DE19600479A1

DE19600479A1 - Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie

Info

Publication number: DE19600479A1
Application number: DE19600479A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Doersing; Dietmar Dipl Ing Mietrach
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: DE19600479C2; JPH1081946A; ES2166422T3; US5837187A; EP0784098B1; JP3242341B2; EP0784098A1; RU2123063C1; DE59608008D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie gemäß bestehender Fertigungsvorschrif ten, insbesondere von ebenen Platinen oder umgeformten Bauteilen vorgegebener Mindest- und Maximalabmessungen, wobei die Bauteile einem Wärmebehandlungs-, Abschreck-, Reinigungs- und einem Trocknungsvorgang unterzogen werden.

Bei der Metallbearbeitung/-umformung werden u. a. Metalle einem verfestigenden Verformungsvorgang unterzogen. Es ist bekannt, vor bzw. nach einem derartigen Verformungsvorgang ein "Weichglühen" durchzuführen, mit dem die verspannten und deformierten Metallkristallstrukturen aufgelöst und neue Kristalle gebildet werden. Diese verhalten sich dann wieder wie das Gefüge des unverformten Metalls, so daß die Metalle in einem neuen Arbeitsgang weiterverformt werden können. Dieser "weiche" Zustand ermöglicht eine gute Ver formung des Metalls.

Es ist weiterhin bekannt, daß bei einem Teil von Aluminium-Legierungen die Festigkeit durch spezielle Warmbehandlungs methoden wie z. B. das Lösungsglühen nach dem Umformvorgang erhöht werden kann. Hierzu werden die Al-Legierungen bei spielsweise in einem Salzbad- oder Luftumwälzofen bei ca. 500°C bis 520°C geglüht. Für die Warmbehandlung ist ein manuelles Aufbinden der Teile auf Gestelle bzw. ein Lagern in Körben notwendig. Nach Durchführung des Glühvorgangs er folgt ein sofortiges Abschrecken in Wasser von stets unter 20°C oder für dünne Bauteile in einem Luftstrom. Anschließend kann bei bestimmten Legierungen ein künstlicher Alte rungsprozeß durch Lagerung in einem Ölbad oder in einem elektrisch beheizten Luftumwälzofen bei ca. 100°C bis 200°C für 1/2 bis 24 Stunden durchgeführt werden. Die dem Metall aus dem Salzbadofen anhaftenden Salzreste sind sorgfältig zu entfernen, da sie das Metall angreifen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehand lungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen fehler frei nach vorgegebenen Fertigungsvorschriften bei minimalen Prozeßzeiten unter reproduzierbaren Prozeßbedingungen mit minimalen bzw. keinen Verzug automatisch durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß ein mehrere Transportbänder und/oder Transportrollen aufweisendes Fördersystem zur unbefestigten Aufnahme und zum Transport der Bauteile vorgesehen ist,
- daß ein einem Transportband und/oder -rollen im Aufgabe bereich der Bauteile nachgeordneter Durchlaufofen mit ei nem die Bauteile durch den Ofen fördernden Transportband und/oder -rollen und mit einer Heizung zur Aufheizung der Bauteile auf eine von der verwendeten Legierung abhängige Lösungsglühtemperatur von etwa 470°C bis 570°C bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10 bis 25 min ausgerüstet ist,
- daß dem Durchlaufofen eine ein flüssiges Abschreckmedium enthaltende Einrichtung zur Abschreckung der Bauteile nachgeordnet ist,
- daß das Fördersystem im Übergabebereich zwischen Durchlauf ofen und Abschreckeinrichtung derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter einem vorgegebenen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium eintauchen,
- daß sich an die Abschreckeinrichtung ein Reinigungs- und Trocknungssystem anschließt, durch die die Bauteile mittels eines Transportbandes geführt werden,
- und daß ein Prozeßsteuersystem zur Steuerung und Überwachung aller für eine einwandfreie Wärmebehandlung der Bauteile er forderlichen Parameter und Verfahrensabläufe vorgesehen ist.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 beschrieben.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die vorzugsweise als Durchlaufofen mit integrierter Abschrec kung konzipierte Wärmebehandlungsanlage in räumlicher Nähe einer Presse zur Verformung der Bauteile angeordnet werden kann. Damit ist u. a. ein bedarfsgerechtes Warmbehandeln der Teile mit minimalem Aufwand und durch das Pressenpersonal möglich. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil besteht in einer verzugsarmen Abschreckung der erhitzten Bauteile. Die Zeitspanne, von der die Bauteiltemperatur an einer Stelle die Lösungsglühtemperatur unterschreitet bis zum völligen Eintauchen des Bauteiles in das Abschreckbad wird Abschreck verzögerungsdauer genannt. Die maximal zulässige Abschreck verzögerungsdauer von beispielsweise 7 sec. darf nicht über schritten werden. Vielmehr ist die Anlage so auszulegen, daß diese Zeitspanne möglichst deutlich unterschritten wird, wo mit eine Qualitätsverbesserung erzielt wird. Ein großer Vor teil ist auch der Entfall des manuellen Aufbindens vor der Warmbehandlung und des Abbindens nach dem Abschrecken.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wärmebehandlungsanlage mit Angabe der für die Teil-Anlagensysteme wesentlichen Prozeßparameter,

