DE102018108063A1

DE102018108063A1 - Tragstruktur, Ofeneinrichtung, Behandlungsanlage und Verfahren zum Behandeln von Werkstücken

Info

Publication number: DE102018108063A1
Application number: DE102018108063.8A
Authority: DE
Inventors: Arian Esfehanian
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2019192894A1

Abstract

Es ist eine Tragstruktur zum Tragen und/oder Fördern von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, in einer Ofeneinrichtung (16) bei Temperaturen oberhalb von 600°C angegeben. Die Tragstruktur definiert eine Auflagefläche (48) für die Werkstücke (12) definiert. Die Tragstruktur (42) weist wenigstens einen porösen Bereich (68) aus einem Material (70) auf, der durch die Auflagefläche (48) hindurch zugänglich ist. Bei einer Ofeneinrichtung zum Erwärmen von Werkstücken (12) auf Temperaturen oberhalb von 600°C mit einer Ofenkammer oder einem Ofentunnel (28) sowie einer Tragstruktur (42) zum Tragen und/oder Fördern der Werkstücke (12) ist die Tragstruktur (42) in dieser Weise ausgebildet. Eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, umfasst eine Ofeneinrichtung (16), in welcher Werkstücke (12) auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmbar sind, und eine Umformeinrichtung (20), in welcher die erwärmten Werkstücke (12) formbar sind. Die Anlage umfasst eine entsprechende Ofeneinrichtung. Außerdem ist ein Verfahren zum Formhärten von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, angegeben, bei dem die Werkstücke (4) in einer Ofeneinrichtung (8) auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmt und die die Werkstücke (4) in einer Umformeinrichtung (12) geformt werden. Dabei wird eine solche Ofeneinrichtung verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur zum Tragen und/oder Fördern von Werkstücken, insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, in einer Ofeneinrichtung bei Temperaturen oberhalb von 600°C, wobei die Tragstruktur eine Auflagefläche für die Werkstücke definiert.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Ofeneinrichtung zum Erwärmen von solchen Werkstücken auf Temperaturen oberhalb von 600°C mit

a) einer Ofenkammer oder einem Ofentunnel;
b) einer Tragstruktur zum Tragen und/oder Fördern der Werkstücke,

Ferner befasst sich die Erfindung mit einer Anlage zum Formhärten von derartigen Werkstücken mit

a) einer Ofeneinrichtung, in welcher Werkstücke auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmbar sind;
b) einer Umformeinrichtung, in welcher die erwärmten Werkstücke formbar sind, sowie mit einem Verfahren zum Formhärten von solchen Werkstücken, insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, bei dem
- a) die Werkstücke in einer Ofeneinrichtung auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmt werden;
- b) die Werkstücke in einer Umformeinrichtung geformt werden.

