch hierbei werden die vorgenannten Stähle verwendet und auch hierbei muss die kritische Härtegeschwindigkeit überschritten werden. Auch das Gefüge ergibt sich dann in gleicher Weise.
  • Der Vorteil des indirekten Verfahrens bzw. Formhärtens ist, dass Geometrien auch aufwändiger ausgebildet werden können.
  • Der Vorteil beim sogenannten direkten Verfahren oder Presshärten ist, dass einfache Bauteile schneller hergestellt werden können.
  • Eine Herausforderung bei der Umsetzung des direkten Presshärteprozesses liegt darin, die Platine aufzuheizen.
  • Üblicherweise erfolgt die Erwärmung der ebenen Platine in einem konventionellen Ofen mit einer Länge von ca. 40 m, wobei insbesondere 1,5 mm dicke Platinen zum Beispiel drei Minuten durch diesen Ofen hindurchlaufen.
  • Darüber hinaus wurden bereits einige Versuche unternommen, derartige Platinen durch das Anlegen heißer Metallkörper aufzuheizen.
  • Hierbei ergibt sich jedoch eine Vielzahl von Problemen.
  • Bei klassischen Strahlungsöfen ist von Nachteil, dass diese einen hohen Platzbedarf haben, da die Öfen relativ groß gebaut sind. Darüber hinaus ist von Nachteil, das im Störfall ein hoher Ausschuss anfällt, da alle im Ofen befindlichen Platinen, da sie länger als geplant im Ofen verblieben sind, nicht mehr verwendbar sind. Selbst im Normalbetrieb erfolgt eine starke Oxidation der Oberfläche, die unerwünscht ist.
  • Aus der DE 10 2014 101 539 A1 ist ein Warmformling zur Herstellung von warmumgeformten und pressgehärteten Blechprodukten aus Metallplatinen bekannt, welche eine Heizstation und eine Umformstation umfasst. Die Heizstation besitzt ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug, zwischen denen eine Metallplatine zum Erwärmen aufgenommen wird. Die Erwärmung bzw. Aufheizung einer Metallplatine in der Heizstation erfolgt durch mittelbare Widerstandserwärmung. Die Wärme wird außerhalb der Metallplatine erzeugt und gelangt durch Wärmeleitung in die Metallplatine selbst. Hierzu weist das Unterwerkzeug und/oder auch das Oberwerkzeug eine elektrische Widerstandsheizung mit zumindest einem Flächenheizelement auf. Erfindungsgemäß ist das Flächenheizelement eine Heizplatte mit einem Plattenkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei der Plattenkörper als Heizleiter ausgebildet ist. Hierzu ist der Plattenkörper geschlitzt und beispielsweise mit einem Schlitz versehen, welcher sich über die Dicke des Plattenkörpers erstreckt.
  • Aus der DE 10 2009 007 826 A1 ist eine Heizvorrichtung zur Erwärmung einer metallenen Platine bekannt, welche eine untere Heizeinheit und eine obere Heizeinheit besitzt. Diese Heizeinheiten sind zwischen einer geschlossenen, die Platine zwischen sich aufnehmenden Heizstellung und einer voneinander beabstandeten Freigabestellung verstellbar. Jede Heizeinheit weist eine mit der Platine in Kontakt tretende beheizbare Heizplatte auf. Hierbei ist vorgesehen, dass die Heizplatte der unten und/oder der oberen Heizeinheit eine Vielzahl von Heizsegmenten umfasst, die in einem vorbestimmten Raster relativ zueinander angeordnet sind und die in der von einer Kontaktfläche zwischen den Heizsegmenten und der Platine definierten Ebene relativ zueinander verschiebbar sind.
  • Aus der DE 10 2014 101 891 A1 ist ein System zum Aufwärmen von Werkstücken, insbesondere für eine Warmformungsstation bekannt, welches eine Aufwärmvorrichtung und wenigstens einen durch die Aufwärmvorrichtung zu transportierenden Warenträger besitzt. Der Warenträger ist mit einem Werkstück bestückbar und eine Temperierungskomponente zum konduktiven Erwärmen des Werkstücks ist vorhanden, wobei die Aufwärmungsvorrichtung eine bewegliche Elektrode zum elektrischen Kontaktieren der Temperierungskomponente besitzt.