Fig. 2 den Übergabebereich von Durchlaufofen und Abschreck einrichtung der Wärmebehandlungsanlage in vergrößerter Darstellung, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines für die Anlage verwend baren Prozeßrechners.

In Fig. 1 ist im Aufgabebereich von Aluminium-Legierungs-Bauteilen ein Transportband 2 dargestellt, welches ebenso wie weitere Transportbänder 3 bis 7, die den einzelnen Teil-Anlagensystemen zugeordnet sind, Bestandteil eines die Bau teile aufnehmenden und diese durch die Wärmebehandlungsan lage transportierenden Fördersystems 1 ist. Die Transport geschwindigkeiten und Haltezeiten der Transportbänder wer den durch einen in Fig. 3 dargestellten Prozeßrechner zu einander synchron gesteuert, wobei die zugehörigen Motoren und Regler mit 8 bzw. 9 bezeichnet sind.

Dem Transportband 2 ist ein Durchlaufofen 10 nachgeordnet, dessen zugehöriges Transportband 3 unter einer von dem Pro zeßsteuersystem gesteuerten elektrischen Heizung 11, vor zugsweise einer elektrischen Widerstandsheizung, zur Auf heizung der auf dem Transportband 3 lose aufliegenden Bau teile auf eine Lösungsglühtemperatur von etwa 470°C-570°C in Abhängigkeit von der Legierung bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10 bis 25 min vorbeigeführt ist. Der Durchlaufofen 10, dessen Ofennutzbreite 2500 mm, dessen Ofennutzraumhöhe mindestens 160 mm betragen kann und dessen Ofennutzraumlänge vom Bauteildurchsatz, der Temperaturhalte zeit und vom Fördersystem abhängt sowie dessen Betriebstem peratur in einem Bereich von T_min = 300°C bis T_max = 600°C regelbar ist, weist weiterhin eine vorgegebene Anzahl von nicht näher bezeichneten Wärmeregelzonen zur Erzielung einer vorgeschriebenen Wärmebehandlungs-Güteklasse- für die Bauteile auf. Auch können im Ein- und Ausgangsbereich des Durchlauf ofens 10 Ofentüren oder andere Mechanismen zur Vermeidung von Wärmeverlusten vorgesehen sein, die von dem Prozeßsteuersys tem ereignisgesteuert sind. Ferner ist die Anordnung von Thermoelementen, deren gemessene Temperaturwerte dem Prozeß steuersystem zur Auswertung zugeführt werden, und von einer von dem Prozeßsteuersystem gesteuerten Gebläseeinrichtung 12 im Durchlaufofen 10 vorgesehen.

Dem Durchlaufofen 10 ist eine eine Wasser-Glykol-Lösung, de ren Glykolanteil z. B. 25 bis 30 Volumenprozente betragen kann, oder ein anderes flüssiges Abschreckmedium 13 wie bei spielsweise Wasser enthaltende Einrichtung 14 zur Abschrec kung der Bauteile nachgeordnet. Die Abschreckeinrichtung 14 kann mit einer Umwälzanlage 15 zur Badbewegung, einem Be füllungs- und Entleerungssystem 16, einem Temperaturüber wachungsgerät 17 und mit einer Rückkühlanlage 18 ausgerüstet sein, deren Betriebsabläufe von dem Prozeßsteuersystem steu erbar sind.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Fördersystem 1 im Über gabebereich zwischen Durchlaufofen 10 und Abschreckeinrich tung 14 derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter ei nem vorgegebenen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium 13 eintauchen. Hierzu verläuft das Transportband 3 des Durch laufofens 10 in seinem Endbereich unter einem vorgegebenen Winkel von etwa 15° gegenüber seiner horizontalen Lage. Ein nachgeordnetes eine Rutscheinrichtung darstellendes Trans portband 4 bildet im Übergabebereich eine Schräge mit einem einstellbaren Winkel von etwa 45° bis 75° gegenüber der Ho rizontalen.

Gemäß Fig. 1 schließen sich an die Abschreckeinrichtung 14 ein Reinigungssystem 19 und ein Trocknungssystem 20 an, durch welche die Bauteile mittels eines Transportbandes 7 zum zeichnerisch nicht dargestellten Entnahmebereich geführt werden. Das Reinigungssystem 19 weist eine Wassersprühein richtung 21 zur Wasserbesprühung der zu reinigenden Bauteile und ein Auffangbecken 22 mit einem nachgeordneten Glykolab scheider 23 auf. Der Volumenstrom und die Sprühzeiten des Sprühwassers sowie die Glykolkonzentration im Wasser des Auffangbeckens 22 auf einen vorgegebenen Mindestwert werden durch das Prozeßsteuersystem geregelt. Es kann vorgesehen sein, daß die Versorgung der Wassersprüheinrichtung 21 mit Wasser aus dem Auffangbecken 22 erfolgt. Die Trocknung der Bauteile in dem Trocknungssystem 20 wird mit einer Luftge bläseeinrichtung 24 durchgeführt, wobei der Luftvolumenstrom und die Trocknungszeiten von dem Prozeßsteuersystem gesteu ert werden.

Das in Fig. 3 in Blockschaltbildform dargestellte Prozeß steuersystem ermöglicht einen vollautomatischen Betrieb der Wärmebehandlungsanlage, nämlich eine Steuerung, Prozeßvisu alisierung, Regelung, Überwachung und Prozeßfehlerdiagnose sowie eine Prozeßdokumentation. Das System weist hierzu ei nen Prozeßleitrechner 25 auf, der mit einem Programmspeicher 26 mit beispielsweise 20 Speicherplätzen für die Wärmebehand lungsprozesse verbunden ist. Weiterhin sind ein einer Ein gabe- und Ausgabeeinheit 27 nachgeordneter Prozeßrechner 28 und Bedienungselemente für das Bedienungspersonal, wie z. B. eine Tastatur 29, ein Barcodeleser 30, ein Bildschirm 31 und ein Protokolldrucker 32, vorhanden.

Bezugszeichenliste

1 Fördersystem
2 bis 7 Transportbänder (Transportrollen)
8 E-Motor
9 Regler für E-Motor 8
10 Durchlaufofen
11 E-Heizung des Durchlaufofens 10
12 Gebläseeinrichtung des Durchlaufofens 10
13 Abschreckmedium
14 Abschreckeinrichtung
15 Umwälzeinrichtung
16 Befüllungs- und Entleerungssystem
17 Temperaturüberwachungsgerät
18 Rückkühlanlage
19 Reinigungssystem
20 Trocknungssystem
21 Wassersprüheinrichtung
22 Auffangbecken
23 Glykolabscheider
24 Luftgebläseeinrichtung
25 Prozeßleitrechner
26 Programmspeicher
27 Ein- und Ausgabeeinheit
28 Prozeßrechner
29 Tastatur
30 Barcodeleser
31 Bildschirm
32 Protokolldrucker

