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Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage zur Herstellung von Formbauteilen mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität oder Festigkeit aus Halbzeugen aus härtbarem Stahl, mit einem Durchlaufofen, der in einem ersten Bereich eine Erwärmung der Halbzeuge auf eine erste Temperatur erlaubt und in einem zweiten Bereich eine Erwärmung der Halbzeuge auf eine zweite Temperatur erlaubt, die von der ersten Temperatur abweicht, und mit einer Warmform- und/oder Härtestation zum Warmformen und/oder Härten der Halbzeuge, wobei die beiden Bereiche durch in Transportrichtung verlaufende Trennwände voneinander getrennt sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität oder Festigkeit aus Halbzeugen aus härtbarem Stahl.
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Aus der
DE 102 56 621 B3 sind ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität und ein Durchlaufofen hierfür bekannt, wobei das zu erwärmende Halbzeug während des Transports durch einen Durchlaufofen gleichzeitig mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung angeordnete Zonen des Durchlaufofens mit unterschiedlichen Temperaturniveaus durchläuft und dabei unterschiedlich stark erwärmt wird, so dass sich bei einem anschließenden Härteprozess mindestens zwei Gefügebereiche mit unterschiedlicher Duktilität einstellen. Der hierzu verwendete Durchlaufofen, der als Rollenherdofen ausgebildet ist, weist mindestens zwei in Durchlaufrichtung nebeneinander liegende Zonen auf, die voneinander so durch eine Trennwand getrennt sind, dass ein den Ofen durchlaufendes Werkstück sich sowohl bereichsweise in der ersten Zone als auch bereichsweise in der zweiten Zone befindet und in beiden Zonen eine getrennte Temperaturregelung möglich ist.
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Verfahren ähnlicher Art, bei denen zwei Gefügestrukturen unterschiedlicher Duktilität bei einem Formbauteil hergestellt werden, indem das Bauteil lokal unterschiedlich stark erwärmt wird, so dass in einem ersten Bereich des Bauteils eine Austenitisierung erfolgt, aber in einem zweiten Bereich des Bauteils zumindest teilweise ein Glühgefüge entsteht, so dass sich bei einem späteren Warmumformen und/oder Härten unterschiedliche Gefügestrukturen ergeben, sind aus der
DE 10 2010 048 209 C5 , aus der
DE 10 2016 201 024 A1 , aus der
DE 10 2016 201 936 A1 , aus der
US 7 540 993 B2 und aus der
DE 10 2012 102 194 A1 bekannt.
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Gemäß der
US 7 540 993 B2 ist der hierzu verwendete Durchlaufofen als Rollenherdofen ausgebildet, der elektrisch oder mittels Brennern beheizt wird. Oder es wird ein Drehherdofen verwendet.
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Gemäß der
DE 10 2012 102 194 A1 wird das Bauteil auf einer Isolierschicht gelagert und auf der dem Bauteil gegenüberliegenden Seite sind Strahlungswärmequellen vorgesehen. Alternativ kann das Bauteil auch auf eine Rollenanordnung aufgelegt werden, der Strahlungswärmequellen zugeordnet sind.
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Gemäß der
DE 10 2016 201 936 A1 wird ein Durchlaufofen oder ein Kammerofen verwendet. Dabei erfolgt zunächst eine Austenitisierung des Bauteils, während nachfolgend bereichsweise eine Kühlung des Bauteils durch Anblasen etwa mittels eines gasförmigen Fluids erfolgt.
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Gemäß der
DE 10 2016 201 024 A1 wird das Bauteil zunächst in einem ersten Durchlaufofen austenitisiert. Dann werden die Bauteile in einen zweiten Ofen mit unterschiedlichen Bereichen überführt, in dem eine bereichsweise Kühlung der Bauteile erfolgt.
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Gemäß der
DE 10 2010 048 209 C5 wird zunächst in einem Ofen eine Austenitisierung des Bauteils durchgeführt. Anschließend wird das Bauteil aus dem Ofen entnommen und in einem Bereich durch freie Konvektion, Kühlwalzen oder einseitige Temperierplatten mit Isoliergegenlage gekühlt, während ein anderer Bereich des Bauteils aktiv durch externe Wärmequellen oder passiv durch eine entsprechende Isolierung mindestens auf Austenitisierungstemperatur gehalten wird.
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Auf diese Weise können Formbauteile hergestellt werden, die mindestens zwei Gefügebereiche unterschiedlicher Duktilität und Festigkeit aufweisen. So können Formbauteile hergestellt werden, die für Spezialanforderungen, wie sie beispielsweise im Automobilbau auftreten, bereichsweise unterschiedliche Duktilität und Festigkeit aufweisen. So kann beispielsweise eine B-Säule oder eine A-Säule in einem ersten Bereich hoch fest ausgebildet sein und in einem anderen Bereich duktiler und leichter verformbar ausgebildet sein.
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Gemäß der
DE 102 56 621 B3 sind die beiden Zonen oder Bereiche des Bauteils durch Trennwände voneinander getrennt, so dass das betreffende Halbzeug bereichsweise mit unterschiedlichen Temperaturen behandelt werden kann. Bevorzugt ist hierbei sowohl eine an der Ofendecke thermisch isolierende Trennwand vorgesehen als auch eine Trennwand unterhalb des Halbzeuges vorgesehen, welche in diesem Fall allerdings nur auf einem Warenträger vorgesehen sein kann, auf dem das Halbzeug gehalten ist und der gemeinsam mit dem Halbzeug den Ofen durchläuft.
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Eine derartige Anordnung ist kompliziert, kostenträchtig und fehleranfällig.
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Verwendet man dagegen eine untere Trennwand, die nicht auf einem Warenträger befestigt ist, so kann die untere Trennwand nur von unten her bis an die Rollenbahn heranreichen, so dass innerhalb der Rollenbahn ein größerer Freiraum verbleibt, der nicht thermisch isoliert werden kann. Dies kann sich entsprechend nachteilig auf die thermische Trennung der beiden Bereiche und damit auf die erzeugten Gefügestrukturen auswirken.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wärmebehandlungsanlage zur Herstellung von Formbauteilen mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität oder Festigkeit und ein hierzu geeignetes Verfahren bereitzustellen, womit eine einfache und kostengünstige Herstellung von Formbauteilen mit unterschiedlichen Gefügebereichen mit möglichst hoher Qualität ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Wärmebehandlung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Durchlaufofen als Transporteinrichtung einen Hubschritt-Kettenförderer aufweist.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe ferner durch ein Verfahren zur Herstellung von Formbauteilen mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität oder Festigkeit aus Halbzeugen aus härtbarem Stahl gelöst, mit den folgenden Schritten:
- - Auflegen der Halbzeuge auf einen Hubschritt-Kettenförderer derart, dass die Halbzeuge teilweise in einem ersten Bereich liegen und teilweise in einem zweiten Bereich liegen, wobei die beiden Bereiche durch in Transportrichtung verlaufende Trennwände voneinander getrennt sind;
- - Fördern der Halbzeuge durch die beiden Bereiche, wobei die Halbzeuge im ersten Bereich auf Austenitisierungstemperatur gehalten werden und im zweiten Bereich auf einer Temperatur zur Bainit-Bildung gehalten werden;
- - Warmformen und/oder Härten der Halbzeuge in einer nachfolgenden Warmform- und/oder Härtestation.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Die Verwendung eines Hubschritt-Kettenförderers ermöglicht es, die Trennwände zur Abtrennung zwischen den beiden Bereichen unterschiedlicher Temperatur besonders nah an die zu behandelnden Halbzeuge heranzuführen, so dass sich eine gute thermische Isolierung zwischen den beiden Bereichen ergibt und der Übergang zwischen den beiden Bereichen bei den jeweiligen Halbzeugen sehr scharf abgegrenzt ist. Auf diese Weise lassen sich besonders präzise Grenzen zwischen den Gefügebereichen mit unterschiedlichen Härte- bzw. Duktilitätseigenschaften erzeugen.
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Ein weiterer Vorteil des Hubschritt-Kettenförderers besteht darin, dass keinerlei Relativbewegungen zwischen den Halbzeugen und dem Förderer auftreten. Somit ist am Ende des Wärmebhandlungsvorgangs keine Zentrierung erforderlich, bevor eine Handlingeinrichtung, wie etwa eine Roboter, die Halbzeuge übernimmt und zur Warmform- bzw. Härtestation übergibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Durchlaufofen eine erste Zone zur Austenitisierung der Halbzeuge auf, in der keine Trennwände vorgesehen sind, sowie eine zweite Zone, in der die beiden Bereiche mit voneinander abweichenden Temperaturen durch die in Transportrichtung verlaufenden Trennwände voneinander getrennt sind.
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Auf diese Weise vereinfacht sich der Aufbau des Durchlaufofens, da in der ersten Zone eine durchgehende Beheizung des Ofens über die gesamte Breite erfolgen kann. Außerdem ist in der ersten Zone eine besonders gleichmäßige Beheizung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Bereich durch obere und untere in Transportrichtung verlaufende Trennwände voneinander getrennt, zwischen denen ein Spalt für den Durchtritt eines Halbzeugs verbleibt, das mittels des Hubschritt-Kettenförderers bewegbar ist.
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Hierbei ist es möglich, den Spalt möglichst eng anliegend für das jeweilige Halbzeug auszuführen, so dass sich ein scharf abgegrenzter Übergang zwischen den unterschiedlichen Gefügebereichen, die später erzeugt werden, ergibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die oberen Trennwände höhenmäßig verstellbar, vorzugsweise indem die oberen Trennwände an einer Ofendecke in Vertikalrichtung verstellbar aufgenommen sind.
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Auf diese Weise kann der Spalt zwischen der oberen Trennwand und dem jeweiligen Halbzeug möglichst gering gehalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enden die unteren Trennwände nach oben hin im Wesentlichen auf einem Niveau einer Auflagefläche des Hubschritt-Kettenförderers. Hierbei kann die Anordnung so getroffen sein, dass die unteren Trennwände etwa in einem Abstand von 20 mm, vorzugsweise von 10 mm, weiter bevorzugt von 5 mm, besonders bevorzugt von 0 mm vom Niveau der Auflagefläche des Hubschritt-Kettenförderers enden.
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Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den unteren Trennwänden und dem Halbzeug möglichst gering gehalten werden, was zu eng abgegrenzten Übergangsbereichen zwischen den verschiedenen Gefügebereichen am Halbzeug führt.
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Zusätzlich können die unteren Trennwände höhenmäßig verstellbar ausgeführt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zur Beheizung der ersten und zweiten Bereiche Mantelstrahlrohre vorgesehen, die beheizbar oder kühlbar sind.
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Während im Stand der Technik etwa gemäß der
DE 10 2010 048 209 C5 zur Kühlung Kühlwalzen, einseitige Temperierplatten oder andere Abkühlvorrichtungen verwendet werden, ermöglicht die Verwendung von Mantelstrahlrohren, die sowohl zur Beheizung als auch zur Kühlung benutzt werden können, eine einfache, kostengünstige und sehr wirksame Einstellung der gewünschten Temperatur. Insbesondere lässt sich auf diese Weise eine einfache Abkühlung von einer zuvor verwendeten höheren Austenitisierungstemperatur auf eine niedrigere Temperatur bewirken, die zur Bainit-Bildung verwendet wird und die etwa im Bereich von 450 °C bis 600 °C liegen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Hubschritt-Kettenförderer Transportketten auf, die auf Gleitschienen verfahrbar gelagert sind, wobei in Vertikalrichtung verfahrbare Stempel zum Halten der Halbzeuge während einer Rückführbewegung der Transportketten vorgesehen sind.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Halbzeuge bevorzugt zunächst in einer ersten Zone des Durchlaufofens gemeinsam auf Austenitisierungstemperatur aufgeheizt und in einer nachfolgenden zweiten Zone, in der die beiden Bereiche ausgebildet sind, auf voneinander abweichende Temperaturen gebracht.
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Hierbei werden die Halbzeuge bevorzugt im zweiten Bereich von einer Austenitisierungstemperatur auf eine Temperatur zur Bainit-Bildung gekühlt.
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Auf diese Weise ist eine besonders einfache und zuverlässige Verfahrensführung gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Halbzeuge beim Austenitisieren auf einer Temperatur von 800 °C bis 1000 °C, bevorzugt von 870 bis 950 °C gehalten.
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Ferner werden die Halbzeuge bevorzugt im zweiten Bereich auf einer Temperatur von 200 °C bis 600 °C, bevorzugt auf einer Temperatur von 450 °C bis 600 °C gehalten. Auf diese Weise lässt sich einerseits in einem Bereich der Halbzeuge ein hochfester Gefügebereich durch martensitische Härtung erzielen, während in dem anderen Bereich, der auf eine Temperatur zur Bainit-Bildung gekühlt wird, eine Bainitisierung durchgeführt wird, was zu einem duktileren Gefüge nach der anschließenden Warmumformung und/oder Härtung führt.
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Hierbei werden die Halbzeuge bevorzugt sowohl in der ersten Zone, die zur Austenitisierung verwendet wird, als auch im ersten Bereich der zweiten Zone auf Austenitisierungstemperatur bevorzugt im Bereich von 870 °C bis 950 °C gehalten.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine Gesamtübersicht einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanlage;:
- 2 einen Schnitt durch den Durchlaufofen gemäß 1 längs der Linie II-II;
- 3 einen Schnitt durch den Durchlaufofen gemäß 1 längs der Linie III-III und
- 4 eine Detaildarstellung aus 3, aus der die höhenmäßig verstellbare Aufnahme der oberen Trennwand in der Decke des Ofens erkennbar ist.
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Eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage ist in 1 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Wärmebehandlungsanlage 10 besteht aus einem Durchlaufofen 12, sowie aus einer zugeordneten Härtestation 18, die als Presshärtestation ausgebildet ist.
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Der Durchlaufofen 12 weist einen Hubschritt-Kettenförderer auf, dessen Aufbau nachfolgend anhand von 3 näher erläutert wird.
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Der Durchlaufofen 12 weist ferner eine erste Zone 14 auf, die zur Austenitisierung vorgesehen ist und die von einer zweiten Zone 16 gefolgt ist, in der durch in Transportrichtung verlaufende thermisch isolierende Trennwände zwei unterschiedliche Bereiche erzeugt sind, so dass in diesen Bereichen unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden können.
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2 zeigt einen Schnitt durch den Durchlaufofen 12 im Bereich der ersten Zone 14 längs der Linie II-II. In diesem Bereich ist der Durchlaufofen in Transportrichtung oder Längsrichtung nicht durch thermisch isolierende Trennwände unterteilt. Somit kann der Ofeninnenraum in diesem Bereich mittels geeigneter Heizeinrichtungen 26, beispielsweise Gas- oder Ölbrennern durchgehend auf eine möglichst einheitliche Temperatur geheizt werden, die zur Austenitisierung verwendet wird. In 2 sind Rohrheizelemente 26 gestrichelt angedeutet. Die betreffende Temperatur für die Austenitisierung hängt natürlich vom jeweils verwendeten Material, von der Durchlaufzeit und auch von der gewünschten Gefügebeschaffenheit ab.
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In der Regel wird für die Austenitisierungstemperatur ein Bereich zwischen 900 °C und 930 °C bevorzugt.
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Die Ofenkammer
13 ist am unteren Ende durch einen Ofenboden
36, am oberen Ende durch eine Ofendecke
34 und an den Seiten durch entsprechende Seitenwände
35 und
37 begrenzt. Der Förderer
20 ist als Hubschritt-Kettenförderer von grundsätzlich bekannter Bauart ausgebildet, ähnlich wie etwa aus der
DE 10 2010 019 215 A1 oder der
WO 2018/019920 A1 bekannt.
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Der Hubschritt-Kettenförderer 20 weist Transportketten 56 auf, die auf zugeordneten Gleitschienen 54 verfahrbar gelagert sind, wobei in Vertikalrichtung verfahrbare Stempel 58 zum Halten der Halbzeuge während einer Rückführbewegung der Transportketten 56 vorgesehen sind. Die Halbzeuge werden durch lineare Verschiebung über jeweils eine Schrittlänge in Transportrichtung mittels der Transportketten 58 bewegt. Danach werden die Halbzeuge mittels der in Vertikalrichtung verfahrbaren Stempel 58 angehoben und die Transportketten 58 in ihre Ausgangsposition zurückgezogen. Dann werden die Halbzeuge auf die Transportketten 56 abgesenkt und in einem weiteren Transportschritt weitertransportiert.
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3 zeigt einen Querschnitt durch den Durchlaufofen 12 im Bereich III-III gemäß 1. Es handelt sich hierbei um die zweite Zone 16 des Durchlaufofens, in der eine Trennung in Transportrichtung durch thermisch isolierende Trennwände zur Aufteilung in zwei unterschiedliche Bereiche vorgesehen ist.
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In 3 sind hierbei obere Trennwände 30 sowie untere Trennwände 32 erkennbar. Beispielhaft ist ein Halbzeug 28 in Form einer Stahlplatine dargestellt, das auf dem Hubschritt-Kettenförderer 20 aufliegt und sich durch einen zwischen den oberen Trennwänden 30 und den unteren Trennwänden 32 gebildeten Spalt in die beiden Bereiche 48 auf der einen Seite 48 und 50 auf der anderen Seite erstreckt.
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Hierbei reicht die untere Trennwand 32 bevorzugt bis auf das Niveau der Transportketten 58, so dass die thermische Trennung zwischen den beiden Bereichen 48 und 50 von unten unmittelbar bis an ein aufliegendes Halbzeug 28 heranreicht. Die oberen Trennwände 30 sind innerhalb der Ofendecke 34 höhenverstellbar aufgenommen, wie nachfolgend noch näher anhand von 4 erläutert wird.
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Zur Beheizung dienen Mantelstrahlrohre 38, 40, die in den Bereich 50 von der einen Seite hereinragen, sowie 42, 44, die in den Bereich 48 von der anderen Seite hereinragen.
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Diese Mantelstrahlrohre 38, 40 bzw. 42, 44 können sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen benutzt werden. Zur Kühlung wird ein geeignetes Kühlmedium, z.B. Kühlluft, hindurchgeleitet.
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Durch eine kombinierte Heiz- bzw. Kühlmöglichkeit lässt sich mittels der Mantelstrahlrohre 38, 40, 42, 44 eine besonders genaue Temperaturführung gewährleisten.
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Dabei wird bevorzugt einer der beiden Bereiche, etwa der Bereich 48, weiterhin auf Austenitisierungstemperatur gehalten, welche etwa im Bereich von 870 °C bis 950 °C liegen kann. Der andere Bereich 50 dient zur Abkühlung der Halbzeuge 28 auf eine Temperatur zur Bainit-Bildung. Die bevorzugte Temperatur liegt hierbei zwischen 200 °C und 600 °C, bevorzugt im Bereich 450 °C bis 600 °C. Die betreffenden Rohrelemente 38, 40 werden in diesem Bereich 50 also im Kühlbetrieb verwendet.
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Die oberen Trennwände 30 sind innerhalb der Ofendecke 34 in Vertikalrichtung verstellbar aufgenommen, wie anhand von 4 kurz näher erläutert wird. Da die Ofendecke 34 wegen der thermischen Isolierung eine Stärke in der Größenordnung von etwa 40 cm aufweist, kann hier das obere Ende der oberen Trennwände 30 in geeigneter Weise geführt sein, etwa zwischen einer Rollenführung 60. Auf diese Weise wird eine Verstellbarkeit der oberen Trennwände 30 von etwa knapp 30 cm ermöglicht. Ferner sind geeignete Fixierungsmöglichkeiten vorgesehen, um die oberen Trennwände 30 in einer gewünschten Höhe zu fixieren (nicht dargestellt).
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In 4 ist die obere Trennwand 30 in ihrer oberen Endstellung dargestellt. Von hier aus ist eine Verschiebung der oberen Trennwand 30 nach unten in Richtung des Pfeiles 62 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10256621 B3 [0003, 0011]
- DE 102010048209 C5 [0004, 0009, 0030]
- DE 102016201024 A1 [0004, 0008]
- DE 102016201936 A1 [0004, 0007]
- US 7540993 B2 [0004, 0005]
- DE 102012102194 A1 [0004, 0006]
- DE 102010019215 A1 [0045]
- WO 2018/019920 A1 [0045]