  • Bei den bekannten Plattensystemen ist von Nachteil, dass induktiv beheizte Platten einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und die Leistungsverteilung sich sehr schlecht regeln lässt.
  • Auch die bereits vorgeschlagenen Keramikheizelemente leiden darunter, dass sie eine niedrige Lebensdauer haben, die Leistungsverteilung ebenfalls schlecht geregelt ist und der Ansteueraufwand bei vielen kleinen Elementen recht hoch ist.
  • Bekannte Mäanderlösungen haben ebenfalls den Nachteil, dass die Leistungsverteilung ungünstig ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Aufheizen von Stahlblechteilen zu schaffen, mit der eine schnelle und möglichst homogene Erwärmung der ebenen Platinen sichergestellt ist, welche einen geringstmöglichen Platzbedarf hat, bei Störungen geringen Ausschuss produziert und zudem einen verbesserten Korrosionsschutz gewährleistet.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Aufheizen von Stahlblechbauteilen zu schaffen unter Verwendung der Vorrichtung.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß werden die Platinen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Heizmodulen beheizt. Hierbei erfolgt eine Erwärmung der ebenen Platinen unter heißen Platten, wobei die hohe erforderliche Leistungsdichte und vor allem die gleichmäßige Temperaturverteilung durch ein gut wärmeleitfähiges Material, vorzugsweise Kupfer und eine elektrische Beheizung realisiert werden kann. Hierbei werden erfindungsgemäß mineralisolierte Heizleiter in Kupfer eingegossen, so dass höchste Leistungsdichten erzielt werden können. Hierzu alternativ sind andere elektrische Heizelemente, wie zum Beispiel Hochtemperaturheizpatronen, denkbar.
  • Erfindungsgemäß wird hierbei eine optimale Temperaturhomogenität und die Möglichkeit von Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften durch modularen Aufbau und modulare Ansteuerung erzielt. Insbesondere, wenn mehrere, getrennt geregelte Heizmodule für eine Platinenfläche verwendet werden, können hierbei die mechanischen Eigenschaften durch unterschiedliche Härtegrade sehr genau eingestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise das Kupfer vor Oxidation dadurch geschützt, dass das Kupfer und damit auch die im Kupfer eingegossenen Heizleiter, hermetisch abgeschlossen in einem warmfesten Edelstahlgehäuse angeordnet sind.
  • Zusätzlich können vorteilhafterweise die Platten für höhere Standzeiten und geringstmögliche Anhaftungen von Korrosionsschichten und insbesondere Zink mit sehr verschleißfesten und glatten Beschichtungen versehen sein, die zum Beispiel aus Chromkarbid oder Aluminiumoxid und weiteren bekannten Beschichtungen bestehen können.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
  • 1 stark schematisiert ein erfindungsgemäßes Heizmodul;
  • 2 eine Anordnung mehrerer Heizmodule mit einer darunter angeordneten Platine in einer stark schematisierten Ansicht;
  • 3 eine Aufheizpresse für Platinen mit einer Mehrzahl von Heizmodulen in einer seitlichen geschnittenen, stark schematisierten Ansicht;
  • 4 die Vorrichtung nach 3 in einem Horizontalschnitt durch die Heizmodule;
  • 5 eine Heizmodulanordnung mit oberen und unteren Heizmodulen, wobei mittlere Heizmodule zudem über eine aktive Kühlung verfügen zur Erzeugung von Bauteilen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften;
  • 6 eine Modulanordnung mit eingebauten funktionsfreien Modulen, um bestimmte Bauteilbereiche nicht aufzuheizen;
