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Die Erfindung betrifft ein Wärmebehandlungsgestell, welches wenigstens ein Metallbauteil während einer Wärmebehandlung aufnehmen kann. Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruchs auch eine Abschreckvorrichtung zur Abschreckkühlung von Metallbauteilen.
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Zur Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen (nachfolgend als Metallbauteile bezeichnet) können die betreffenden Metallbauteile auf einem Wärmebehandlungsgestell angeordnet und zusammen mit dem Wärmebehandlungsgestell der vorgesehenen Wärmebehandlung, insbesondere einem Erwärmen und/oder Abkühlen, zugeführt werden. Ein für mehrere Metallbauteile (die eine Charge bilden) vorgesehenes Wärmebehandlungsgestell wird auch als Chargiergestell bezeichnet. Wärmebehandlungs- bzw. Chargiergestelle betreffender Art werden beispielsweise für eine T6- oder T7-Wärmebehandlung von Aluminium-Druckgussbauteilen, insbesondere dünnwandigen Aluminium-Druckgussbauteilen, verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmebehandlungsgestell bereitzustellen, welches insbesondere für die Wärmebehandlung dünnwandiger Druckgussbauteile vorteilhaft ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsgestell des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Abschreckvorrichtung. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (dies schließt ausdrücklich auch Merkmale ein, die als Beispiele beschrieben sind) und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsgestell umfasst:
- - eine Träger- bzw. Grundplatte, die insbesondere als Stahlplatte ausgebildet ist, wobei gleichwirkend auch ein aus Profilhalbzeugen, insbesondere Stahlprofilen, aufgebauter Träger- bzw. Grundrahmen vorgesehen sein kann; und
- - mehrere mit der Grundplatte verbundene bzw. an der Grundplatte befestigte Stützplatten, die das Metallbauteil von der Grundplatte beabstanden, wobei die Stützplatten aus Blechzuschnitten gebildet und kammartig bzw. lamellenartig angeordnet sind.
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In nicht einschränkender Weise wird für die nachfolgenden Betrachtungen von einem aufzunehmenden Metallbauteil ausgegangen, wobei das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsgestell auch als Chargiergestell zur Aufnahme mehrerer Metallbauteile ausgebildet sein kann.
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Die aus Blechzuschnitten gebildeten Stützplatten sind mit kammartiger Anordnung in geeigneter Weise an der Grundplatte befestigt und ragen, insbesondere senkrecht, von der Grundplatte ab. Bevorzugt sind wenigstens fünf Stützplatten, insbesondere wenigstens zehn Stützplatten vorgesehen. Bevorzugt sind die Stützplatten ebenflächig, d. h. als ebene Platten, ausgebildet, wobei auch eine Formgebung (bspw. eine Wölbung, Kröpfung, Abkantung etc.) vorgesehen sein kann. Mit kammartiger Anordnung ist insbesondere gemeint, dass die Stützplatten zueinander beabstandet sind, insbesondere äquidistant, d. h. mit gleichen Abständen, und vorzugweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Zwischen den Stützplatten befinden sich somit Frei- bzw. Leerräume. Die Stützplatten bilden quasi eine rippenartige Stützstruktur zur Abstützung des Metallbauteils. Das Metallbauteil wird auf die Stützplatten aufgelegt (oder gegebenenfalls bei anderer Ausrichtung an die Stützplatten angelegt), wobei es zwischen dem Metallbauteil und den einzelnen Stützplatten, also an den Stützstellen, zu Punkt- und/oder Linienberührungen kommt, durch die das Metallbauteil bei der Wärmebehandlung abgestützt wird.
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Die Stützplatten ermöglichen durch viele Stützstellen auch bei hohen Temperaturen eine sichere Abstützung bzw. Lagerung des Metallbauteils, insbesondere auch eines dünnwandigen und vorzugsweise großflächigen Druckgussbauteils, ohne dass es durch die Stützplatten zu starken Abschattungseffekten kommt. Die Leerräume zwischen den Stützplatten ermöglichen außerdem eine homogene Erwärmung und/oder eine gleichmäßige und rasche Abkühlung des Metallbauteils, insbesondere durch Konvektion, da das verwendete Fluid bzw. Medium (insbesondere Luft, Gas und/oder Flüssigkeit sowie gegebenenfalls Feststoffpartikel) weitgehend ungehindert durch die Leerräume strömen kann.
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Die Stützplatten sind aus Blechzuschnitten gebildet, d. h., die Stützplatten werden durch einen Schneidvorgang, insbesondere durch Laserstrahlschneiden, aus Blechhalbzeugen, insbesondere Blechtafeln, angefertigt. Bevorzugt sind die Stützplatten aus Stahlblech, insbesondere Edelstahlblech, gebildet, d. h., bei den Stützplatten handelt es sich um Blechzuschnitte eines Stahlblechs bzw. Edelstahlblechs. Die Stützplatten, insbesondere aus Stahlblech bzw. Edelstahlblech, weisen bevorzugt eine Blechdicke von 2 mm bis 5 mm auf, sodass diese auch im erwärmten Zustand über eine ausreichende Stabilität verfügen. Bevorzugt sind alle Stützplatten mit gleicher Blechdicke ausgebildet.
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Bevorzugt sind die Stützplatten, insbesondere alle Stützplatten, jeweils mit einer an das aufzunehmende Metallbauteil angepassten Kontur bzw. Aufnahmekontur ausgebildet. Damit ist gemeint, dass an den Stützstellen (s. o.) die bauteilzugewandte Umrisskante der jeweiligen Stützplatte an die lokale Bauteilkontur angepasst ist, um insbesondere durch Linienberührung eine Konturabstützung (des Metallbauteils) zu erreichen. Die Anpassung kann an die Ist-Geometrie des Metallbauteils, insbesondere an die Ist-Geometrie des warmen Metallbauteils, erfolgen, wodurch Bauteilverzüge während der Wärmebehandlung vermieden werden können. Die Anpassung kann auch hinsichtlich einer Soll-Geometrie erfolgen, sodass sich das Metallbauteil, insbesondere bei hohen Wärmebehandlungstemperaturen und -zeiten, durch Kriecheffekte an die Aufnahmekonturen der Stützplatten anlegt und dabei seine vorgesehene Sollform annimmt. Auf diese Weise können vorhandene Bauteilverzüge, bspw. aus einem vorausgehenden Gieß- bzw. Druckgießprozess, ausgeglichen werden.
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Zumindest eine der Stützplatten kann wenigstens ein eingeformtes Strömungsleitelement aufweisen, das insbesondere dazu vorgesehen ist, ein für die Wärmebehandlung verwendetes Fluid bzw. Medium (s. o.) auf einen bestimmten Bauteilbereich, bspw. einen hinterschnittigen Bauteilbereich, des Metallbauteils zu lenken und/oder absichtlich Verwirbelungen herbeizuführen. Ein solches Strömungsleitelement ist insbesondere eine durch Ein- bzw. Freischneiden und Aufstellen erzeugte Flügelfläche. Das Strömungsleitelement kann auch als separates Teil ausgebildet und an der betreffenden Stützplatte befestigt sein.
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Zumindest einige der Stützplatten, insbesondere alle Stützplatten, können durchlocht sein. Damit ist gemeint, dass die Stützplatten identisch oder unterschiedlich ausgebildete sowie unregelmäßig oder regelmäßig angeordnete Löcher oder dergleichen, insbesondere auch großflächige Ausnehmungen bzw. Durchbrüche, aufweisen können, die insbesondere dazu vorgesehen sind, die thermische Masse zu verringern. Ferner können durch solche Löcher bzw. Ausnehmungen Strömungsverbindungen zwischen den Leerräumen geschaffen werden, durch die bspw. absichtlich Verwirbelungen in dem für die Wärmebehandlung verwendeten Fluid bzw. Medium herbeigeführt werden können. Im Übrigen kann auch die Grundplatte mit Löchern oder dergleichen, insbesondere auch großflächigen Ausnehmungen bzw. Durchbrüchen, ausgebildet sein, um insbesondere deren thermische Masse zu verringern.
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Zur Fixierung eines auf dem Wärmebehandlungsgestell aufgenommenen Metallbauteils kann ein weiteres bzw. zweites erfindungsgemäß ausgebildetes Wärmebehandlungsgestell verwendet werden, dessen Stützplatten das Metallbauteil gegen die Stützplatten des ersten Wärmebehandlungsgestells drücken, sodass das Metallbauteil quasi zwischen den Stützplatten der beiden Wärmebehandlungsgestelle eingeklemmt ist, insbesondere derart, dass eine Wärmeausdehnung und/oder Wärmeschrumpfung bzw. Schwindung ermöglicht wird. Die Erfindung umfasst somit auch eine Gestellanordnung mit wenigstens einem ersten erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsgestell und wenigstens einem zweiten erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsgestell, die derart ausgebildet und relativ zueinander anordenbar sind, dass wenigstens ein Metallbauteil zwecks Wärmebehandlung bzw. während einer Wärmebehandlung zwischen den Stützplatten der beiden Wärmebehandlungsgestelle fixierbar bzw. einklemmbar ist. Eine solche Fixierung des Metallbauteils zwischen einem ersten Wärmebehandlungsgestell und einem zweiten Wärmebehandlungsgestell bietet bspw. Vorteile beim Abkühlen in einem Flüssigkeits- oder Wirbelschichtbecken (Wirbelbett), da ein Aufschwimmen und/oder ein Verziehen des Metallbauteils (aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlung beim Eintauchen) verhindert werden kann.
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Bevorzugt sind die Stützplatten des ersten Wärmebehandlungsgestells und des zweiten Wärmebehandlungsgestells bei einer vorzugsweise parallelen Ausrichtung versetzt angeordnet, d. h., die Stützplatten des ersten Wärmebehandlungsgestells befinden sich gegenüber den Leerräumen des zweiten Wärmebehandlungsgestells und umgekehrt. Bevorzugt sind die beiden Wärmebehandlungsgestelle als Unter- und Obergestell ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung zur Abschreckkühlung von Metallbauteilen umfasst:
- - eine Abschreckkammer;
- - mehrere in der Abschreckkammer angeordnete Luftdüsen, mit denen im Inneren der Abschreckkammer eine Kühlluft- bzw. Kühlgasströmung erzeugbar ist;
- - ein in der Abschreckkammer anordenbares Wärmebehandlungsgestell, welches wenigstens ein abzuschreckendes Metallbauteil aufnehmen kann. Das Wärmebehandlungsgestell ist erfindungsgemäß ausgebildet und derart in der Abschreckkammer anordenbar, dass die von den Luftdüsen erzeugte Kühlluftströmung im Wesentlichen oder zumindest überwiegend parallel zu den Stützplatten verläuft bzw. strömt.
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Die Erfindung eignet sich hervorragend für eine T6- oder T7-Wärmebehandlung von Aluminiumbauteilen, insbesondere Aluminium-Druckgussbauteilen. Bevorzugt handelt es sich dabei um dünnwandige und vorzugsweise großflächige Aluminium-Druckgussbauteile, insbesondere um Karosseriebauteile, wie bspw. eine Federbeinaufnahme. Mit dünnwandig ist bevorzugt eine Bauteildicke bzw. -stärke von 1,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 2 mm bis 4 mm, gemeint.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung vorteilhaft weiterbilden.
- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wärmebehandlungsgestell.
- 2 zeigt das Wärmebehandlungsgestell der 1 mit einem darauf aufgenommenen Metallbauteil.
- 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abschreckvorrichtung mit einem darin angeordneten Wärmebehandlungsgestell gemäß 1.
- 4 zeigt eine Stützplatte des Wärmebehandlungsgestells der 1 mit einem Strömungsleitelement.
