DE102018220304B3

DE102018220304B3 - Abschreckvorrichtung mit Chargiergestell und Chargiergestell

Info

Publication number: DE102018220304B3
Application number: DE102018220304.0A
Authority: DE
Inventors: Marc Hummel; Steffen Otterbach; Jan Gaugler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschreckvorrichtung (100) zur chargenweisen Abschreckkühlung von Metallbauteilen (200), mit:
- einer Abschreckkammer (110);
- mehreren in der Abschreckkammer (110) angeordneten Luftdüsen (125), mit denen im Inneren der Abschreckkammer (110) eine Kühlluftströmung (S) erzeugbar ist; und
- einem in der Abschreckkammer (110) aufnehmbaren Chargiergestell (130) zur Aufnahme mehrerer abzuschreckender Metallbauteile (200), wobei dieses Chargiergestell (130) Luftleitelemente (140) aufweist, welche dafür vorgesehen sind, die Kühlluftströmung (S, S') im Inneren der Abschreckkammer (110) gezielt in Windschattenbereiche umzulenken, sodass eine gleichmäßigere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell (130) aufgenommener Metallbauteile (200) ermöglicht wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Chargiergestell (130) mit Luftleitelementen (140).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschreckvorrichtung zur Abschreckkühlung von Metallbauteilen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Chargiergestell, das mehrere abzuschreckende Metallbauteile aufnehmen kann.
Das Wärmebehandeln von Metallbauteilen, wie bspw. das Lösungsglühen von Aluminiumgussbauteilen, erfordert mitunter ein zügiges Abkühlen der Metallbauteile, was auch als Abschrecken bzw. Abschreckkühlung bezeichnet wird.
Die DE 102 10 952 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Behandlung von metallischen Werkstücken mit Kühlgas. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Ein- und Ausbringen der Werkstücke sowie beidseits des Gehäuses angeordnete Gebläsemotoren auf. Zur Gasführung sind innerhalb des Gehäuses Luftleitbleche, Schächte und Reversierklappen angeordnet. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der DE 10 2015 011 504 A1 beschrieben.
Für eine wirtschaftliche Wärmebehandlung können mehrere Metallbauteile (die eine Charge bilden) auf einem sogenannten Chargiergestell angeordnet und zusammen mit dem Gestell in einen Ofen bzw. in eine Aufheizkammer sowie anschließend in eine Abschreckkammer gebracht werden. In der DE 101 17 987 A1 ist ein solches Chargiergestell beschrieben.
Zum Stand der Technik wird ferner noch auf die DE 10 2009 000 201 B4 hingewiesen, die ein Chargiergestell sowie eine Abschreckvorrichtung mit Chargiergestell zum Abschrecken von metallischen Werkstücken beschreibt.
Werden mehrere Metallbauteile in einem Chargiergestell angeordnet und gemeinsam in eine Abschreckkammer gebracht, besteht die Gefahr der gegenseitigen Abschattung. D. h., einzelne Metallbauteile oder Bereiche davon befinden sich im Strömungs- bzw. Windschatten anderer Metallbauteile. Eine gleichmäßige bzw. homogene Abschreckung der Metallbauteile ist dann nicht gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschreckvorrichtung zur gleichzeitigen bzw. chargenweisen Abschreckkühlung mehrerer Metallbauteile anzugeben, die den Nachteil einer gegenseitigen Abschattung nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Chargiergestell. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung sowie auch aus der Zeichnung.
Zu einer erfindungsgemäßen Abschreckvorrichtung für die chargenweise Abschreckkühlung von Metallbauteilen bzw. metallischen Werkstücken gehören:

- eine Abschreckkammer, in der die Metallbauteile zum Abschrecken aufgenommen bzw. angeordnet werden;
- mehrere in der Abschreckkammer angeordnete Luft- bzw. Gasdüsen, mit denen im Inneren bzw. im Innenraum der Abschreckkammer eine Kühlluft- bzw. Kühlgasströmung erzeugbar ist; und
- (mindestens) ein in der Abschreckkammer aufnehmbares (bzw. darin anordenbares oder darin anzuordnendes) Chargiergestell (Chargengestell) zur Aufnahme mehrerer, insbesondere identischer, abzuschreckender Metallbauteile bzw. zur Aufnahme einer Charge. Während der Abschreckkühlung befindet sich das Chargiergestell mit den abzuschreckenden Metallbauteilen in der Abschreckkammer. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Chargiergestell Luftleitelemente aufweist. Diese Luftleitelemente sind dafür vorgesehen, (während der Abschreckkühlung) die Kühlluftströmung (im Inneren der Abschreckkammer) gezielt in abgeschattete Bereiche bzw. Windschattenbereiche umzulenken, sodass eine gleichmäßigere bzw. homogenere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell aufgenommener Metallbauteile möglich ist bzw. ermöglicht wird.

Die im Inneren der Abschreckkammer zwecks Abschreckkühlung der (zuvor erwärmten) Metallbauteile mithilfe der Luftdüsen erzeugte Kühlluftströmung weist eine Vielzahl von Teilströmungen bzw. Luftstrahlen auf. Unter einem Luftleitelement wird insbesondere ein flächiges Bauelement verstanden, über das eine Teilströmung bzw. ein Luftstrahl hinwegströmt und dabei gezielt in eine andere Strömungsrichtung umgeleitet bzw. umgelenkt wird. Das Chargiergestell weist wenigstens ein Luftleitelement, insbesondere jedoch eine Vielzahl von Luftleitelementen auf, die identisch oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Ein Luftleitelement kann relativ einfach mit ebenen Flächen oder auch strömungstechnisch optimiert mit räumlich komplex geformten Flächen gestaltet sein. Ein Luftleitelement kann aus Blech, insbesondere Stahlblech, gefertigt sein und insofern auch als Luftleitblech bezeichnet werden. Ein Luftleitelement kann aber auch aus anderen temperaturbeständigen Materialien, wie z. B. Keramik, gefertigt sein. Bevorzugt sind die Luftleitelemente aus dem selben Material bzw. Werkstoff wie das Chargiergestell gefertigt.
Mit den am Chargiergestell angeordneten Luftleitelementen gelingt innerhalb des Chargiergestells eine gezielte Luft- bzw. Strömungslenkung in abgeschattete Bereiche bzw. Zonen, die sich im Strömungs- bzw. Windschatten anderer Metallbauteile oder gegebenenfalls auch im Strömungs- bzw. Windschatten des Chargiergestells befinden. Solche am Chargiergestell angeordneten Luftleitelemente können ferner auch dazu genutzt werden, die Kühlluft gezielt auf bestimmte abkühlkritische Bauteilbereiche (bspw. Hinterschnitte, Bohrungen, Rippen und dergleichen) zu lenken. Dies ist mit bisherigen Maßnahmen, bspw. mit im Inneren der Abschreckkammer starr befestigten Luftleitblechen, nicht möglich. Die Erfindung ist insbesondere für die Serien- und Großserienfertigung geeignet, bspw. bei der Herstellung von Aluminiumdruckgussbauteilen mit einer anschließenden T6- oder T7-Wärmebehandlung. Bei den abzuschreckenden Metallbauteilen handelt es sich insbesondere um Aluminiumdruckgussbauteile.
Bevorzugt sind einige Luftdüsen auf Luftleitelemente ausgerichtet. D. h., zumindest einige der Luftleitelemente werden gezielt durch Luftdüsen angeströmt, die auf diese Luftleitelemente ausgerichtet sind.
Bevorzugt weist das Chargiergestell mehrere Etagen auf, wobei jede Etage zur Aufnahme mehrerer Metallbauteile vorgesehen ist. D. h., die abzuschreckenden Metallbaueile werden bzw. sind etagenweise im Chargiergestell nebeneinander und übereinander angeordnet (wie - z. B. in der DE 101 17 987 A1 gezeigt), sodass es zu einer gegenseitigen Abschattung kommt. Das Chargiergestell kann aber auch nur eine einzelne Etage bzw. Ebene aufweisen, in der die abzuschreckenden Metallbaueile nebeneinander angeordnet werden bzw. sind (wie z. B. in der DE 10 2009 000 201 B4 gezeigt), wobei es auch hier, insbesondere bei seitlicher Anströmung, zu einer gegenseitigen Abschattung kommt. In jedem Fall gelingt mit den am Chargiergestell angeordneten Luftleitelementen zwischen den abzuschreckenden Metallbauteilen hindurch, dabei insbesondere auch zwischen den Etagen hindurch, eine gezielte Luft- bzw. Strömungslenkung in abgeschattete Bereiche und/oder auf Windschattenseiten (wie nachfolgend erläutert).
Bevorzugt ist jedem (im Chargiergestell aufgenommenen) Metallbauteil wenigstens ein Luftleitblech zugeordnet, welches dafür vorgesehen ist, die Kühlluftströmung gezielt auf eine Windschattenseite (Lee-Seite) oder auf einen bestimmten abkühlkritischen Bauteilbereich (s. o.) des jeweiligen Metallbauteils umzulenken.
Die erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung weist eine Mehrzahl von Luftdüsen auf, die in der Abschreckkammer, gegebenenfalls auch in der Kammer- bzw. Gehäusewand, angeordnet und insbesondere in den Innenraum der Abschreckkammer gerichtet sind. Jede Luftdüse erzeugt einen Kühlluftstrahl. Bevorzugt sind die Luftdüsen in zwei sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden und sich gegenüberliegenden Düsenfeldern angeordnet, insbesondere derart, dass im Wesentlichen horizontale Kühlluftstrahlen erzeugt werden. Während der Abschreckkühlung befindet sich das Chargiergestell zusammen mit den abzuschreckenden Metallbauteilen dann zwischen diesen vertikalen Düsenfeldern oder wird zwischen diesen Düsenfeldern hindurchbewegt, wobei die Kühlluftstrahlen seitlich auf die Metallbauteile und Luftleitelemente auftreffen. Die Luftdüsen bzw. die damit erzeugten Kühlluftstrahlen können auf die Metallbauteile und auf die Luftleitelemente ausgerichtet sein.
Das erfindungsgemäße Chargiergestell weist Luftleitelemente auf, welche dafür vorgesehen sind, beim Abschreckkühlen eine Kühlluftströmung im Inneren einer Abschreckkammer gezielt in Windschattenbereiche umzulenken, sodass eine gleichmäßigere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell aufgenommenen Metallbauteile ermöglicht wird, wie bereits erläutert. Aufgrund der Luftleitelemente kann die Bestückungsdichte bzw. die Anzahl der in einem Chargiergestell aufnehmbaren Metallbauteile erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit verbessert wird.
Das Chargiergestell weist einen Rahmen bzw. eine Rahmenstruktur auf. Der Rahmen kann aus Stahlhalbzeugen (z. B. Stahlprofilen, Stahlplatten, Stahlgittern und dergleichen), die insbesondere miteinander verschweißt sind, aufgebaut sein, wofür bevorzugt Luftleitbleche aus Stahlblech verwendet werden. Die Luftleitelemente können zugleich auch Versteifungselemente sein und der (mechanischen) Versteifung des thermisch beanspruchten Rahmens dienen. Die Luftleitelemente sind auswechselbar bzw. demontierbar am Rahmen befestigt, sodass anlagenunabhängig das Chargiergestell modifiziert und bspw. durch Auswechseln der Luftleitelemente umgebaut und somit für unterschiedliche Metallbauteile verwendet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung und veranschaulicht deren Funktionsweise.

Die Abschreckvorrichtung 100 weist eine nicht näher dargestellte Abschreckkammer 110 auf. In der Abschreckkammer 110 sind zwei Düsenkästen 120 angeordnet, wobei jeder Düsenkasten 120 eine Mehrzahl von Luftdüsen 125 aufweist, die jeweils ein vertikales Düsenfeld bilden. Mit den Luftdüsen 125 wird im Inneren der Abschreckkammer 110 eine Kühlluftströmung erzeugt, wie durch die Strömungspfeile S veranschaulicht. Zwischen den beiden Düsenkästen 120 bzw. Düsenfeldern befindet sich ein Chargiergestell 130, auf dem mehrere abzuschreckende Metallbauteile 200 angeordnet sind.
Die Abschreckvorrichtung 100 ist bevorzugt mit einer Durchlaufkammer ausgebildet. D. h., das mit den abzuschreckenden Metallbauteilen 200 bestückte Chargiergestell 130 wird, insbesondere direkt aus einem Ofen (z. B. einem Lösungsglühofen) kommend, durch die Abschreckkammer 110 gefahren (senkrecht zur Blattebene). Dabei werden die Metallbauteile 200 seitlich mit Kühlluft beaufschlagt bzw. angeströmt (Luftabschreckung). Hierbei kommt es zu einer gegenseitigen Abschattung, d. h. einzelne Metallbauteile 200 oder Bereiche davon befinden sich im Strömungs- bzw. Windschatten anderer Metallbauteile 200.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass das Chargiergestell 130 Luftleitelemente 140 aufweist. Diese Luftleitelemente 140, wobei es sich insbesondere um Luftleitbleche handelt, sind dafür vorgesehen, die Kühlluftströmung S optimal in Windschattenbereiche bzw. -zonen und/oder auf die Windschattenseiten (Lee-Seiten) der Metallbauteile 200 umzulenken, wie durch die Strömungspfeile S' veranschaulicht. Die Luftleitelemente 140 sind mit Bezug auf die abzuschreckenden Metallbauteile 200 sowie auch mit Bezug auf die Luftdüsen 125 gestaltet und entsprechend am Chargiergestell 130 befestigt und ausgerichtet. Zumindest einige der Luftleitelemente 140 können auch so gestaltet sein, dass die abzuschreckenden Metallbauteile 200 von oben und/oder von unten angeströmt werden, d. h., die horizontalen Luftstrahlen der Luftdüsen 125 werden vertikal umgelenkt. Einige der Luftdüsen 125 sind auch gezielt auf bestimmte Luftleitelemente 140 ausgerichtet.
Mit der Erfindung wird eine gleichmäßigere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell 130 aufgenommenen Metallbauteile 200 ermöglicht, wobei die Metallbauteile 200 mit gleicher Abschreckrate beaufschlagbar sind.

Claims

Abschreckvorrichtung (100) zur chargenweisen Abschreckkühlung von Metallbauteilen (200), umfassend: - eine Abschreckkammer (110); - mehrere in der Abschreckkammer (110) angeordnete Luftdüsen (125), mit denen im Inneren der Abschreckkammer (110) eine Kühlluftströmung (S) erzeugbar ist; - ein in der Abschreckkammer (110) aufnehmbares Chargiergestell (130) zur Aufnahme mehrerer abzuschreckender Metallbauteile (200); dadurch gekennzeichnet, dass das Chargiergestell (130) Luftleitelemente (140) aufweist, welche dafür vorgesehen sind, die Kühlluftströmung (S, S') gezielt in Windschattenbereiche umzulenken, sodass eine gleichmäßigere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell (130) aufgenommener Metallbauteile (200) ermöglicht wird.
Abschreckvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Luftdüsen (125) auf bestimmte Luftleitelemente (140) ausgerichtet sind.
Abschreckvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Chargiergestell (130) mehrere Etagen aufweist und jede Etage zur Aufnahme mehrerer Metallbauteile (200) vorgesehen ist.
Abschreckvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Metallbauteil (200) wenigstens ein Luftleitelement (140) zugeordnet ist, welches die Kühlluftströmung (S, S') auf eine Windschattenseite des jeweiligen Metallbauteils (200) umlenkt.
Abschreckvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen (125) in zwei sich vertikal erstreckenden und sich gegenüberliegenden Düsenfeldern (120) angeordnet sind.
Abschreckvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (140) aus Stahlblech oder aus Keramik gefertigt sind.
Chargiergestell (130) zur Aufnahme mehrerer abzuschreckender Metallbauteile (200), welches dafür vorgesehen ist, zusammen mit den aufgenommenen Metallbauteilen (200) in einer Abschreckkammer, insbesondere in der Abschreckkammer (110) einer Abschreckvorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, angeordnet zu werden, wobei dieses Chargiergestell (130) Luftleitelemente (140) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (140) dafür vorgesehen sind, beim Abschreckkühlen eine Kühlluftströmung (S) in der Abschreckkammer (110) gezielt in Windschattenbereiche umzulenken, sodass eine gleichmäßigere Abschreckkühlung aller im Chargiergestell (130) aufgenommener Metallbauteile (200) ermöglicht wird, wobei das Chargiergestell (130) einen Rahmen aufweist und die Luftleitelemente (140) auswechselbar an diesem Rahmen befestigt sind.
Chargiergestell (130) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus Stahlhalbzeugen aufgebaut ist.
Chargiergestell (130) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (140) zugleich Versteifungselemente für den Rahmen sind.