  • 7 eine Anordnung von Heizmodulen mit Führungsbolzen und Federn zur Erzeugung einer gleichmäßigen Flächenpressung und zur Vermeidung von Verkippungen;
  • 8 eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizmoduls mit Heizpatronen und Kupferkern;
  • 9 das Heizmodul nach 8 in einem Vertikalschnitt;
  • 10 das Heizmodul nach 8 in einem Horizontalschnitt;
  • 11 das Heizmodul mit mineralisoliertem Heizkabel und Kupferkern in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
  • 12 das Heizmodul nach 12 in einer Draufsicht;
  • 13 das Heizmodul nach 13 in einer Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie A-A;
  • 14 das Heizmodul nach 12 in einer Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie B-B;
  • 15 einen Horizontalschnitt des Heizmoduls nach 12 entsprechend der Linie C-C nach 15;
  • 16 das Heizmodul in einer Seitenansicht;
  • 17 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizmoduls mit einer Kühlung;
  • 18 das Heizmodul nach 17 in einem Schnitt entlang der Linie A-A;
  • 19 das Heizmodul nach 17 in einer Darstellung, geschnitten entlang der Linie B-B;
  • 20 das Heizmodul nach 19 in einer Schnittansicht entlang der Linie C-C;
  • 23 eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht entlang der Linie A-A gemäß 17;
  • 24 den Erwärmungsverlauf eines 1,5 mm dicken Stahlblechs zwischen 870°C heißen Platten.
  • Ein erfindungsgemäßes Heizmodul 1 ist ein kassettenartig ausgebildetes kastenartiges Element, welches einen platten- oder rechteckförmigen Hohlraum 2 besitzt, der auf einer Unterseite 3 eine ebene Platte 4 besitzt, sowie Seitenwandungen 5, die von der Platte senkrecht abgehen und eine Deckplatte 6, die das kastenartige Element 2 allseitig begrenzen. Nach oben ist an der Platte 6 eine Isolierung 7 angeordnet.
  • In dem Hohlraum 2 sind Heizwendeln bzw. Heizelemente 8 angeordnet, welche über eine Zu- und eine Ableitung 9, 10 mit Strom beaufschlagt werden können. Zusätzlich kann vorteilhafterweise ein Temperaturfühler 11 vorhanden sein, der mit einem Temperaturregler 12 verbunden ist, der den Stromfluss regelt.
  • Insbesondere bei einem rechteckförmigen Heizmodul 1 sind mehrere mineralisolierte Heizwendeln 8 in Reihe geschaltet und nebeneinander liegend angeordnet, so dass das Heizmodul auf gesamter Fläche aufgeheizt werden kann.
  • Zusätzlich zu den Heizelemente 8 können Kühlschlangen oder -leitungen 9 (5) vorhanden sein, so dass die Heizmodule nicht nur aufgeheizt, sondern auch insbesondere gegenüber benachbarten Heizmodulen abgekühlt werden können.
  • Eine Mehrzahl von Heizmodulen 1 kann zu einer Heizeinrichtung 14 zusammengefasst werden, die beispielsweise so angeordnete Module 1 umfasst, dass diese eine aufzuheizende Platine 15 entsprechend abdecken.
  • Vorzugsweise sind die Heizmodule 1 innerhalb je einer Heizeinrichtung 14 angeordnet, wobei die Heizeinrichtung 14 einmal an einem Aufheizpressenoberteil 16 und einem Aufheizpressenunterteil 17 angeordnet sein können, welche aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, so dass zwischen den Heizmodulen 1 der jeweiligen Heizeinrichtungen 14 eine Platine 15 klemmend gehalten und aufgeheizt werden kann.
  • Eine entsprechende Heizeinrichtung 14 kann beispielsweise sechs Module 1 umfassen (4), wobei die Module randseitig der Heizeinrichtung 14 mit einer Isolierung 18 umfasst sind. Die Zahl der Module ist aber beliebig.
  • Die Heizeinrichtungen 14 können dabei auch an bevorzugten Stellen gekühlte Heizmodule mit Kühlleitungen 9 bzw. Leermodule 20 oder Isolierblöcke aus Isoliermaterial besitzen, in deren Bereichen keine Aufheizung erfolgt (6).
