DE102018116844A1

DE102018116844A1 - Verfahren zum Warmumformen von Elementen aus einem Stahl und entsprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018116844A1
Application number: DE102018116844.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Donsbach; Thomas Berrenberg
Original assignee: Schwartz GmbH
Current assignee: Schwartz GmbH
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Warmumformen von Elementen (3) aus einem Stahl, wobei das Element (3) eine Beschichtung aufweist, umfasst zumindest die folgenden Schritte:- Durchführen der Elemente (3) durch mindestens einen Durchlaufofen (1) mit einer Mehrzahl von Rollen (2), um diese zumindest in Teilbereichen auf eine Zieltemperatur zu erhitzen,- Warmumformen in einem Warmumformwerkzeug (16),und zeichnet sich aus durch:- die elektromagnetische Erfassung mindestens eines Messwertes (22) einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen (2) durch mindestens eine elektromagnetische Erfassungseinheit (13);- Vergleich des Messwertes der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße; und- Bereitstellen eines Störsignals (25), wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Warmumformen von Elementen aus Stahl und eine entsprechende Vorrichtung. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem Durchlaufofen und einer Überwachung der Funktionalität des Durchlaufofens im Hinblick auf die Erwärmung von Elementen aus einem vorbeschichteten Stahl.
Es ist bekannt, Durchlauföfen zum Aufheizen von vorbeschichteten Elementen, wie beispielsweise Platinen oder Bauteilen, vor dem Warmumformen einzusetzen, beispielsweise aus der EP 2 920 535 B1 . Dies kommt insbesondere im Bereich der Fahrzeugindustrie zum Einsatz.
Beim Warmumformen werden metallische Bauteile, insbesondere aus einem Bor-Mangan-Stahl, auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt und dann in einem Warmumformwerkzeug gepresst und gleichzeitig und/oder direkt anschließend abgekühlt, um so zumindest in Teilbereichen des Elements eine Martensitstruktur zu erzeugen.
Um die Rostanfälligkeit der aus den Elementen hergestellten Bauteile und/oder eine Verzunderung zu vermeiden, werden Elemente wie insbesondere Platinen aus einem vorbeschichteten Blech verwendet. Hier werden regelmäßig Aluminium-Silizium-Beschichtungen (AlSi-Beschichtungen) eingesetzt. Diese Beschichtung verhindert das Rosten der Bleche, sowie ein Verzundern der heißen Bleche insbesondere beim Transfer vom Durchlaufofen zum Warmumformwerkzeug.
Die beschichteten Elemente werden in den Durchlaufofen eingebracht und durch diesen mittels angetriebener Rollen transportiert. Der Innenraum des Ofens weist eine erhöhte Temperatur auf, die üblicherweise durch Strahlungswärmequellen erzeugt wird. Hierdurch schmelzen zunächst die Beschichtungen auf, während sich das Element erwärmt. Hierdurch kann es dazu kommen, dass bei der Bewegung des Elementes über die Rollen die Beschichtung zumindest teilweise durch Scherkräfte vom Element getrennt wird. Die Beschichtung, die viskos ist, bleibt dabei oft an den Rollen haften und verschmutzt diese. Durch die Verschmutzung der Rollen kann es einerseits zu einer Verunreinigung oder Beschädigung der Elemente kommen, die über die Rollen transportiert werden und andererseits kann es durch Anlagerung und durch chemische Reaktionen zu einer Kontamination der Rolle kommen, die zu einem ungeplanten Ausfall der Rolle und damit des gesamten Durchlaufofens führt. Ein Zersplittern der kontaminierten Rolle, beispielsweise durch Kontakt zu einem noch kalten Element und den dadurch entstehenden thermischen Belastungen kann zu Beschädigungen des Durchlaufofens führen.