Formhärten hat sich besonders als Verfahren zur Warmumformung von Werkstücken aus Metall zu Bauteilen insbesondere in der Automobilindustrie etabliert und ist auch unter den Begriffen Presshärten oder Hot-Stamping geläufig. Die umzuformenden Werkstücke werden in einer Ofeneinrichtung erwärmt, mit einer Übergabeeinrichtung wie beispielsweise einem mehrachsigen Roboter von der Ofeneinrichtung an eine Umformeinrichtung übergeben und dort durch ein Presswerkzeug in das gewünschte Bauteil umgeformt.
Eine entsprechende Ofeneinrichtung kann ein Durchlaufofen, beispielsweise in Form eines Rollenofens oder Rollenherdofens, sein, bei dem die Tragstrukturen der eingangs genannten Art für die Werkstücke als Tragrollen ausgebildet sind, auf denen die Werkstücke im Ofen aufliegen. Alternativ sind auch Batchofen mit einzelnen Ofenkammern bekannt, die jeweils einen einzigen Zugang haben, über den die Werkstücke in die Ofenkammer hinein und auch wieder heraus bewegt werden. Tragstrukturen für die Werkstücke sind in diesem Fall entweder Auflageplatten, die ständig in einer Ofenkammer verbleiben, oder Werkstückträger, welche die Werkstücke aufnehmen und mit den Werkstücken in die Ofenkammer hinein und aus dieser heraus bewegt werden. Auch beispielsweise eine Strebe, über welche ein Werkstück zur Lagerung im Ofen gestülpt werden kann, ist als Tragstruktur der eingangs genannten Art zu verstehen.
Für pressgehärtete Bauteile werden in der Regel Werkstücke verwendet, die mit einer Schutzbeschichtung versehen sind, welche unter anderem einen Korrosionsschutz sowie eine Hitze- und Oxidationsbeständigkeit des Werkstücks bewirken.
In der Ofeneinrichtung liegen die beschichteten Werkstücke unmittelbar auf der Auflagefläche der Tragstrukturen auf, wobei es zu thermo-chemischen Reaktionen der Schutzbeschichtung und jeder Tragstruktur kommen kann.
Die vorliegende Erfindung wird am Beispiel von Werkstücken aus Stahlblech erläutert, die mit einer Aluminium-Silicium-Legierung beschichtet sind, wofür oben und im Weiteren die Kurzbezeichnung AlSi-Beschichtung verwendet wird. Außerdem wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Ofenbehandlung dieser Werkstücke in einem entsprechenden Durchlaufofen beschrieben, bei der die Werkstücke, meist in einer sauerstofffreien Atmosphäre, auf Temperaturen oberhalb von 600°C und bei einer so genannten Austenitisierung auf eine Umformtemperatur zwischen etwa 800°C und 1100°C erwärmt werden. In der Praxis liegt die Umformtemperatur bei Stahlblechen aus gängigen Bor-Mangan-Stahl-Legierungen bei 930°C. Ein solches Stahlblech-Werkstück kann beispielsweise eine flache Stahlblechtafel oder - platine oder auch ein bereits in einem vorhergehenden Schritt, zum Beispiel durch kaltes Tiefziehen, vorgeformtes Stahlblechteil sein. Anschließend wird das erwärmte Werkstück in der Umformeinrichtung mit einem gekühlten Presswerkzeug umgeformt und zugleich abgeschreckt. Hierdurch ändert sich beim Formprozess das Materialgefüge und die erhaltenden Bauteile haben eine beträchtlich höhere Festigkeit und Steifigkeit als Bauteile, die aus dem Werkstück kalt geformt wurden.
Bei am Markt bekannten Ofeneinrichtungen werden vor allem keramische Tragstrukturen, insbesondere Tragrollen, aus Sinter-Mullit oder aus Quarzgut verwendet. Bei Tragrollen ist die Auflagefläche durch eine außenliegende Mantelfläche definiert.