  • Der Hohlraum 2 ist erfindungsgemäß mit Kupfer ausgefüllt, so dass die Heizleiter 8 durch eine nicht elektrisch leitfähige Mineralisolierung gegen das Kupfer isoliert sind und vom Kupfer vollständig umgeben und eingebettet sind, um einen besonders guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Die Platte 4, die Seitenwandungen 5 und die Deckenwandung 6 sind vorzugsweise aus wärmebeständigem bzw. hochwärmefestem Edelstahl ausgebildet und schließen den gut wärmeleitfähigen Kern, insbesondere Kupferkern idealerweise hermetisch ein um eine Oxidation des Kerns zu verhindern.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt das Heizmodul 1 ebenfalls einen Kupferkern, wobei hier jedoch Heizpatronen angeordnet sind. Hierbei sind die Heizmodule 1 auch an dem Bereich der Außenwandungen 5 mit einer vollständigen Isolierung ausgebildet (8, 9, 10).
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (11 bis 15) sind die Heizmodule ebenfalls mit mineralisolierten Heizleiter und dem Kupferkern ausgebildet, wobei die Heizmodule bei der Ausbildung als einzelnes Modul im Bereich der Seitenwandungen und der Deckenwandung über eine einheitliche, im Querschnitt C-förmige Isolierung 20 verfügen, wobei die Isolierung 20 den eigentlichen Heizbereich, bestehend aus dem Kupfer gefüllten Edelstahlkasten mit den mineralisolierten Heizleiter, aufnimmt.
  • Um den Kasten an der Isolierung 20 zu halten, sind in dem Kasten Verbindungselemente 21 vorhanden, welche insbesondere als Gewindesäulen ausgebildet sind, welche die Isolierung 20 nach oben durchgreifen und auf der Oberseite 22 der Isolierung eine Gegenlagerplatte 23 durchgreifen und gegen diese verschraubt sind. Zudem sind an der Gegenlagerplatte 23 Kontaktpole 24 angeordnet, welche die Gegenlagerplatte 23 und die Isolierung 22 durchgreifen und die Heizelemente 8 kontaktierend ausgebildet sind.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (17 bis 23) ist das Heizmodul ebenfalls so ausgebildet, dass der Kasten 2 aus Edelstahl, aufgefüllt mit Kupfer und umfassend die als Heizspiralen angeordneten Heizleiter 8, zusätzlich eine Kühleinrichtung in Form einer Kühlschlange 25 oder Kühlleitungen 25 umfasst, wobei die Kühlschlange 25 von außen mit einem Zulauf 26 und einem Ablauf 27 versehen ist.
  • Der Zulauf 26 und der Ablauf 27 durchgreifen sowohl die Isolierung 20 als auch die Platte 6 und reichen bis in den Kupferkern hinein.
  • Bei der Kombination von Heizmodulen 1 können die Isolierungen 20 bis auf die Deckenisolierung zwischen der Platte 6 und der Gegenlagerplatte 23 entfernt werden, so dass die Heizmodule aneinanderliegend angeordnet sind und eine uniforme Beheizung bzw. Kühlung ohne Temperaturbrücken ermöglichen.
  • Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die Kopplung von mineralisolierten Heizleitungen einerseits und einem Kupferkern andererseits, verbunden mit einer warmfesten platinenseitigen Edelstahlplatte, ein besonders guter und hoch effektiver Wärmeübergang realisiert wird.
  • Man erkennt am Erwärmungsverlauf (24), dass innerhalb von wenigen Sekunden eine entsprechende Stahlplatine, die 1,5 mm dick ist, unter heißen Platten (vorzugsweise größer 870°C temperiert) auf über die Ac3 des Werkstoffes beispielsweise 850°C aufgeheizt wird, wobei insbesondere der Temperaturbereich bis 700°C sehr schnell durchschritten wird. Sehr schnell bedeutet, dass dies in etwa 10 Sekunden in Anspruch nimmt.
  • Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die Verwendung von nicht beheizbaren oder wassergekühlten Modulen in einer Heizeinrichtung zudem bestimmte Bereiche, die nicht gehärtet werden sollen, ausgespart werden können. Hierdurch können Platinen mit unterschiedlichen Gefügen ausgebildet werden, so dass hierdurch nach dem Presshärten Bauteile mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften (Taylored Property Parts = TPP) erzielt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014101539 A1 [0015]
    • DE 102009007826 A1 [0016]
    • DE 102014101891 A1 [0017]

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Aufheizen von Stahlblechplatinen, insbesondere zum Umformen und Härten in einem Presshärteverfahren, wobei eine Heizeinrichtung (14) vorhanden ist und die Heizeinrichtung (14) zumindest ein Heizmodul (1) umfasst, wobei das zumindest eine Heizmodul (1) ein kassettenartig ausgebildetes, kastenartiges Element ist, welches einen platten- oder rechteckförmigen Hohlraum (2) besitzt, der auf einer Unterseite (3) eine ebene Platte (4) besitzt, wobei in dem Hohlraum (2) zumindest ein Heizelement (8) angeordnet ist, welches als elektrisches Widerstandsheizelement insbesondere als Heizpatrone oder mineralisolierter Heizleiter ausgebildet ist, wobei der Hohlraum (2) das zumindest eine Heizelement (8) einbettend und umgebend vollständig mit einem gut wärmeleitfähigen Material, bevorzugt Kupfer gefüllt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmodul (1) zusätzlich Kühlleitungen (9) zum Kühlen des Moduls (1) umfasst.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14) Heizmodule (1) mit Heizelementen (8) und/oder Heizmodule (1) mit Heizelementen (8) und Kühlleitungen (9) und/oder Module besitzt, die weder beheizt noch gekühlt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (14) mit zumindest einem Heizmodul (1) an einem Aufheizpressenoberteil (16) und/oder einem Aufheizpressenunterteil (17) angeordnet ist, welche aufeinander zu und voneinander wegbewegbar sind, so dass zwischen den Heizmodulen (1) der jeweiligen Heizeinrichtung (14) eine Platine (15) klemmend haltbar und aufheizbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14) an Stellen, an denen eine Platine nicht gehärtet werden soll, unbeheizte oder gekühlte Heizmodule (1) besitzt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hohlraum (2) bzw. Kupfer gefüllten Hohlraum (2) umgebenden Platten (4), Seitenwandungen (5) und die Deckenwandung (6) aus wärmebeständigen oder hochwärmfesten Edelstahl ausgebildet sind und so miteinander verbunden sind, dass der Kern aus gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere Kupferkern hermetisch abgeschlossen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmodul (1) bei singulärer Anordnung in einer Heizeinrichtung (14) im Bereich der Außenwandungen (5) und im Bereich der Deckenwandung (6) mit einer Isolierung (20) ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (20) im Querschnitt c-förmig ausgebildet ist, wobei um den Kasten (2) an der Isolierung (20) zu halten in dem Kastenverbindungselemente (21) vorhanden sind, welche die Isolierung (20) von der Platte (4) weg durchgreifen und auf der Oberseite (22) der Isolierung eine Gegenlagerplatte (23) vorhanden ist, welche hiervon durchgriffen wird und gegen diese die Verbindungselemente (21) gebunden sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Platte (4) gegenüber liegenden Seite des Heizmoduls (1) Kontaktpole (24) angeordnet sind, welche die Heizelemente (8) kontaktierend ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Heizmodul (1) mit einer Kühlleitung (9) die Kühlleitung von außen mit einem Zulauf (26) und einem Ablauf (27) ausgebildet ist, wobei der Zulauf (26) und der Ablauf (27) die Isolierung (20) und die Platte (6) durchgreifen und in den Kupferkern hineinragen, so dass diese die Kühlleitung (9), (25) mit Kühlmittel versorgenbar sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Heizeinrichtung (14) mit einer Mehrzahl von Heizmodulen (1) die Isolierungen (20) so ausgebildet sind, dass diese zwischen unisolierten Seitenwandungen (5) der Heizmodule (1) direkt aneinander liegend angeordnet sind.
