DE102018103141A1

DE102018103141A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbauteiles

Info

Publication number: DE102018103141A1
Application number: DE102018103141.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Flesch; Björn Müller; Patrick Müller; Maik Winderlich; Thorsten Wisnia
Original assignee: GEDIA Gebrueder Dingerkus GmbH
Current assignee: GEDIA Gebrueder Dingerkus GmbH
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-08-14
Also published as: WO2019158140A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbauteiles mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften, bestehend aus einer Erwärmungseinheit (1) mit wärmeerzeugenden Strahlungsquellen (2) sowie mit einer Positioniereinrichtung für eine Platine (4) oder dergleichen Grundkörper aus Metall, einer Abschirmeinrichtung mit mindestens einem Abdeckteil (3) zur Abschirmung eines vorbestimmten Flächenbereichs (6) der Platine (4) oder des Grundkörpers, wobei die Abschirmeinrichtung zum Verweilen in der Erwärmungseinheit (1) ausgelegt ist, während einer Temperierung der Platine (4) oder des Grundkörpers vor dessen Umformung in einem Umformwerkzeug, wobei die dem abgeschirmten Flächenbereich (6) abgewandte Oberfläche des Abdeckteils (3) als Strahlungsreflektor (5) ausgebildet ist oder auf diese Oberfläche ein Strahlungsreflektor (5) aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbauteiles mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften, bestehend aus einer Erwärmungseinheit mit wärmeerzeugenden Strahlungsquellen sowie mit einer Positioniereinrichtung für eine Platine oder dergleichen Grundkörper aus Metall, einer Abschirmeinrichtung mit mindestens einem Abdeckteil zur Abschirmung eines vorbestimmten Flächenbereichs der Platine oder des Grundkörpers, wobei die Abschirmeinrichtung zum Verweilen in der Erwärmungseinheit ausgelegt ist, während einer Temperierung der Platine oder des Grundkörpers vor dessen Umformung in einem Umformwerkzeug.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE 10 2012 016 075 B4 beschrieben. Hinsichtlich der Problematik der Herstellung von Metallbauteilen, insbesondere Stahlbauteilen mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften, wird auf diese Druckschrift verwiesen. Diese Problematik und Möglichkeiten zur Lösung der Herstellung solcher Teile sind in der Druckschrift angegeben. Inbesondere ist in der Druckschrift auch angegeben, dass zur Herstellung von Metallbauteilen mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften innerhalb desselben Bauteiles, die durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten der verschiedenen Bereiche erreicht werden, wie folgt vorgegangen wird.
Ein metallischer Grundkörper, vorzugsweise aus Stahl, wird auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und zur Verfügung gestellt. Ein Bereich des Grundkörpers wird während einer anschließenden Wärmebeaufschlagung des Grundköpers so lange abgeschirmt, bis die Bauteiltemperatur dieses Bereichs auf eine vorbestimmte Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur, aber noch oberhalb der Martensitstarttemperatur abgefallen ist, wobei in diesem Bauteilbereich eine mittlere Abkühlgeschwindigkeit unterhalb der für Martensitbildung kritischen Abkühlgeschwindigkeit vorherrscht, während der nicht abgeschirmte Bereich weiterhin auf mindestens Austenitisierungstemperatur gehalten wird. Nachfolgend wird die Abschirmung entfernt und der Grundkörper mit dem gradierten Temperaturprofil wird einem Umformprozess durch ein Werkzeug unterzogen, wobei zumindest in dem zuvor nicht abgeschirmten Bereich eine Abkühlgeschwindigkeit oberhalb der für Martensibildung kritischen Abkühlgeschwindigkeit vorherrscht.
In der Druckschrift ist eine entsprechende Abschirmung beschrieben sowie ebenso deren Funktion und Anordnung. In der Druckschrift ist auch ein Problem angegeben, welches vorliegender Erfindung zugrunde liegt. Da die Abschirmung während des Verbleibens des Metallbauteils in der Erwärmungseinheit verbleibt oder mitgeführt wird, ist die Abschirmung selbst einer hohen Aufheizung unterworfen, und zwar insbesondere durch die Strahlungswärme der Erwärmungseinheit. Da die Oberfläche der Abschirmung vorzugsweise auch aus Aluminium bestehen kann, soll verhindert werden, dass diese aufschmilzt. Dies soll durch eine gezielte Temperierung/Kühlung der Abdeckelemente erreicht werden. Eine solche Kühlung der Abschirmung ist in der Druckschrift angegeben. Eine solche Kühlung ist sehr aufwendig, da sie mit der Abschirmeinrichtung mitgeführt werden muss und demzufolge auch mit sämtlichen Anschlüssen, Zuleitungen und Ableitungen in dem heißen Ofenraum der Erwärmungseinheit befindlich ist. Aus diesem Grunde ist die Ausbildung und Anordnung einer separaten Kühlung für die Abschirmeinrichtung nicht praktikabel.
Tatsache ist aber, dass die Objekte, die in die Erwärmungseinheit eingebracht werden, also beispielsweise eine Platine oder ein Grundkörper aus Metall, zumindest im nicht abgeschirmten Bereich die Temperatur des Wärmebehandlungsraumes einnehmen. Ebenso nehmen die Bestandteile der Abschirmeinrichtung mit der Zeit diese in den Wärmebehandlungsräumen eingestellte Temperatur an. Objekte, die eine niedrigere Schmelztemperatur als die eingestellte Temperatur haben, müssten folglich gekühlt werden, was schon oben erörtert ist und als nachteilig angesehen wird. Dies würde zudem einen erhöhten Kühlungsaufwand der Abschirmeinrichtung im Wärmebehandlungsraum erfordern, was der Heizleistung der Strahlungsquellen entgegenwirkt, die in der Erwärmungseinheit zum Zwecke der Erwärmung eingebracht sind. Die Strahlungsquellen müssten somit einen erheblich höheren Energieaufwand haben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die ohne zusätzlichen Kühlaufwand und die daraus resultierende Verminderung der Heizleistung und den wiederum daraus resultierenden höheren Energieaufwand eine dauerhafte Benutzung von Abschirmeinrichtungen sicherstellt, ohne dass diese schon nach kurzer Zeit die Temperatur einnehmen, die innerhalb der Erwärmungseinheit herrscht.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die dem abgeschirmten Flächenbereich abgewandte Oberfläche des Abdeckteils als Strahlungsreflektor ausgebildet ist oder auf diese Oberfläche ein Strahlungsreflektor aufgebracht ist.
Dadurch, dass zumindest die Oberfläche des Abdeckteils, die dem abgeschirmten Flächenbereich abgewandt ist, als Strahlungsreflektor ausgebildet ist oder auf diese Oberfläche ein Strahlungsreflektor aufgebracht ist, wird eine Reflektion der Strahlungswärme erreicht, die von den Strahlungsquellen in der Erwärmungseinheit abgegeben wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Temperatur des Abdeckteiles selbst längere Zeit die Temperatur innerhalb der Erwärmungseinheit nicht annimmt, da wesentliche Bestandteile der Strahlungswärme zurückgestrahlt werden. Durch die geringere Temperaturaufnahme in den Abschirmelementen selbst treten auch geringere Wärmeverluste auf. Auch der Schmelzpunkt der Abschirmeinrichtungsbestandteile ist so unter Kontrolle. Es wird sogar eine Steigerung der Prozessgenauigkeit erreicht, weil die Formhaltigkeit der Abdeckteile besser beherrschbar ist, als bei Abschirmteilen die nicht mit entsprechenden Strahlungsreflektoren ausgestattet sind, sodass die Prozessgenauigkeit (Übergangszone an der entsprechenden Produktplatine bzw. dem Grundkörper) gesteigert ist.
Zudem wird durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht, dass die von den Strahlungsquellen erzeugte Wärme in der Erwärmungseinheit verbleibt und nicht durch eine Kühlung abgeführt wird, was zu einem höheren Energieaufwand führen würde.
Eine unter Umständen bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass als Strahlungsreflektor eine Spiegelschicht oder ein Spiegel auf die Oberfläche des Abdeckteils aufgebracht ist.
Der Strahlungsreflektor kann als Spiegelschicht auf die entsprechende Fläche der Abschirmeinrichtung aufgebracht sein oder in Form eines Spiegels auf die Oberfläche des Abdeckteils aufgebracht sein, beispielsweise unmittelbar oder auch unter Bildung eines Luftspaltes. Die gewünschte Strahlungsreflektion wird hierdurch in einfacher Weise und sehr sicher erreicht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass als Strahlungsreflektor eine blanke metallische Beschichtung, vorzugsweise als Verchromungsschicht, auf die Oberfläche des Abdeckteils aufgebracht ist.
Hierzu ist es beispielsweise erforderlich, auf das Abdeckteil zumindest im Bereich der dem abgeschirmten Flächenbereich abgewandten Oberfläche eine metallische Beschichtung aufzubringen. Diese metallische blanke Beschichtung wirkt spiegelnd. Beispielsweise kann diese metallische blanke Beschichtung als Verchromungsschicht ausgebildet sein.
Als weitere alternative Lösung kann vorgesehen sein, dass das Abdeckteil aus Aluminiumwerkstoff besteht und dessen Oberfläche zur Bildung des Strahlungsreflektors poliert ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass auf die Oberfläche des Abdeckteils mehrere Strahlungsreflektoren oder Strahlungsreflexionsschichten aufeinander aufgebracht sind.
Insbesondere ist an sich bekannter Weise vorgesehen, dass das Abdeckteil aus Leichtmetall, insbesondere Aluminiumwerkstoff, besteht.
Sofern, wie dies vorgesehen ist, das Abdeckteil aus Leichtmetall, insbesondere Aluminiumwerkstoff besteht, kann in einfacher Weise die gewünschte Strahlungsreflektorausbildung geschaffen werden, indem die Oberfläche poliert wird, sodass sie strahlungsreflektierend wird.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist äußerst einfach und mit geringem Kostenaufwand vorzusehen, wobei die technische Wirkung vorzüglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der anliegenden Skizze schematisch dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine entsprechende Vorrichtung im Längsschnitt gesehen.
Die Vorrichtung dient zur Herstellung eines Metallbauteiles 4 mit zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeiten, wobei der Bereich 6 der sogenannte weiche Bereich ist, während der Bereich 7 der harte Bereich höherer Festigkeit ist.
Im Wesentlichen besteht die Vorrichtung aus einer Erwärmungseinheit 1, die hier als geschlossener Wärmebehandlungsraum dargestellt ist, wobei die Erwärmungseinheit 1 eine ganze Anzahl von wärmeerzeugenden Strahlungsquellen 2 aufweist. Ferner ist in der Erwärmungseinheit eine Positioniereinrichtung für eine Platine 8 oder dergleichen Grundkörper aus Metall vorgesehen. Die Platine 8 ist ein durchgehendes Element, wobei die Trennlinie zwischen den Teilen mit dem Bezugszeichen 4 lediglich die Strukturänderung anzeigt, nicht aber, dass es sich hierbei um zwei Teile handeln würde.
Um die gewünschte Abschirmung des Teiles 6 zu erreichen, ist eine Abschirmeinrichtung mit zwei Abdeckteilen 3 vorgesehen, die den entsprechenden Bereich der Platine 4 oberseitig und unterseitig abdecken. Diese Abschirmeinrichtung ist zum Verweilen in der Erwärmungseinheit 1 bestimmt und ausgelegt, während die Platine 4 temperiert wird. Nach der entsprechenden Temperierung wird die Platine aus der Erwärmungseinheit 1 einem Umformwerkzeug zur Umformung zugeführt, was in der Zeichnung nicht im Einzelnen dargestellt ist. Die Besonderheit ist hier, dass die dem abgeschirmten Flächenbereich 6 abgewandte Oberfläche des Abdeckteils 3 jeweils als Strahlungsreflektor 5 ausgebildet ist oder auf diese Oberfläche ein Strahlungsreflektor 5 aufgebracht ist. Der Strahlungsreflektor 5 kann in unterschiedlicher Form realisiert werden. Beispielsweise kann der Strahlungsreflektor 5 eine Spiegelschicht oder ein Spiegel sein, die oder der auf die Oberfläche des Abdeckteils 3 aufgebracht oder benachbart der Oberfläche des Abdeckteils 3 gehalten ist. Auch kann als Strahlungsreflektor 5 eine blanke metallische Beschichtung, beispielsweise eine Verchromungsschicht vorgesehen sein. Zudem kann das Abdeckteil 3 auf seiner Oberseite poliert sein, um die entsprechende Wirkung eines Strahlungsreflektors zu erreichen, was insbesondere dann in einfacher Weise möglich ist, wenn das Abdeckteil 3 aus Aluminiumwerkstoff besteht.
Gegebenenfalls kann auch auf die Oberfläche des Abdeckteils 3 jeweils eine Anordnung von mehreren übereinander gestapelten Strahlungsreflektoren 5 aufgebracht sein.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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 102012016075 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Metallbauteiles mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Festigkeitseigenschaften, bestehend aus einer Erwärmungseinheit (1) mit wärmeerzeugenden Strahlungsquellen (2) sowie mit einer Positioniereinrichtung für eine Platine (4) oder dergleichen Grundkörper aus Metall, einer Abschirmeinrichtung mit mindestens einem Abdeckteil (3) zur Abschirmung eines vorbestimmten Flächenbereichs (6) der Platine (4) oder des Grundkörpers, wobei die Abschirmeinrichtung zum Verweilen in der Erwärmungseinheit (1) ausgelegt ist, während einer Temperierung der Platine (4) oder des Grundkörpers vor dessen Umformung in einem Umformwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die dem abgeschirmten Flächenbereich (6) abgewandte Oberfläche des Abdeckteils (3) als Strahlungsreflektor (5) ausgebildet ist oder auf diese Oberfläche ein Strahlungsreflektor (5) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsreflektor (5) eine Spiegelschicht oder ein Spiegel auf die Oberfläche des Abdeckteils (3) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsreflektor (5) eine blanke metallische Beschichtung, vorzugsweise als Verchromungsschicht, auf die Oberfläche des Abdeckteils (3) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckteil (3) aus Aluminiumwerkstoff besteht und dessen Oberfläche zur Bildung des Strahlungsreflektors (5) poliert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Abdeckteils (3) mehrere Strahlungsreflektoren (5) oder Strahlungsreflexionsschichten aufeinander aufgebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckteil (3) aus Leichtmetall, insbesondere Aluminiumwerkstoff, besteht.