Bei der Wärmebehandlung im Ofen schmilzt die AlSi-Beschichtung der Werkstücke auf, wobei das Aluminium ab einer Temperatur von etwa 650°C mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid Al₂O₃ reagiert. Der hierfür notwendige Sauerstoff wird aus dem Material der Tragstrukturen herausgelöst, insbesondere, wenn kein freier Sauerstoff in der Ofenatmosphäre vorliegt. Hierdurch wird das Gefüge der Tragstrukturen jedoch verändert und die Tragstrukturen werden geschädigt. Auf den Werkstücken bildet sich dabei eine Schicht aus Al₂O₃ aus. Insbesondere in einem Durchlaufofen platzt diese Schicht durch die mechanische Belastung auf die Werkstücke beim Transport ab, wodurch die darunter liegende AlSi-Beschichtung wieder in unmittelbaren Kontakt mit den Tragstrukturen kommen kann, die dadurch zunehmend in der erläuterten Weise geschädigt werden. Darüber hinaus kann AlSi-Schmelze in das Materialgefüge der Tragstrukturen eindringen, wodurch es zu signifikanten lokalen Dichteunterschieden in den Tragstrukturen kommen kann, die zum Bruch der Tragstrukturen führen können.
Es sind auch Tragstrukturen, insbesondere Tragrollen für Durchlauföfen, aus nichtoxidischen aluphoben Materialien, d.h. Materialen ohne Reaktionsaffinität zu Aluminium oder zu Aluminium-Legierungen oder -Verbindungen, bekannt, bei denen kein Sauerstoff aus dem Material herausgelöst oder eine AlSi-Schmelze in das Materialgefüge eindringen kann. Allerdings kommt es in diesem Fall zu Aufwachsungen aus AlSi auf den Tragrollen, was zu beträchtlichen Höhenunterschieden auf den Tragrollen führen kann, wodurch wiederum der Transport der Werkstücke beeinträchtigt ist. Darüber hinaus sind solche Tragrollen verhältnismäßig teuer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Tragstruktur, eine Ofeneinrichtung, eine Anlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einer Tragstruktur der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
die Tragstruktur wenigstens einen porösen Bereich aus einem Material aufweist, der durch die Auflagefläche hindurch zugänglich ist.
Der poröse Bereich ist auf diese Weise für ein fluides, insbesondere fließfähiges, Fremdmaterial zugänglich, welches nicht originär von der Tragstruktur stammt. Ein solches Fremdmaterial kann beispielsweise in Form der AlSi-Schmelze vorliegen, die bei der Wärmebehandlung von AlSi-beschichteten Werkstücke entsteht. Erfindungsgemäß wird also nicht versucht, ein Eindringen von solchem Fremdmaterial in die Tragstruktur hinein zu verhindern. Vielmehr wird der Aufbau der Tragstruktur so konzipiert, dass ein Aufnahmereservoir für das Fremdmaterial abseits der Auflagefläche zur Verfügung steht, so dass das Fremdmaterial von der Auflagefläche weggeführt wird. Dies wird weiter unten nochmals erläutert.
Es ist günstig, wenn der poröse Bereich flexibel oder starr ist. Ein flexibler Bereich kann Vorteile bei dem Aufbringen des porösen Bereichs auf einen Kern haben. Ein starrer poröser Bereich trägt zur Stabilität der Tragstruktur bei.
Das Material des porösen Bereichs ist vorzugsweise eine oxidische oder nichtoxidische Keramik, insbesondere Aluminiumoxid Al₂O₃, Mullit Al₂Al_2+2xSi_2-2xO_10-x, Siliciumcarbid SiC oder Siliciumdioxid SiO₂, oder ein metallisches Material ist.
Eine gute Aufnahme von Fremdmaterial, insbesondere einer AlSi-Schmelze, ist sichergestellt, wenn das Material in dem porösen Bereich Schaum-, Faser-, Draht-, Hohlraum-, Hohlkugel-, Wabenstrukturen oder dergleichen ausbildet, die offene Kavitäten aufweisen.
Es gibt unterschiedliche vorteilhafte Aufbaukonzepte der Tragstruktur, bei denen

a) der poröse Bereich eine poröse Außenschicht ist, welche die Auflagefläche vorgibt; oder
b) der poröse Bereich die Tragstruktur bildet und die Auflagefläche vorgibt; oder
c) der poröse Bereich eine innere poröse Schicht ist, die an eine Außenschicht angrenzt, welche die Auflagefläche vorgibt.

Für die Verwendung der Tragstruktur in einem Rollenofen oder einem Rollenherdofen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Tragstruktur eine Tragrolle mit einem Rollenkörper ist, welcher den porösen Bereich umfasst und bei dem die Auflagefläche durch eine in Umfangsrichtung ganz außen liegende Tragmantelfläche ausgebildet ist.
In diesem Fall ist es günstig, wenn

a) der poröse Bereich eine poröse Außenmantelschicht ist, welche die Tragmantelfläche vorgibt; oder
b) der poröse Bereich den Rollenkörper bildet und die Tragmantelfläche vorgibt; oder
c) der poröse Bereich eine poröse Innenmantelschicht des Rollenkörpers ist, die an eine Außenmantelschicht angrenzt, welche die Tragmantelfläche vorgibt.

Bei einer Ofeneinrichtung der eingangs genannten Art wird die oben angegebene Aufgabe mit den entsprechenden Vorteilen dadurch gelöst, dass die Tragstruktur mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die Ofeneinrichtung ein Rollenofen oder ein Rollenherdofen mit dem Ofentunnel und einem Fördersystem, mittels welchem die Werkstücke in einer Förderrichtung durch den Ofentunnel förderbar sind und welches Tragrollen der oben beschriebenen Art als Tragstruktur umfasst.
Bei einer Anlage zum Formhärten von Werkstücken der eingangs genannten Art wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ofeneinrichtung einige oder alle Merkmale der oben beschriebenen Ofeneinrichtung verwirklicht.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfolgt die Lösung der oben angegebenen Aufgabe dadurch, dass eine entsprechende Ofeneinrichtung verwendet wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit einer Ofeneinrichtung und einer Umformeinrichtung;
2 eine Ansicht von oben auf die Anlage von 1;
3 einen Schnitt der Ofeneinrichtung entlang der Schnittlinie III-III in 2, bei dem eine Tragrolle eines Fördersystems zu erkennen ist, welche einen Rollenkörper mit einer außenliegenden Tragmantelfläche hat, deren Rollenkörper außerdem einen durch die Tragmantelfläche zugänglichen porösen Bereich aufweist;
4 einen Querschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels einer solchen Tragrolle, bei welcher der poröse Bereich durch eine poröse Außenmantelschicht gebildet ist, die einen Rollenkern umgibt;
5 einen Querschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Tragrolle, bei welcher der poröse Bereich den Rollenkörper ausbildet;
6 eine perspektivische Ansicht und einen Teillängsschnitt eines Abschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels einer Tragrolle, bei welchen der poröse Bereich durch eine innere Mantelschicht gebildet ist, die von einer Außenmantelschicht mit Durchgängen umgeben ist;
7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Tragrolle mit einer abgewandelten Geometrie der außenliegenden Tragmantelfläche.

In den 1 bis 3 bezeichnet 10 insgesamt eine Anlage zum Formhärten, in welcher Werkstücke 12 in Bauteile 14 umgeformt werden. Bei den Werkstücken 12 handelt es sich beispielsweise um metallische Werkstücke 12 und insbesondere um Werkstücke 12 aus AlSi-beschichtetem Stahlblech, wie es eingangs erläutert wurde.
Die Anlage 10 umfasst eine Ofeneinrichtung 16, in welcher die Werkstücke 12 auf eine Umformtemperatur erwärmt werden, die wie eingangs erläutert oberhalb 600°C und insbesondere zwischen 800°C und 1000°C, bei gängigen Bor-Mangan-Stahl-Legierungen bei 930°Cliegt. Bei Werkstücken 12 aus Stahlblech erfolgt dabei insbesondere die ebenfalls eingangs erläuterte Austenitisierung auf eine Umformtemperatur zwischen etwa 800°C und 1100°C erwärmt werden.
Wenn ein Werkstück 12 seine Umformtemperatur erreicht hat, wird es mit Hilfe einer Übergabeeinrichtung 18 aus der Ofeneinrichtung 16 entnommen und an eine Umformeinrichtung 20 übergeben. Diese umfasst in an und für sich bekannter Weise ein gekühltes Presswerkzeug 22, mit dem das Werkstück 12 in einem Umformprozess in das Bauteil 14 umgeformt und abgeschreckt wird. Nach einer vorgegebenen Verweilzeit in dem Presswerkzeug 22, in welcher das nun erzeugte Bauteil 14 auf eine Endtemperatur abkühlt, wird das Bauteil 14 freigegeben und mit Hilfe einer Entnahmeeinrichtung 24 aus der Umformeinrichtung 20 entnommen und sodann seiner weiteren Bestimmung, wie beispielsweise einer mechanischen Nachbearbeitung, zugeführt.
Sowohl als Übergabeeinrichtung 18 als auch als Entnahmeeinrichtung 24 können mehrachsige Gelenkarmroboter 26 eingesetzt werden, wie sie an und für sich zum Handhaben von Werkstücken bekannt sind; vorliegend sind daher ein Übergaberoboter 26a und ein Entnahmeroboter 26b vorhanden.
Wie in den 1 bis 3 zu erkennen ist, umfasst die Ofeneinrichtung 16 einen Ofentunnel 28, der von einem thermisch isolierten Ofengehäuse 30 begrenzt ist und sich zwischen einem Eingang 32 und einem Ausgang 34 der Ofeneinrichtung 16 erstreckt. Der Eingang 32 und der Ausgang 34 können durch jeweils ein Ofentor 36 freigegeben oder verschlossen werden. Alternativ können auch in an und für sich bekannter Weise eine Eingangsschleuse und/oder eine Ausgangsschleuse vorhanden sein.
Die Ofeneinrichtung 16 umfasst ein Fördersystem 38, mittels welchem die Werkstücke 12 in einer nur in 1 gezeigten Förderrichtung 40 durch den Ofentunnel 28 hindurch gefördert werden. Das Fördersystem 38 umfasst eine Vielzahl von Tragstrukturen 42, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form von Tragrollen 44 vorliegen. Die Tragrollen 44 sind quer und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90° zur Förderrichtung 40 hintereinander angeordnet und definieren gemeinsam eine Förderebene 46.
Jede Tragstruktur 42 definiert eine Auflagefläche 48 für die Werkstücke 12.
Bei den Tragrollen 44 sind ein Rollenkörper 50 mit einer Längsachse 52 und zwei dazu koaxiale Lagerachsen 54 an dessen beiden Enden vorhanden. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen weist der Rollenkörper 50 an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten Verbindungsbuchsen 56 auf, in welche die Lagerachsen 54 jeweils derart eingesteckt und gesichert sind, dass die Lagerachsen 54 und der Rollenkörper 50 drehfest miteinander verbunden sind. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung können der Rollenkörper 50 und die Lagerachsen 54 der Tragrolle 44 auch einstückig miteinander verbunden sein. Die Auflagefläche 48 der Tragstruktur 42 ist bei der Tragrolle 44 durch eine in Umfangsrichtung ganz außen liegende Tragmantelfläche 58 des Rollenkörpers 50 ausgebildet, auf welcher zu transportierende Werkstücke 12 aufliegen.
Die Lagerachsen 54 der Tragrollen 44 sind durch dazu komplementäre Durchgänge 60 zu beiden Seiten des Ofengehäuses 30 hindurch in einen Bereich außerhalb des Ofentunnels 28 geführt, wo sie mit Hilfe von Lagereinrichtungen 62 drehbar gelagert sind. Auf einer Seite des Ofengehäuses 30 ist außerdem ein Antriebssystem 64 ausgebildet, mit welchem Tragrollen 44 angetrieben werden können. Dabei können in an und für sich bekannter Art und Weise entweder alle Tragrollen 44 oder nur einige der Tragrollen 44 des Fördersystems 38 angetrieben sein. In letzterem Fall laufen die nicht angetriebenen Tragrollen 44 passiv mit.
Damit keine Tunnelatmosphäre durch die Durchgänge 60 hindurch aus dem Ofentunnel 28 nach außen in die Umgebung gelangen kann, sind die Durchgänge 60 des Ofengehäuses 30 und die Lagereinrichtungen 62 sowie das Antriebssystem 64 abgedichtet, was in 3 durch Dichtmittel 66 schematisch veranschaulicht ist.
Die Tragstrukturen 42 weist wenigstens einen, d.h. einen oder mehrere, poröse Bereiche 68, die durch die Auflagefläche 48 hindurch zugänglich sind. Im Weiteren wird von einem porösen Bereich 68 im Singular gesprochen.
Der poröse Bereich 68 ist aus einem Material 70 gebildet. Bei den Tragrollen 44 ist dieser poröse Bereich 68 folglich durch die Tragmantelfläche 58 hindurch zugänglich. Wie eingangs erwähnt, ist der poröse Bereich 68 für ein fluides, insbesondere fließfähiges, Fremdmaterial zugänglich, welches nicht originär von der Tragstruktur 42 stammt. Ein solches Fremdmaterial kann beispielsweise in Form der AlSi-Schmelze vorliegen, die bei der Wärmebehandlung von AlSi-beschichteten Werkstücken 12 entsteht. Der poröse Bereich 68 definiert eine innere Oberfläche 72, die einen oder mehrere Porenräume 74 begrenzt.
Der poröse Bereich 68 ist in der Lage, die AlSi-Schmelze, oder allgemein ausgedrückt das Fremdmaterial, aufzunehmen, ohne dass das AlSi in das Materialgefüge eines oder mehrerer Materialien, aus denen die Tragstruktur 42 aufgebaut ist, eindringt oder eindringen muss, wie es oben zu keramischen Tragstrukturen erläutert wurde.
Durch den wenigstens einen porösen Bereich 68 weist die Tragstruktur 42 somit eine Grundporosität auf, die bereits nach der Herstellung und vor der ersten Verwendung der Tragstruktur 42 vorhanden ist und sich nicht erst im Gebrauch der Tragstruktur 42, beispielsweise durch das oben beschriebene Herauslösen von Sauerstoff und damit verbundene Änderungen im Materialgefüge, ausbildet.
Der poröse Bereich 68 ist vorzugsweise starr. Hierfür ist das Material 70 des porösen Bereichs 68 bevorzugt eine oxidische oder nichoxidische Keramik, die hochtemperatur- und thermoschockbeständig ist. Hierzu zählen beispielsweise insbesondere Aluminiumoxid Al₂O₃, Mullit Al₂Al_2+2xSi_2-2xO_10-x, Siliciumcarbid SiC und Siliciumdioxid SiO₂. Das Material 70 kann auch ein metallisches Material sein. Das Material 70 kann auch ein Verbundmaterial oder ein Mischmaterial sein, welche aus mehreren Materialkomponenten ausgebildet sind bzw. mehrere Materialkomponenten umfassen.
Das Material 70 kann in den porösen Bereichen 68 Schaum-, Faser-, Draht-, Hohlraum-, Hohlkugel-, Wabenstrukturen und dergleichen ausbilden, die offene Kavitäten aufweisen, in welche das Fremdmaterial, insbesondere die AlSi-Schmelze, hineinfließen kann.
Das Material 70 kann aluphil oder aluphob sein. Bei einem aluphilen Material 70 gestattet der poröse Bereich 68, insbesondere im Fall von AlSi als Fremdmaterial, eine thermo-chemische Reaktion, wie sie oben beschrieben wurde. Bei einem aluphoben Material 70 wird eine solche Reaktion verhindert und das Fremdmaterial, insbesondere eine AlSi-Schmelze, wird in den Porenräumen 74 aufgenommen und ist dann von dem Material 70 reaktionsfrei oder zumindest weitgehend reaktionsfrei umhüllt.
In den 4 bis 7 sind nun verschiedene Ausführungsbeispiele der Tragstruktur 42 in Form der Tragrolle 44 veranschaulicht. Bei der Tragrolle 44 umfasst stets deren Rollenkörper 50 den porösen Bereich 68.
Bei dem in 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Tragstruktur 42 von außen nach innen den porösen Bereich 68 in Form einer porösen Außenschicht 76 aus dem Material 70, welche die Auflagefläche 48 vorgibt, und eine daran angrenzende Kernschicht 78. Gegebenenfalls kann die Kernschicht 78 ihrerseits nochmals aus zwei oder mehreren Schichten aufgebaut sein.
Bei der Tragrolle 44 ist die poröse Außenschicht 76 eine poröse Außenmantelschicht 80 des Rollenkörpers 50 aus dem Material 70, welche die Tragmantelfläche 58 der Tragrolle 44 vorgibt; die Kernschicht 78 ist ein Rollenkern 82, der von der Außenmantelschicht 80 umgeben ist. Der Rollenkern 82 kann seinerseits aus einem Material als Vollwelle oder abgewandelt aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut oder auch als Hohlrohr ausgebildet sein. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in den Rollenkern 82 auch die Verbindungsbuchsen 56 eingearbeitet. Anders ausgedrückt umfasst der Rollenkörper 50 der Tragrolle 44 somit die poröse Außenmantelschicht 80 mit der Tragmantelfläche 58 und den Rollenkern 82.
Bei dem in 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel bildet die Tragstruktur 42 als solche den porösen Bereich 68, ist folglich aus dem Material 70 gebildet und gibt entsprechend auch die Auflagefläche 48 vor.
Bei der Tragrolle 44 bildet der poröse Bereich 68 dementsprechend den Rollenkörper 50, der als solcher aus dem Material 70 gefertigt ist und auch die Tragmantelfläche 58 definiert. Insbesondere bei einer einstückigen Ausbildung kann die Tragrolle 44 auch insgesamt aus dem Material 70 gefertigt sein und dadurch insgesamt den porösen Bereich 68 vorgeben.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 6 umfasst die Tragstruktur 42 von außen nach innen eine Außenschicht 84 mit Durchgangskanälen 86, welche die Auflagefläche 48 vorgibt, und den porösen Bereich 68 in Form einer inneren porösen Schicht 88 aus dem Material 70, die an die Außenschicht 84 angrenzt. Die Außenschicht kann beispielsweise aus einem Metall gefertigt sein.
Bei der Tragrolle 44 ist die Außenschicht 84 eine Außenmantelschicht 90 mit den Durchgangskanälen 86 und die innere poröse Schicht 88 eine poröse Innenmantelschicht 92 aus dem Material 70. Diese umgibt ihrerseits den auch hier vorhandenen Rollenkern 82, der in 6 als Hohlrohr veranschaulicht ist. Die oben erläuterten Abwandlungen bei dem Rollenkern 82 sind auch hier möglich.
7 veranschaulicht als viertes Ausführungsbeispiel eine Tragrolle 44 mit einer abgewandelten Geometrie. Diese Tragrolle 44 weist in Längsrichtung in regelmäßigen Abständen vorgesehen Umfangsnuten 94 auf, so dass die Tragmantelfläche 58 durch umlaufende Mantelringe 96 ausgebildet ist, die zwischen den Umfangsnuten 94 verbleiben. Hierdurch wird die Auflagefläche für die Werkstücke 12 verringert. Eine entstehende AlSi-Schmelze kann rasch in die Umfangsnuten 94 von dem Werkstück 12 abfließen. Ansonsten kann die Tragrolle 44 mit den Umfangsnuten 94 denselben Schichtaufbau haben, wie es in den 4 bis 6 gezeigt und oben beschrieben ist.
Bei den Ausführungsbeispielen, bei denen die Tragstruktur 42 mehrere Schichten bzw. die Tragrolle 44 mehrere Schichten und den Rollenkern bei einer trag und einen Rollenkern gibt, können mehrere vorhandene Schichten und/oder der Rollenkern 82 umfasst, können die Schichten und/oder der Rollenkern 82 aus ein und demselben Material 70 ausgebildet sein, welches in den einzelnen Schichten und gegebenenfalls dem Rollenkern 82 mit unterschiedlicher Morphologie vorliegt.
Der oder die porösen Bereiche 68 sind nach einer gewissen Gebrauchszeit mit Fremdmaterial, vornehmlich mit AlSi, gesättigt, so dass die Tragstruktur 42 ihre Zielwirkung nicht mehr entfalten kann. In diesem Fall können zumindest bei den Ausführungsbeispielen nach den 3 und 5 die porösen Bereiche 68 entfernt und ersetzt werden. Bei den Tragrollen 44 bilden die porösen Bereiche 68 eine Art Hülle um den Rollenkern 82; diese Hülle kann dann entfernt und durch eine neue Hülle in Form des porösen Bereichs ersetzt werden. Der Rollenkern 82 kann dann weiterverwendet werden.
Eine solche Hülle kann im Falle einer Art porösen Matte auf den Rollenkern 82 aufgewickelt oder aufgeschoben werden; gegebenenfalls kann sie mit einem Hochtemperaturklebstoff auf den Rollenkern 82 aufgeklebt werden. Auch kann eine solche Hülle gegebenenfalls mit Hilfe von Lochplatten, Gitterplatten, Gitternetzen oder dergleichen auf den Rollenkern 82 gewickelt, gedruckt und befestigt werden.

Claims

Tragstruktur zum Tragen und/oder Fördern von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, in einer Ofeneinrichtung (16) bei Temperaturen oberhalb von 600°C, wobei die Tragstruktur eine Auflagefläche (48) für die Werkstücke (12) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (42) wenigstens einen porösen Bereich (68) aus einem Material (70) aufweist, der durch die Auflagefläche (48) hindurch zugänglich ist.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Bereich (68) flexibel oder starr ist.
Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (70) des porösen Bereichs (68) eine oxidische oder nichtoxidische Keramik, insbesondere Aluminiumoxid Al₂O₃, Mullit Al₂Al_2+2xSi_2-2xO_10-x, Siliciumcarbid SiC oder Siliciumdioxid SiO₂, oder ein metallisches Material ist.
Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (70) in dem porösen Bereich (68) Schaum-, Faser-, Draht-, Hohlraum-, Hohlkugel-, Wabenstrukturen oder dergleichen ausbildet, die offene Kavitäten aufweisen.
Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) der poröse Bereich (68) eine poröse Außenschicht (76) ist, welche die Auflagefläche (48) vorgibt; oder b) der poröse Bereich (68) die Tragstruktur (42) bildet und die Auflagefläche (48) vorgibt; oder c) der poröse Bereich (68) eine innere poröse Schicht (88) ist, die an eine Außenschicht (84) angrenzt, welche die Auflagefläche (48) vorgibt.
Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (42) eine Tragrolle (44) mit einem Rollenkörper (50) ist, welcher den porösen Bereich (68) umfasst und bei dem die Auflagefläche (48) durch eine in Umfangsrichtung ganz außen liegende Tragmantelfläche (58) ausgebildet ist.
Tragstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) der poröse Bereich (68) eine poröse Außenmantelschicht (80) ist, welche die Tragmantelfläche (58) vorgibt; oder b) der poröse Bereich (68) den Rollenkörper (50) bildet und die Tragmantelfläche (58) vorgibt; oder c) der poröse Bereich (68) eine poröse Innenmantelschicht (92) des Rollenkörpers (50) ist, die an eine Außenmantelschicht (90) angrenzt, welche die Tragmantelfläche (58) vorgibt.
Ofeneinrichtung zum Erwärmen von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, auf Temperaturen oberhalb von 600°C mit a) einer Ofenkammer oder einem Ofentunnel (28); b) einer Tragstruktur (42) zum Tragen und/oder Fördern der Werkstücke (12), dadurch gekennzeichnet, dass c) die Tragstruktur (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Ofeneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofeneinrichtung (16) ein Rollenofen oder eine Rollenherdofen mit dem Ofentunnel (28) und einem Fördersystem (38) ist, mittels welchem die Werkstücke (12) in einer Förderrichtung (40) durch den Ofentunnel (28) förderbar sind und welches Tragrollen (44) gemäß der Tragstruktur (42) nach Anspruch 6 oder 7 umfasst.
Anlage zum Formhärten von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, mit a) einer Ofeneinrichtung (16), in welcher Werkstücke (12) auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmbar sind; b) einer Umformeinrichtung (20), in welcher die erwärmten Werkstücke (12) formbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Ofeneinrichtung (16) eine Ofeneinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 8 oder 9 ist.
Verfahren zum Formhärten von Werkstücken (12), insbesondere von metallischen Werkstücken, insbesondere von AlSi-beschichteten Stahlblechen, bei dem a) die Werkstücke (12) in einer Ofeneinrichtung (16) auf eine Umformtemperatur oberhalb von 600°C erwärmt werden; b) die Werkstücke (12) in einer Umformeinrichtung (20) geformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass c) eine Ofeneinrichtung (16) nach Anspruch 8 oder 9 verwendet wird.