  12. Verfahren zum Aufheizen einer Stahlblechplatine, wobei die Stahlblechplatine zumindest einseitig mit Wärme beaufschlagt wird, wobei die Stahlblechplatine mit einer Platte (4) eines Heizmoduls (1) einer Heizeinrichtung (14) in Kontakt gebracht wird, wobei das Heizmodul (1) elektrisch beheizt wird und die Wärme im Heizmodul von einem elektrischen Widerstandsheizelement (8) auf einen gut wärmeleitfähigen Kern, bevorzugt Kupferkern und von diesem Kern, bevorzugt Kupferkern auf die Platten (6) und von der Platte (6) auf die Platine übertragen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (14) mit einer Mehrzahl von Heizelementen (8) ausgebildet ist und die Platine der Mehrzahl von Heizeinrichtungen (8) wahlweise beheizt, nicht beheizt oder gekühlt wird.
DE102016101975.5A 2016-02-04 2016-02-04 Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten Expired - Fee Related DE102016101975B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016101975.5A DE102016101975B4 (de) 2016-02-04 2016-02-04 Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten
PCT/EP2017/052445 WO2017134259A1 (de) 2016-02-04 2017-02-03 Vorrichtung zum herstellen von gehärteten stahlbauteilen und verfahren zum härten
EP17703410.5A EP3411163B1 (de) 2016-02-04 2017-02-03 Vorrichtung zum herstellen von gehärteten stahlbauteilen und verfahren zum härten
CN201780009233.XA CN109070172B (zh) 2016-02-04 2017-02-03 用于生产硬化钢部件的设备和硬化方法
US16/073,980 US20190039109A1 (en) 2016-02-04 2017-02-03 Device for Producing Hardened Steel Components and Hardening Method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016101975.5A DE102016101975B4 (de) 2016-02-04 2016-02-04 Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016101975A1 true DE102016101975A1 (de) 2017-08-24
DE102016101975B4 DE102016101975B4 (de) 2017-10-19

Family

ID=57965946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016101975.5A Expired - Fee Related DE102016101975B4 (de) 2016-02-04 2016-02-04 Vorrichtung zum Herstellen von gehärteten Stahlbauteilen und Verfahren zum Härten

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190039109A1 (de)
EP (1) EP3411163B1 (de)
CN (1) CN109070172B (de)
DE (1) DE102016101975B4 (de)
WO (1) WO2017134259A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018212122A1 (de) * 2018-07-20 2020-01-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Formwerkzeug zum Warmumformen und/oder Presshärten eines Blechwerkstücks und Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Werkzeugsegments

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3685933B1 (de) 2019-01-25 2021-09-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zur behandlung einer stahlplatte
JP7052743B2 (ja) * 2019-01-25 2022-04-12 トヨタ自動車株式会社 鋼板の成形加工方法および打ち抜き加工機

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009007826A1 (de) 2009-02-07 2010-08-19 Schuler Smg Gmbh & Co. Kg Heizvorrichtung zur Erwärmung einer metallenen Platine
DE102014101539A1 (de) 2014-02-07 2015-08-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Warmformlinie und Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten Blechprodukten
DE102014101891A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Thyssenkrupp Ag System zum Aufwärmen von Werkstücken

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7926418B2 (en) * 2004-10-07 2011-04-19 All-Clad Metalcrafters Llc Griddle plate having a vacuum bonded cook surface
JP2011255413A (ja) * 2010-06-11 2011-12-22 Toyoda Iron Works Co Ltd 鋼板の加熱装置、プレス成形品の製造方法、およびプレス成形品
MX2013014246A (es) * 2011-06-30 2014-01-24 Ebner Ind Ofenbau Metodo para calentar un componente formado para una subsecuente operacion de conformado en caliente y horno continuo para calentar regionalmente un componente formado precalentado a una temperatura predeterminada a una temperatura superior.