Andererseits ist ein proaktives, anlassloses Tauschen der Rollen auch nicht gewünscht, da dadurch die Betriebskosten des Durchlaufofens signifikant erhöht werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Warmumformen anzugeben, bei denen ein anlassloses Tauschen der Rollen vermieden werden kann und andererseits ein sicherer Austausch von verschmutzten Rollen erfolgen kann.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Warmumformen von Elementen aus einem Stahl, wobei das Element eine Beschichtung aufweist, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

- Durchführen der Elemente durch mindestens einen Durchlaufofen mit einer Mehrzahl von Rollen, um diese zumindest in Teilbereichen auf eine Zieltemperatur zu erhitzen,
- Warmumformen in einem Warmumformwerkzeug, zeichnet sich aus durch
- die elektromagnetische Erfassung mindestens eines Messwertes einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen durch mindestens eine elektromagnetische Erfassungseinheit;
- Vergleich des Messwertes der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße; und
- Bereitstellen eines Störsignals, wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.

Unter dem Begriff Warmumformen wird insbesondere ein Formhärten von Blechen, bevorzugt von Blechen aus einem Bor-Mangan-Stahl, verstanden. Unter dem Begriff Durchlaufofen wird ein Ofen zum Erwärmen von Elemente verstanden, bei denen die Elemente durch den heißen Ofen über Rollen transportiert werden, von denen bevorzugt ein Teil angetrieben ausgebildet ist. Insbesondere wird unter dem Begriff Durchlaufofen ein so genannter Rollenherdofen verstanden.
Unter dem Begriff elektromagnetische Erfassung wird die Erfassung von elektromagnetischer Strahlung verstanden, die von der Oberfläche der Rolle abgestrahlt wird. Hierbei kann es sich insbesondere um optische Strahlung handeln, also insbesondere um ultraviolette (UV) Strahlung, sichtbares Licht (VIS) oder Infrarot (IR) Strahlung.
Unter sichtbaren Licht wird eine elektromagnetische Strahlung verstanden, die üblicherweise vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 400 nm [Nanometer] bis 780 nm. Unter UV Strahlung wire insbesondere eine Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 400 nm verstanden. Unter IR-Strahlung wird insbesondere eine Strahlung einer Wellenlänge von 780 nm bis 1 µm [Mikrometer] verstanden.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der elektromagnetische Erfassung nur dann erfolgt, wenn keine Elemente auf den Rollen liegen, also beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementen oder in speziellen Prüfphasen, in denen keine Elemente durch den Ofen geführt werden oder bei denen die erfassten Daten entsprechend selektiert werden.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Strahlung, die von den Rollen emittiert wird, erfasst wird, insbesondere sichtbares Licht oder IR-Strahlung. Die entsprechenden apparativen Vorkehrungen und die notwendige Investition sind überschaubar, insbesondere ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der es nicht notwendig ist, einen Messstrahl auf mindestens einen Teil der Oberfläche mindestens einer Rolle zu richten, sondern die unmittelbare Emission der Rollenoberfläche erfasst wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Verschmutzung der Oberfläche der Rolle durch eine Beschichtung wie auch die dadurch ausgelösten physikalischen und chemischen Reaktionen mit der Oberfläche der Rolle zu einer Veränderung der emittierten elektromagnetischen Strahlung führen. Insbesondere verändert sich das Spektrum der emittierten elektromagnetischen Strahlung, es ergeben sich also Veränderungen der relativen Amplituden bei bestimmten Frequenzen. Als Kenngröße wird hier also beispielsweise das Frequenzspektrum der Rollenoberfläche verstanden, während der Messwert beispielsweise das gemessene Frequenzspektrum oder auch die empfangene Farbinformation von zumindest einem Teil der Oberfläche zumindest einer Rolle umfasst. Der erhaltene Messwert wird mit einem Sollwert verglichen, der eine Grenze abbildet, bis zu deren Erreichen der Verschmutzungsgrad der Rolle einen weiteren Betrieb sicher ermöglicht. Dieser Sollwert wie auch die entsprechende Grenze sind abhängig vom Material der Rollen, der entsprechenden Beschichtung und der jeweiligen Temperatur der Rolle beziehungsweise des Innenraums des Durchlaufofens, in dem die jeweilige Rolle ausgebildet ist.
Messwert, Kenngröße und Sollwert können sowohl als eine (einzelne) Zahl vorliegen, als auch als ein eindimensionales Array von Zahlen (als Vektor), oder auch als zwei- oder mehrdimensionales Array von Zahlen. Insbesondere können für einen Punkt in einem Raum, der durch Koordinaten zu einem Referenzpunkt definiert ist, ein oder mehrere Werte vorliegen, wie beispielsweise eine Amplitude für bestimmte Frequenz- oder Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche.
Durch die Überwachung der Kenngröße kann in vorteilhafter Weise rechtzeitig eine Verschmutzung einer oder mehrerer Rollen erkannt werden, die zu Schädigungen der Elemente und/oder von Teilen des Durchlaufofens führen können.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der eine Kamera, die für sichtbares Licht sensitiv ist, als elektromagnetische Erfassungseinheit im Durchlaufofen, bevorzugt oberhalb des Bereichs, durch den die Elemente transportiert werden, ausgebildet ist, wobei die Kamera auf zumindest einen Teil der Rollen gerichtet ist, so dass elektromagnetische Strahlung, die von diesen Rollen emittiert wird, von der Kamera als Messgröße erfasst wird. Die Kenngröße kann dabei die örtlich aufgelöste Farbverteilung des Bildes sein, die gegen ein Bild als Sollwert referenziert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die elektromagnetische Erfassung die Aufnahme eines mindestens eindimensionalen Messsignals mit mindestens einem CCD-Sensor.
Unter einem CCD (charge-coupled device)-Sensor wird ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil verstanden, das auf dem inneren Fotoeffekt beruht. Der CCD-Sensor kann dabei bevorzugt als Liniensensor ausgebildet sein, der linienförmige Daten aufnimmt. Weiterhin bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der CCD-Sensor als Matrixsensor ausgebildet ist, der zweidimensionale Daten aufzeichnet. Der CCD-Sensor kann bevorzugt Teil einer Kamera sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die elektromagnetische Erfassung die Aufnahme von elektromagnetischen Wellen eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs.
So ist es möglich, genau die Wellenlängen zu erfassen, in denen die Verschmutzung der Rolle besonders deutlich oder einfach detektierbar ist. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz eines Filters vor der Erfassungseinheit erreicht werden oder auch in dem eine Erfassungseinheit gewählt wird, die von vornherein nur auf den bestimmten Wellenlängenbereich sensitiv ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der elektromagnetischen Erfassung elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich erfasst.
Die Erfassung von IR-Strahlung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sich das Emissionsverhalten der Rollen insbesondere bei Verwendung von AlSibeschichteten Elementen durch die physikalischen und chemischen Reaktionen zwischen der Beschichtung und dem keramischen Material der Rollen ändert, insbesondere verändert sich die Spektraldichte (Intensität über Wellenlänge) messbar, so dass beim Vergleichen mit einem Sollwert auf einfache, verlässliche Weise eine Überschreitung des Sollwerts feststellbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der elektromagnetischen Erfassung ein Detektorstrahl mit zumindest einer der folgenden Eigenschaften:

a) einer vorgebbaren Intensität;
b) einem vorgebbaren Wellenlängenspektrum; und
c) einer vorgebbaren Polarisierung

a) der Intensität;
b) des Wellenlängenspektrums; und
c) der Polarisierung

So kann beispielsweise ein Detektorstrahl mit einer bestimmten Polarisierung au die Oberfläche mindestens einer Rolle gelenkt werden und ein von der Oberfläche reflektierter Messstrahl mit der elektromagnetisch erfasst werden, wobei dann die Polarisierung des Messstrahls in Relation zu einem Sollwert gesetzt wird. In Abhängigkeit von der Polarisierung des Messstrahls kann dann auf einen Verschmutzungsgrad der Oberfläche der Rolle geschlossen werden. Gleiches kann durch eine Änderung des Wellenlängenspektrums (also der Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge) durch Absorptionsvorgänge in der Oberfläche erreicht werden und durch eine Intensitätsänderung des Messstrahls im Vergleich zum Detektorstrahl.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Bereitstellen des Störsignals mindestens eine der folgenden Maßnahmen:

i. die optische Ausgabe eines Warnsignals; und
ii. die akustische Ausgabe eines Warnsignals.

Durch die Ausgabe eines akustischen und/oder optischen Warnsignals kann ein Benutzer oder eine Aufsichtsperson über das Vorliegen einer Verschmutzung der Rollen informiert werden, um so Schäden vermeiden zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Störsignal zur Steuerung des Durchlaufofens und/oder des Warmumformwerkzeugs eingesetzt.
So kann insbesondere ein Betrieb von Durchlaufofen und/oder Warmumformwerkzeug unmittelbar an das Vorliegen einer Verschmutzung, einen Verschmutzungsgrad und/oder das örtliche Vorliegen einer Verschmutzung angepasst werden, insbesondere ein Betrieb unterbrochen oder eine Wartung ausgelöst werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Zuführung von Elementen zum Durchlaufofen unterbrochen, wenn das Störsignal bereitgestellt wird.
So kann eine Beschädigung der Elemente und/oder des Durchlaufofens vermieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchlaufofen eine Länge in Förderrichtung auf und die elektromagnetische Erfassung erfolgt von Rollen aus einem Bereich, der in Förderrichtung ein erstes Drittel, bevorzugt ein erstes Viertel oder sogar nur ein erstes Fünftel der Länge des Durchlaufofens umfasst.
Insbesondere im Anfangsbereich des Durchlaufofens, also beispielsweise dem ersten Drittel, kann die Tendenz zu verschmutzten Rollen besonders groß sein, da in diesem Bereich zunächst einmal die Beschichtung aufschmilzt, der Diffusionsvorgang von chemischen Elementen aus der Beschichtung in das Element aber noch nicht signifikant begonnen hat. Insbesondere kann es hier zu einem Abscheren der nunmehr viskosen Beschichtung kommen, da eine die Bewegung einer angetriebenen Rolle eine Relativbewegung zwischen der aufgeschmolzenen Beschichtung und dem Element bewirken kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die elektromagnetische Erfassung von Rollen, deren Temperatur mehr als 590 °C, insbesondere 550 bis 580°C, beträgt.
Üblicherweise ist ein Durchlaufofen so ausgebildet, dass dieser in Förderrichtung steigende Temperaturen im Innenraum aufweist, insbesondere unterschiedliche Zonen, deren Temperatur in Förderrichtung ansteigt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere dann, wenn die Temperatur der Bauteile (und damit auch der Rollen) mehr als 590°C beträgt zwar die Aufschmelzung der Beschichtung begonnen hat, jedoch ohne dass die Diffusion in das Innere des Elementes signifikant eingesetzt hat, so dass in diesem Temperaturbereich ein großes Risiko einer Abscherung der Beschichtung und damit einer Verschmutzung der Rollen besteht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Warmumformen von Elementen aus einem Stahl, wobei das Element eine Beschichtung aufweist, vorgeschlagen, umfassend:

- einen Durchlaufofen mit einer Mehrzahl von Rollen, durch den das Element zu Aufheizung zumindest in Teilbereichen auf eine Zieltemperatur in eine Förderrichtung durchführbar ist,
- ein Warmumformwerkzeug, welches in Förderrichtung hinter dem Durchlaufofen ausgebildet ist,

- eine elektromagnetische Erfassungseinheit im Durchlaufofen zur elektromagnetischen Erfassung mindestens eines Messwertes einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen,
- eine Vergleichseinheit zum Vergleich des Messwertes der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße; und
- eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung eines Störsignals, wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Insbesondere ist eine Steuereinrichtung ausgebildet, die die elektromagnetische Erfassungseinheit, die Vergleichseinheit und die Bereitstellungseinheit steuert und/oder umfasst. Der Durchlaufofen ist insbesondere ein Rollenherdofen. Bevorzugt wird im Rahmend dieses Dokumentes der Rollenherdofen indirekt beheizt, insbesondere über Strahlrohre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die elektromagnetische Erfassungseinheit mindestens einen CCD Sensor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchlaufofen in Förderrichtung eine Länge auf und die elektromagnetische Erfassungseinheit so ausgebildet ist, dass sie einen Messwert zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen in einem Bereich erfasst, der in Förderrichtung ein erstes Drittel der Länge des Durchlaufofens umfasst.
Aufgrund der üblicherweise in Durchlaufrichtung steigenden Temperaturen im Durchlaufofen ist das Risiko der Verschmutzung der Rollen im ersten Drittel des Durchlaufofens hoch, so dass durch die Ausbildung einer Erfassungseinheit ausschließlich im ersten Drittel des Durchlaufofens die zu verarbeitende Datenmenge reduziert und gleichzeitig eine hohe Sicherheit der Überwachung gewährleistet werden kann.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen und anwenden und umgekehrt.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen:

1 einen ersten Durchlaufofen im Querschnitt mit entsprechendem Temperaturprofil;
2 eine Draufsicht in das Innere des Durchlaufofens; und
3 ein erstes Beispiel einer Vorrichtung zum Warmumformen;
4 ein zweites Beispiel einer Vorrichtung zum Warmumformen; und
5 ein Detail einer Vorrichtung zum Warmumformen.

Gleiche Elemente werden in allen Figuren mit identischen Bezugszeichen beschrieben. 1 zeigt schematisch einen Durchlaufofen 1, der eine Mehrzahl von Rollen 2 aufweist. Zumindest einige dieser Rollen 2 sind angetrieben, so dass ein Element 3 in einer Förderrichtung 4 durch den Durchlaufofen 1 transportiert werden kann. Das Element 3 wird dabei bevorzugt in einer an den Durchlaufofen 1 anschließenden Presshärtevorrichtung zu einem Bauteil für ein Automobil pressgehärtet. Bevorzugt stellt ein Element 3 eine Platine zur Herstellung eines solchen Bauteils, beispielsweise einer A- oder B-Säule oder eines Querträgers, dar. Das Element 3 ist beschichtet, insbesondere mit einer Zink- oder Aluminium-Silicium-Beschichtung. Diese Beschichtung wird bevorzugt beidseitig mit einer Belegung von 80 bis 150 Gramm pro Quadratmeter Obefläche ausgeführt.
Der Durchlaufofen 1 weist eine Vielzahl von Strahlungsquellen 5 auf, die bevorzugt als Strahlrohre ausgebildet sind, in denen ein gasbetriebener Brenner in einen geschlossenen Brennraum hineinbrennt, bevorzugt aus einer Keramik. Die Wände des Brennraums werden dadurch erwärmt und dienen als Quelle für Strahlungswärme, die den Innenraum 6 des Durchlaufofens 1 erwärmen. Durch dieses Verfahren wird insbesondere der Eintrag von Abgas und insbesondere von Wasser in den Innenraum 6 vermieden, welches bei der Verbrennung insbesondere von Erdgas entsteht, so dass die Atmosphäre im Innenraum 6 in Bezug auf den Wassergehalt besser kontrolliert werden kann.
Im vorliegenden Beispiel weist der Durchlaufofen 1 eine erste Zone 7 und eine zweite Zone 8 auf, die in Förderrichtung 4 hintereinanderliegen. Die Temperatur in den jeweiligen Zonen 7, 8 unterschiedlich und steigen in diesem Beispiel an. Die erste Zone weist eine erste Zonentemperatur 9 und die zweite Zone 8 eine zweite Zonentemperatur 10 auf. Durch den Transport durch die Zonen 7, 8 steigt die Bauteiltemperatur 11 entsprechend an. Hierdurch kommt es in der ersten Zone 7 zunächst zum Aufschmelzen der Beschichtung und dann anschließend zu verstärkten Diffusionsvorgängen zwischen Beschichtung und dem Stahlblech, aus dem das Element 3 ausgebildet ist. Hierdurch kommt es zu Gefügeveränderungen in dem Stahlblech und zur Ausbildung einer ausgeprägten Oxidationsschutzschicht auf der Oberfläche des Elementes 3.
Der Durchlaufofen 1 weist verschiedene Schotte 12 auf. Diese können, wie im vorliegenden Beispiel dargestellt, beweglich ausgebildet sein, um so Wärmeverluste zu minimieren. Die Schotte 12 können aber auch fest ausgebildet sein und so die verschiedenen Zonen 7, 8 definieren.
In der ersten Zone 7 im vorderen Drittel des Durchlaufofens 1 in Förderrichtung 4 ist eine elektromagnetische Erfassungseinheit 13 ausgebildet. In diesem Beispiel handelt es sich um eine Kamera mit CCD-Sensor, die thermisch isoliert ausgebildet ist. Die Kamera ist dabei auf die Rollen 2 gerichtet und erfasst die Rollen 2 beziehungsweise ein darauf befindliches Element 3. Die elektromagnetische Erfassungseinheit 13 weist dabei einen Erfassungsbereich 14 auf, aus dem Daten erfasst werden. Dieser ist in 2, die eine Draufsicht auf den Bereich der Rollen 2 im Innenraum 6 des Durchlaufofens 1 zeigt, beispielhaft gekennzeichnet. Bevorzugt werden ein oder mehrere Erfassungsbereiche 14 in den Bereichen vorgesehen, in denen Elemente 3 in Förderrichtung 4 transportiert werden. Alternativ kann auch ein einziger Erfassungsbereich 14 vorgesehen werden, der die einen Großteil, insbesondere 80% und mehr, der oder die ganze Breite der ersten Zone 7 quer zur Förderrichtung 4 abdeckt.
Im vorliegenden Beispiel wird insbesondere eine elektronische Erfassungseinheit 13 eingesetzt, die in einem bestimmten vorgebbaren Wellenlängenbereich, beispielsweise im Infrarotbereich, sensitiv ist und nur elektromagnetische Strahlung dieses vorgebbaren Wellenlängenbereichs erfasst. Bevorzugt ist dabei, dass der Infrarotbereich oder ein Teil des infraroten Bereichs vorgegeben wird.
3 zeigt sehr schematisch ein erstes Beispiel einer Vorrichtung 15 zum Warmumformen. Diese umfasst einen Durchlaufofen 1, beispielsweise einen Durchlaufofen 1 wie oben im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben, und ein Warmumformwerkzeug 16. Hierbei handelt sich insbesondere um ein Presshärtewerkzeug, in dem die im Durchlaufofen 1 über die Austenitisierungstemperatur erhitzten Elemente 3 beispielsweise mit einer Presse verformt und gleichzeitig über eine Haltezeit abgeschreckt werden, so dass eine Härtung des Stahls des Elementes 3 erfolgt. Der Transport der Elemente 3 vom Durchlaufofen 1 zum Warmumformwerkzeug 16 ist dabei durch einen Pfeil angedeutet.
Der Durchlaufofen 1 weist eine elektromagnetische Erfassungseinheit 13 auf. Diese erfasst elektromagnetische Strahlung als Messstrahl 17. Dieser umfasst die Reflektion zumindest eines Teils eines Detektorstrahls 18, der von einer Beleuchtungseinheit 19 auf einen Teil einer Oberfläche mindestens einer Rolle 2 geworfen wird. Hierbei kann beispielsweise ein Vergleich zwischen Detektorstrahl 18 und Messstrahl 17 erfolgen, beispielsweise im Hinblick auf Intensität, Wellenlängenspektrum und/oder Polarisierung.
4 zeigt sehr schematisch ein zweites Beispiel einer Vorrichtung 15 zum Warmumformen, wobei hier nur die Unterschiede zum in 3 gezeigten Beispiel beschrieben werden sollen. Auf die zu 1 bis 3 gemachten Ausführungen wird verwiesen. Der Durchlaufofen 1 weist eine elektromagnetische Erfassungseinheit 3 auf, die die von mindestens einer Rolle 2 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 erfasst. Die elektromagnetische Erfassungseinheit 13 weist dabei eine Filtereinrichtung 21 auf, durch die die elektromagnetische Strahlung, die in der elektromagnetischen Erfassungseinheit 13 aufgenommen wird, entsprechend gefiltert werden kann, beispielsweise im Hinblick auf das Wellenlängenspektrum und/oder die Polarisation. So können Maßnahmen ergriffen werden, durch die die Detektionswahrscheinlichkeit für Verschmutzungen erhöht wird.
5 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Vorrichtung 15 zum Warmumformen. Die elektromagnetische Erfassungseinheit 13 erfasst einen Messwert 22 einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen 2, in dem elektromagnetische Strahlung erfasst wird, die von der Oberfläche der Rolle 2 stammt. Hierbei kann es sich um elektromagnetische Strahlung handeln, die von der Oberfläche der Rolle 2 emittiert wird, beispielsweise um Infrarotstrahlung, und/oder um Strahlung, die von der Oberfläche der Rolle 2 reflektiert wird.
Der Messwert 22 der Kenngröße wird von der elektromagnetischen Erfassungseinheit 13 wird einer Vergleichseinheit 23 übertragen. In dieser wird ein Vergleich des Messwertes 22 der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße durchgeführt. Dieser kann beispielsweise in einem Speicher vorgehalten werden. Über eine mit der Vergleichseinheit 23 verbundenen Bereitstellungseinheit 24 wird dann ein Störsignal 25 bereitgestellt, wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.
Das Störsignal 25 wird dabei bevorzugt zur Steuerung des Durchlaufofens 1 und/oder des Warmumformwerkzeugs 16 eingesetzt. Insbesondere wird die die Zuführung von Elementen 3 zum Durchlaufofen 1 unterbrochen, wenn das Störsignal 25 bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Warnung an einen Benutzer erfolgen, insbesondere optisch und/oder akustisch. Vergleichseinheit 23 und Bereitstellungseinheit 24 können insbesondere Teil einer Steuereinrichtung 26 sein.
In Abhängigkeit von der eingesetzten Beschichtung, den eingesetzten Rollen 2, insbesondere im Hinblick auf Material und/oder Abmessung der Rollen, und/oder der Temperatur der Rollen 2 kann die Kenngröße und/oder deren Erfassung angepasst werden. So ist es beispielsweise möglich, einen Punkt der Oberfläche einer Rolle 2, eine Linie im Bereich einer oder mehrerer Rollen 2 oder eine Fläche im Bereich einer oder mehrerer Rollen 2 zu überwachen. Insbesondere ist dann der Erfassungsbereich 14 entsprechend zu wählen und gegebenenfalls die elektromagnetische Erfassungseinheit 13 entsprechend zu wählen und/oder anzupassen.
Es ist beispielsweise möglich, die einzelne Bilder oder Filme der Rollen 2 aufzunehmen und das Spektrum der Oberfläche mindestens eines Teilbereichs der Oberfläche einer oder mehrerer Rollen 2 als Kenngröße zu wählen, insbesondere also sichtbares Licht zu detektieren. Der Sollwertbereich der Kenngröße wird dann als ein spektraler Bereich vorgegeben, bei dessen Verlassen sicher von einer Verschmutzung der Rolle(n) 2 ausgegangen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Auswertung der Infrarotemission mindestens eines Teilbereichs der Oberfläche einer oder mehrerer Rollen 2 erfolgen. Hier wird als Sollwertbereich ein entsprechendes Spektrum beziehungsweise ein entsprechender spektraler Bereich und dessen relative Intensitäten vorgegeben. Bevorzugt kann hierbei eine ensprechende Erfassung dann erfolgen, wenn der Durchlaufofen 1 zumindest bereichsweise ohne Elemente 3 in einem Gleichgewichtszustand betrieben wird, also insbesondere gerade nicht aufgeheizt oder abgekühlt wird.
Zur Kontrastverstärkung kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Polarisierung und/oder eines bestimmten Wellenlängenspektrums als Detektorstrahl 18 auf mindestens einen Teilbereich einer oder mehrerer Rollen 2 gelenkt und die reflektierte Strahlung als Messstrahl 17 erfasst werden. Hier kann die Änderung der Polarisierung und/oder des Wellenlängenspektrums und deren Abweichung von einem Sollwertbereich detektiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Durchlaufofen
2: Rolle
3: Element
4: Förderrichtung
5: Strahlungsquelle
6: Innenraum
7: Erste Zone
8: Zweite Zone
9: Erste Zonentemperatur
10: Zweite Zonentemperatur
11: Bauteiltemperatur
12: Schott
13: Elektromagnetische Erfassungseinheit
14: Erfassungsbereich
15: Vorrichtung zum Warmumformen
16: Warmumformwerkzeug
17: Messstrahl
18: Detektorstrahl
19: Beleuchtungseinheit
20: Elektromagnetische Strahlung
21: Filtereinrichtung
22: Messwert
23: Vergleichseinheit
24: Bereitstellungseinheit
25: Störsignal
26: Steuereinrichtung

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

EP 2920535 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Warmumformen von Elementen (3) aus einem Stahl, wobei das Element (3) eine Beschichtung aufweist, umfassend zumindest die folgenden Schritte: - Durchführen der Elemente (3) durch mindestens einen Durchlaufofen (1) mit einer Mehrzahl von Rollen (2), um diese zumindest in Teilbereichen auf eine Zieltemperatur zu erhitzen, - Warmumformen in einem Warmumformwerkzeug (16), gekennzeichnet durch - die elektromagnetische Erfassung mindestens eines Messwertes (22) einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen (2) durch mindestens eine elektromagnetische Erfassungseinheit (13); - Vergleich des Messwertes der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße; und - Bereitstellen eines Störsignals (25), wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektromagnetische Erfassung die Aufnahme eines mindestens eindimensionalen Messsignals mit mindestens einem CCD-Sensor erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektromagnetische Erfassung die Aufnahme von elektromagnetischen Wellen eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der elektromagnetischen Erfassung elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der elektromagnetischen Erfassung ein Detektorstrahl (18) mit zumindest einer der folgenden Eigenschaften: a) einer vorgebbaren Intensität; b) einem vorgebbaren Wellenlängenspektrum; und c) einer vorgebbaren Polarisierung auf zumindest einen Teil der Oberfläche mindestens einer Rolle (2) gelenkt und dann als Messstrahl (17) eine von dieser Oberfläche reflektierte elektromagnetische Strahlung aufgenommen wird und zur Bestimmung des Messwertes ein Vergleich zumindest einer der folgenden Eigenschaften: a) der Intensität; b) des Wellenlängenspektrums; und c) der Polarisierung des Messstrahls (17) mit der mindestens einen entsprechenden Eigenschaft des Detektorstrahls (18) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Störsignal (25) zur Steuerung des Durchlaufofens (1) und/oder des Warmumformwerkzeugs (16) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zuführung von Elementen (3) zum Durchlaufofen (1) unterbrochen wird, wenn das Störsignal (25) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Durchlaufofen (1) eine Länge in Förderrichtung (4) aufweist und die elektromagnetische Erfassung von Rollen (2) aus einem Bereich erfolgt, der in Förderrichtung (4) ein erstes Drittel der Länge des Durchlaufofens (1) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektromagnetische Erfassung von Rollen (2) erfolgt, deren Temperatur mehr als 590 °C beträgt.
Vorrichtung (15) zum Warmumformen von Elementen (3) aus einem Stahl, wobei das Element (3) eine Beschichtung aufweist, umfassend: - einen Durchlaufofen (1) mit einer Mehrzahl von Rollen (2), durch den das Element (3) zu Aufheizung zumindest in Teilbereichen auf eine Zieltemperatur in eine Förderrichtung (4) durchführbar ist, - ein Warmumformwerkzeug (16), welches in Förderrichtung (4) hinter dem Durchlaufofen (1) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch - eine elektromagnetische Erfassungseinheit (13) im Durchlaufofen (1) zur elektromagnetischen Erfassung mindestens eines Messwertes einer Kenngröße zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen (2), - eine Vergleichseinheit (23) zum Vergleich des Messwertes der Kenngröße mit einem vorgebbaren Sollwertbereich der Kenngröße; und - eine Bereitstellungseinheit (24) zur Bereitstellung eines Störsignals (25), wenn mindestens eine Kenngröße außerhalb des vorgebbaren Sollwertbereichs liegt.
Vorrichtung (15) nach Anspruch 10, bei dem die elektromagnetische Erfassungseinheit (13) mindestens einen CCD Sensor umfasst.
Vorrichtung (15) nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Durchlaufofen (1) in Förderrichtung (4) eine Länge aufweist und die elektromagnetische Erfassungseinheit (13) so ausgebildet ist, dass sie einen Messwert zumindest eines Teils der Oberfläche zumindest eines Teils der Rollen (2) in einem Bereich erfasst, der in Förderrichtung (4) ein erstes Drittel der Länge des Durchlaufofens (1) umfasst.