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Das in 1 gezeigte Wärmebehandlungsgestell 200 weist eine Grundplatte 210 und mehrere an der Grundplatte 210 befestigte Stützplatten 220 auf. Die Stützplatten 220 sind aus Blechzuschnitten gebildet. Die Grundplatte 210 und/oder die Stützplatten 220 können mit schematisch angedeuteten Löchern 212, 222 bzw. Ausnehmungen ausgebildet sein. Die Stützplatten 220 sind bspw. an die Grundplatte 210 angeschweißt. Die Grundplatte 210 kann auch mit Nuten ausgebildet sein, in die die Stützplatten 220 lösbar eingesteckt sind. Die Stützplatten 220 sind kammartig angeordnet, womit insbesondere gemeint ist, dass diese gleichsam wie Kammzinken von der quasi als Kammrücken fungierenden Grundplatte 210 abragen. Zwischen den Stützplatten 220 befinden sich durchströmbar Frei- bzw. Leerräume (siehe 3).
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ebenflächigen bzw. scheibenartigen Stützplatten 220 äquidistant angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Die Abstände zwischen den Stützplatten 220 können auch unterschiedlich sein, insbesondere unter Berücksichtigung lokaler Stütz- bzw. Traglasten. Außerdem können die Stützplatten 220 nicht parallel ausgerichtet sein. Die Stützplatten 220 sind jeweils mit einer an das aufzunehmende Metallbauteil 100 angepassten Aufnahmekontur 221 ausgebildet, um eine bauteilspezifische Aufnahme des Metallbauteils 100 zu ermöglichen, wie in 2 gezeigt. Das Metallbauteil 100 liegt auf den konturierten bauteilzugewandten Umrisskanten der Stützplatten 220 auf und ist dadurch zu der Grundplatte 210 beabstandet. Bei dem dargestellten Metallbauteil 100 handelt es sich um ein großflächiges und dünnwandiges Aluminium-Druckgussbauteil.
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Das Metall- bzw. Druckgussbauteil 100 kann, insbesondere zur Durchführung einer T6- oder T7-Wärmebehandlung, zusammen mit dem Wärmebehandlungsgestell 200 in einen Ofen, eine Aufheizkammer oder dergleichen eingebracht werden (die sichere Abstützung bzw. Lagerung des Metallbauteils 100 ermöglicht hohe Lösungsglühtemperaturen, ohne dass es zu einem eigengewichtbedingten Verzug des Metallbauteils 100 kommt) sowie anschließend auch in eine Abschreckkammer. Die Stützplatten 220, insbesondere die Aufnahmekonturen 221 der Stützplatten 220, können so ausgebildet sein, dass eine Wärmeausdehnung und/oder Wärmeschrumpfung des Metallbauteils 100 ermöglicht wird.
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3 zeigt schematisch eine Abschreckvorrichtung 300 mit einer Abschreckkammer 310, in der gegenüberliegende Düsenkästen 320 mit Luftdüsen 325 angeordnet sind. Mit den Luftdüsen 325 ist im Inneren der Abschreckkammer 310 eine Kühlluftströmung S erzeugbar. In der Abschreckkammer 310 befindet sich ein Wärmebehandlungsgestell 200 mit einem darauf aufgenommenen Metallbauteil 100 (das Metallbauteil 100 ist nur angedeutet). Das Wärmebehandlungsgestell 200 ist derart in der Abschreckkammer 310 angeordnet, dass die von Luftdüsen 325 erzeugte Kühlluftströmung S im Wesentlichen parallel zu den Stützplatten 220 verläuft, wie durch die Strömungspfeile veranschaulicht. D. h., die Stützplatten 220 sind längs bzw. parallel zu der mit den Luftdüsen 325 erzeugten Kühlluftströmung S ausgerichtet. Somit werden Abschattungseffekte und Strömungstodzonen vermieden oder zumindest verringert.
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Die in 4 gezeigte Stützplatte 220 weist beispielhaft ein eingeformtes, durch Einschneiden und Aufstellen des Blechmaterials erzeugtes Strömungsleitelement 223 auf, das flügel- bzw. schaufelartig ausgebildet ist. Das Strömungsleitelement 223 ermöglicht lokal die gezielte Umlenkung der Kühlluftströmung S auf einen bestimmten Bauteilbereich des Metallbauteils 100, wie obenstehend erläutert. Derartige Strömungsleitelemente 223 können individuell bzw. bauteilspezifisch und in beliebiger Anzahl an allen Stützplatten 220 angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10117987 A1 [0003]
- DE 102018220304 B3 [0003]