DE102012110649C5 (de) * 2012-11-07 2018-03-01 Benteler Automobiltechnik Gmbh Warmformlinie sowie Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugbauteils
DE102013105488A1 (de) * 2013-05-28 2014-12-04 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Transportvorrichtung für heiße, dünnwandige Stahlteile
JP2015000262A (ja) * 2013-06-17 2015-01-05 住友電気工業株式会社 加熱用調理器
AT514325B1 (de) * 2013-12-27 2014-12-15 Engel Austria Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Erhitzen eines Halbzeugs
CN103966404A (zh) * 2014-05-20 2014-08-06 东南大学 一种适用于板条形金属试样热处理的直接电阻加热设备
DE102014110415B4 (de) * 2014-07-23 2016-10-20 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zum Aufheizen von Stahlblechen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009007826A1 (de) 2009-02-07 2010-08-19 Schuler Smg Gmbh & Co. Kg Heizvorrichtung zur Erwärmung einer metallenen Platine
DE102014101539A1 (de) 2014-02-07 2015-08-13 Benteler Automobiltechnik Gmbh Warmformlinie und Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten Blechprodukten
DE102014101891A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Thyssenkrupp Ag System zum Aufwärmen von Werkstücken

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018212122A1 (de) * 2018-07-20 2020-01-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Formwerkzeug zum Warmumformen und/oder Presshärten eines Blechwerkstücks und Verfahren zur Herstellung eines gekühlten Werkzeugsegments

Also Published As

Publication number Publication date
EP3411163B1 (de) 2019-11-20
CN109070172A (zh) 2018-12-21
EP3411163A1 (de) 2018-12-12
US20190039109A1 (en) 2019-02-07
WO2017134259A1 (de) 2017-08-10
CN109070172B (zh) 2020-03-17
DE102016101975B4 (de) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2907881B2 (de) Warmformlinie und Verfahren zur Herstellung von warmumgeformten Blechprodukten
EP2497840B2 (de) Ofensystem zum partiellen Erwärmen von Stahlblechteilen
DE102005013539B4 (de) Elektromagnetische Metallformgebung
DE102011078075A1 (de) Durch Warmbehandlungsnachbearbeitung passendgemachte Eigenschaften
EP2905346B1 (de) Wärmebehandlungsverfahren
DE102008063985B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen partiell gehärteter Stahlblechbauteile
EP3411163B1 (de) Vorrichtung zum herstellen von gehärteten stahlbauteilen und verfahren zum härten
DE102012021031A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung pressgehärteter Blechbauteile
AT15097U1 (de) Wärmebehandlungsvorrichtung
EP3332041A1 (de) Verfahren zur wärmebehandlung eines stahlblechbauteils und wärmebehandlungsvorrichtung dafür
DE102012001027A1 (de) Heizeinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung
DE102009018798A1 (de) Vorrichtung zum Warmumformen eines Werkstückes, insbesondere von Metallblech
DE102014112448A1 (de) Herstellverfahren für Al-Si-beschichtete Stahlblechteile und Al-Si-beschichtetes Stahlblechband
EP3108019B1 (de) Verfahren zum paarweisen konduktiven erwärmen von blechen und erwärmungseinrichtung dafür
EP3530760A1 (de) Verfahren zum herstellen eines warmumgeformten und gehärteten stahlblechbauteils
EP2840153A2 (de) Temperierstation mit Induktorerwärmung
EP3589756B1 (de) Verfahren zur umformung eines blechs- und fertigungsanlage mit konduktiver erwärmungseinrichtung
EP3259377B1 (de) Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür
DE102011114992B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils
WO2015155136A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kühlen von stahlblechplatinen
DE102020127057A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Stahlplatine sowie Temperierstation
EP3276012A1 (de) Temperierstation mit mantelheizleiter
DE102021121225A1 (de) Presswerkzeug
DE102015122390A1 (de) Verfahren zur konduktiven Erwärmung eines flächig ausgebildeten metallischen Bauteils
DE102014105519A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Vorkühlen von Stahlblechplatinen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C21D0009620000

Ipc: C21D0001400000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee