DE102022124635A1

DE102022124635A1 - Wärmebehandlungsanordnung mit einem hohlzylindrischen Metallbauteil und Wärmebehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE102022124635A1
Application number: DE102022124635.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Gaugler; Marc Hummel; Steffen Otterbach
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanordnung (10), umfassend:- ein wärmezubehandelndes hohlzylindrisches Metallbauteil (20); und- ein Wärmebehandlungsgestell (30), auf dem das hohlzylindrische Metallbauteil (20) mit vertikaler Ausrichtung angeordnet ist, wobei das Wärmebehandlungsgestell (30) eine Stützanordnung (32) aufweist, mit der während der Wärmebehandlung die Innenkontur oder die Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) formvorgebend abgestützt wird, um einen Verzug des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) zu vermeiden.Die Erfindung betrifft ferner ein Wärmbehandlungsverfahren für ein hohlzylindrisches Metallbauteil (20) mit einer solchen Wärmebehandlungsanordnung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanordnung mit einem hohlzylindrischen Metallbauteil und einem Wärmebehandlungsgestell, auf dem das hohlzylindrische Metallbauteil zwecks Wärmebehandlung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Wärmbehandlungsverfahren für ein hohlzylindrisches Metallbauteil.
Bei der Wärmebehandlung eines hohlzylindrischen Metallbauteils, bspw. eines Metallrades, tritt typischerweise ein Verzug auf, der zur Unrundheit führt. Häufig wird daher nach der Wärmebehandlung noch eine spanende Bearbeitung vorgenommen, um eine gewünschte Rundheit zu erhalten. Das bei der spanenden Bearbeitung abgetragene Metallmaterial wird vorab durch eine Bearbeitungszugabe bzw. einem Bearbeitungsaufmaß berücksichtigt.
Zum Stand der Technik wird auf das in der DE 199 09 519 A1 beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetallrades hingewiesen.
Mit der Erfindung wird nun eine Wärmebehandlungsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereitgestellt, mit der ein Verzug eines hohlzylindrischen Metallbauteils bei der Wärmebehandlung vermieden oder zumindest deutlich verringert wird. Dadurch kann die Bearbeitungszugabe reduziert werden oder sogar ganz entfallen, was sich äußerst günstig auf den Material- und Energieverbrauch auswirkt. Folglich ergeben sich auch Umwelt- bzw. Klima- und Kostenvorteile.
Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Wärmebehandlungsverfahren. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (dies schließt ausdrücklich auch beispielhaft und optional beschriebene Merkmale ein) und den Figuren
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanordnung umfasst:

- ein wärmezubehandelndes hohlzylindrisches Metallbauteil; und
- ein Wärmebehandlungsgestell, das auch als Wärmebehandlungsmodul bezeichnet werden kann, auf dem das hohlzylindrische Metallbauteil stehend, d. h. mit vertikaler Ausrichtung, angeordnet ist, wobei das Wärmebehandlungsgestell eine Stützanordnung aufweist, mit der während einer Wärmebehandlung die Innenkontur oder die Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils formvorgebend abgestützt wird, um somit einen Verzug, insbesondere einen undefinierten Verzug, des hohlzylindrischen Metallbauteils zu vermeiden oder zumindest zu verringern.

Mit einer formvorgebenden Abstützung ist eine konturfolgende und (in Umfangsrichtung) unterbrechungsfreie Abstützung an der Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils gemeint.
Unter einem hohlzylindrischen Metallbauteil wird ein aus Metall, insbesondere Leichtmetall (s. u.), gefertigtes und als Hohlkörper mit einer rotationssymmetrischen Umfangswandung ausgebildetes Bauteil verstanden. Die Umfangswandung kann auch eine von einer einfachen zylindrischen Form abweichende Gestalt aufweisen. Das hohlzylindrische Metallbauteil kann rohrartig mit offenen Stirnseiten oder topfartig mit einer Stirnfläche (Boden bzw. Decke) ausgebildet sein.
Bei dem wärmezubehandelnden hohlzylindrischen Metallbauteil handelt es sich bevorzugt um ein Leichtmetallbauteil, bspw. ein Aluminiumbauteil, und insbesondere um ein Leichtmetall-Gussbauteil, bspw. ein Aluminium-Gussbauteil. Das erfindungsgemäße hohlzylindrische Metallbauteil ist vorzugweise ein Fahrzeugrad oder ein E-Maschinen-Gehäuse, das insbesondere aus Aluminium gebildet ist und in einem Schmiede-, Niederdruckguss- oder Druckgussprozess hergestellt wurde.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Stützanordnung (in vertikaler Richtung) nur über eine Teilhöhe des hohlzylindrisches Metallbauteils erstreckt und somit die formvorgebende Abstützung an der Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils nur über eine Teilhöhe, bspw. nur über das untere Viertel oder weniger (d. h. ≤ 25 % der Gesamthöhe), erfolgt. Dies ist für den beabsichtigten Zweck (Verhinderung eines Verzugs) ausreichend und reduziert die Masse des Wärmebehandlungsgestells.
Das Wärmebehandlungsgestell kann eine Träger- bzw. Grundplatte oder Ähnliches aufweisen, auf der sich die Stützanordnung befindet. Bevorzugt handelt es sich um eine Stahlplatte, die auch noch bei höheren Temperaturen über eine ausreichende Stabilität verfügt.
Die Grundplatte kann, insbesondere bei einstückiger Ausbildung, eine an die Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils formangepasste Erhebung aufweisen, die als Stützanordnung fungiert. Bevorzugt weist diese Erhebung einen an die Innenkontur bzw. an den Innenquerschnitt des hohlzylindrischen Metallbauteils angepassten, insbesondere formangepassten, Grundriss auf.
Alternativ kann auf der Grundplatte ein an die Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils formangepasster Ring angeordnet sein, der als Stützanordnung fungiert. Der Ring ist in geeigneter Weise an der Grundplatte befestigt. Durch Austauschen des Rings kann das Wärmebehandlungsgestell angepasst und somit für unterschiedliche hohlzylindrische Metallbauteile verwendet werden. Der Ring ist bevorzugt aus Stahl oder Keramik gebildet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die die Stützanordnung, die insbesondere als Erhebung oder Ring ausgebildet ist (s. o.), an die Innenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils angepasst bzw. formangepasst ist und zudem (in vertikaler Richtung) konusförmig, d. h. sich nach oben verjüngend, ausgebildet ist. Dadurch kann das sich bei Erwärmung (im Zuge der Wärmebehandlung) ausdehnende hohlzylindrische Metallbauteil unter Aufrechterhaltung der Stützwirkung nach unten rutschen bzw. gleiten, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Wärmbehandlungsverfahren für ein hohlzylindrisches Metallbauteil (womit ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines hohlzylindrischen Metallbauteils gemeint ist) sieht die Verwendung einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsanordnung vor und umfasst folgende Schritte:

- Platzieren des wärmezubehandelnden hohlzylindrischen Metallbauteils auf dem Wärmebehandlungsgestell; und
- Durchführen der Wärmebehandlung.

Die Wärmebehandlung kann folgende Teilschritte umfassen: Erwärmen und Abschrecken sowie gegebenenfalls Warmauslagern. Das Erwärmen ist insbesondere ein Lösungsglühen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das wärmezubehandelnde hohlzylindrische Metallbauteil während der gesamten Wärmebehandlung, d. h. bei allen Teilschritten, auf dem Wärmebehandlungsgestell verbleibt.
Durch eine formvorgebende Abstützung der Außenkontur mithilfe der zum Wärmebehandlungsgestell gehörenden Stützanordnung kann ein Verzug beim Erwärmen vermieden oder deutlich verringert werden. Typischerweise erweist sich jedoch insbesondere das Abschrecken hinsichtlich eines Verzugs als sehr kritisch. Durch eine formvorgebende Abstützung der Innenkontur kann je nach Ausgestaltung der zum Wärmebehandlungsgestell gehörenden Stützanordnung ein Verzug beim Abschrecken oder ein Verzug beim Erwärmen und Abschrecken vermieden oder zumindest verringert werden.
Im Rahmen der Erfindung sind sowohl die vorausgehend beschriebenen als auch die nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Merkmalskombinationen oder in Alleinstellung anwendbar. Dies gilt auch für die in den Figuren gezeigten Merkmale.
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 veranschaulicht schematisch eine erste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.

1 zeigt ein wärmezubehandelndes zumindest näherungsweise hohlzylindrisches Metallbauteil 20, bei dem es sich bspw. um ein Fahrzeugrad handeln kann. Das Metallbauteil 20 weist eine Innenkontur mit kreisförmigen Querschnitten und eine Außenkontur mit kreisförmigen Querschnitten auf. Das Metallbauteil 20 ist stehend, d. h. mit vertikaler Ausrichtung, auf einem Wärmebehandlungsgestell 30 angeordnet. Durch die stehende Anordnung ist eine gesonderte Befestigung nicht erforderlich. Das Metallbauteil 20 und das Wärmebehandlungsgestell 30 bilden eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanordnung 10.
Das Wärmebehandlungsgestell 30 weist eine Trägerplatte 31 oder Ähnliches auf, die dem Metallbauteil 20 quasi als Standfläche dient. Das Wärmebehandlungsgestell 30 weist ferner eine Stützanordnung 32 auf, die als Ring 33 ausgebildet ist. Der Ring 33 ist an die Innenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 formangepasst bzw. kongruent zur Innenkontur des Metallbauteils 20 ausgebildet. Die durch den Ring 33 gebildete Stützanordnung 32 erstreckt sich in vertikaler bzw. axialer Richtung nur über eine Teilhöhe des hohlzylindrischen Metallbauteils 20. Mit anderen Worten: Die Außenkontur der Stützanordnung 32 bzw. des Rings 33 ist für die betreffende Teilhöhe bzw. den betreffenden Höhenabschnitt (in dem die Abstützung erfolgen soll; s. u.) an die Innenkontur bzw. den Innenquerschnitt des wärmezubehandelnden Metallbauteils 20 angepasst bzw. kongruent hierzu ausgebildet.
Beim Abschrecken des Metallbauteils 20 im Zuge einer Wärmebehandlung wird das Metallbauteil 20 umlaufend in radialer Richtung gegen den Ring 33 gepresst, wie durch den Pfeil veranschaulicht. Dabei wird die Innenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 durch den Ring 33 formvorgebend abgestützt, wobei die Außenumfangsfläche des Rings 33 quasi als Stützfläche fungiert. Dadurch wird zumindest in radialer Richtung ein Verzug des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 vermieden oder zumindest verringert. Der Ring 33 wirkt quasi wie eine verzugsverhindernde Schablone. Der Ring 33 kann optional mit einer Abzugsschräge ausgebildet sein.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist der als Stützanordnung 32 fungierende Ring 33 an seiner Außenumfangsfläche konusförmig, d. h. sich nach oben verjüngend, ausgebildet. Eine Erwärmung des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 führt aufgrund der Wärmeausdehnung zu einer Durchmesservergrößerung, die bei einem Leichtmetallbauteil, insbesondere Aluminiumbauteil, größer ausfällt als die Durchmesservergrößerung eines aus Stahl gebildeten Rings 33. Durch das Eigengewicht kann das hohlzylindrische Metallbauteil 20 dann auf dem konusförmigen Ring 33 unter Aufrechterhaltung einer Stützwirkung vertikal nach unten rutschen, wie durch den Pfeil veranschaulicht, wobei auch eine Selbstzentrierung erfolgt. Dabei wird die Innenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 durch den Ring 33 formvorgebend abgestützt und zumindest in radialer Richtung ein Verzug des hohlzylindrischen Metallbauteils 20 vermieden oder zumindest verringert. Auch beim Abschrecken wirkt der Ring 33 verzugsverhindernd, wie obenstehend in Bezug auf die in 1 gezeigte Ausführungsmöglichkeit erläutert.
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

DE 19909519 A1 [0003]

Claims

Wärmebehandlungsanordnung (10), umfassend: - ein wärmezubehandelndes hohlzylindrisches Metallbauteil (20); und - ein Wärmebehandlungsgestell (30), auf dem das hohlzylindrische Metallbauteil (20) mit vertikaler Ausrichtung angeordnet ist, wobei das Wärmebehandlungsgestell (30) eine Stützanordnung (32) aufweist, mit der während der Wärmebehandlung die Innenkontur oder die Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) formvorgebend abgestützt wird, um einen Verzug des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) zu vermeiden.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stützanordnung (32) nur über eine Teilhöhe des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) erstreckt.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandlungsgestell (30) eine Grundplatte (31) aufweist, auf der sich die Stützanordnung (32) befindet.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (31) eine an die Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) formangepasste Erhebung aufweist, die als Stützanordnung (32) fungiert.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundplatte (31) ein an die Innenkontur oder Außenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) formangepasster Ring (33) angeordnet ist, der als Stützanordnung (32) fungiert.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützanordnung (32) an die Innenkontur des hohlzylindrischen Metallbauteils (20) angepasst und konusförmig ausgebildet ist, sodass das sich beim Erwärmen ausdehnende hohlzylindrische Metallbauteil (20) unter Aufrechterhaltung der Stützwirkung nach unten rutschen kann.
Wärmebehandlungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische Metallbauteil (20) ein Fahrzeugrad oder ein E-Maschinen-Gehäuse ist.
Wärmbehandlungsverfahren für ein hohlzylindrisches Metallbauteil (20) mit einer Wärmebehandlungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte: - Platzieren des wärmezubehandelnden hohlzylindrischen Metallbauteils (20) auf dem Wärmebehandlungsgestell (30); und - Durchführen der Wärmebehandlung.