Claims

1. Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustriegemäß be stehender Fertigungsvorschriften, insbesondere von ebe nen Platinen oder umgeformten Bauteilen von vorgegebenen Mindest- und Maximalabmessungen, wobei die Bauteile einem Wärmebehandlungs-, Abschreck-, Reinigungs- und einem Trock nungsvorgang unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein mehrere Transportbänder (2-7) und/oder Transport rollen aufweisendes Fördersystem (1) zur unbefestigten Aufnahme und zum Transport der Bauteile vorgesehen ist,
- daß ein einem Transportband (2) und/oder Transportrollen im Aufgabebereich der Bauteile nachgeordneter Durchlauf ofen (10) mit einem die Bauteile durch den Ofen fördern den Transportband (3) und/oder Transportrollen und mit einer Heizung (11) zur Aufheizung der Bauteile auf eine von der verwendeten Legierung abhängige Lösungsglühtem peratur von etwa 470°C bis 570°C bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10-25 min ausgerüstet ist,
- daß dem Durchlaufofen (10) eine ein flüssiges Abschreck medium (13) enthaltende Einrichtung (14) zur Abschrec kung der Bauteile nachgeordnet ist,
- daß das Fördersystem (1) im Übergabebereich zwischen Durchlaufofen (10) und Abschreckeinrichtung (14) derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter einem vorgegebe nen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium (13) ein tauchen,
- daß sich an die Abschreckeinrichtung (14) ein Reini gungs- und Trocknungssystem (19 bzw. 20) anschließt, durch die die Bauteile mittels eines Transportbandes (7) geführt werden,
- und daß ein Prozeßsteuersystem zur Steuerung und Über wachung aller für eine einwandfreie Wärmebehandlung der Bauteile erforderlichen Parameter und Verfahrensabläufe vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördersystem (1) ein Transportband (2) für den Aufgabe bereich, ein Transportband (3) für den Durchlaufofen (10), ein Transportband (4) für den Übergabebereich vom Ofen (10) zur Abschreckeinrichtung (14), die zwei weitere Transportbänder (5,6) enthält, und ein Transportband (7) für das Reinigungs- und das Trocknungssystem (19 bzw. 20) sowie für den Entnahmebereich aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten der Transportbänder (2-7) ent sprechend den vorgegebenen Verfahrensabläufen von dem Prozeßsteuersystem synchronisiert sind.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (3) des Durchlaufofens (10) in sei nem Endbereich unter einem vorgegebenen Winkel von etwa 15° gegenüber seiner horizontalen Lage verläuft, und daß das Transportband (4) im Übergabebereich vom Durchlauf ofen (10) und Abschreckeinrichtung (14) eine Schräge mit einem einstellbaren Winkel von etwa 45° bis 75° gegenüber der Horizontalen bildet.

5. Anlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (4) im Übergabebereich Bestandteil einer rollengetriebenen Rutscheinrichtung ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Durchlaufofens (10) durch eine in direkte von dem Prozeßsteuersystem gesteuerte elektrische Widerstandsheizung (11) erfolgt.

7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der Durchlaufofen (10) einen geregelten Betriebs temperaturbereich von T_min = 300°C bis T_max = 600°C aufweist.

8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchlaufofen (10) eine vorgegebene An zahl von Wärmeregelzonen zur Erzielung einer vorgeschrie benen Wärmebehandlungs-Güteklasse für die Bauteile auf weist.

9. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchlaufofen (10) im Ein- und Ausgangs bereich für die Bauteile Ofentüren oder andere Mechanismen zur Vermeidung von Wärmeverlusten aufweist, die von dem Prozeßsteuersystem ereignisgesteuert sind.

10. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7, 8 oder 9, gekennzeich net durch eine vorgegebene Anzahl von im Durchlaufofen (10) angeordneten Thermoelementen, deren gemessene Tempe raturwerte dem Prozeßsteuersystem zur Auswertung zugeführt werden.

11. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9 oder 10, gekenn zeichnet durch eine im Durchlaufofen (10) angeordnete und von dem Prozeßsteuersystem gesteuerte Gebläseeinrich tung (12).

12. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß die Abschreckeinrichtung (14) als Abschreckme dium (13) eine Wasser-Glykol-Lösung enthält.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Glykolanteil in der Wasser-Glykol-Lösung etwa 25 bis 30 Volumenprozente beträgt.

14. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß Wasser in der Abschreckeinrichtung (14) als Ab schreckmedium (13) dient.

15. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 12 oder 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abschreckeinrichtung (14) mit einer Umwälzanlage (15) zur Badbewegung, einem Befüllungs- und Entleerungssystem (16), einem Temperaturüberwachungsgerät (17) und mit einer Rückkühlanlage (18) ausgerüstet ist, deren Betriebsabläufe von dem Prozeßsteuersystem steuer bar sind.

16. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungssystem (19) eine Wassersprüheinrich tung (21) zur Wasserbesprühung der zu reinigenden Bau teile und ein Auffangbecken (22) mit einem nachgeordne ten Glykolabscheider aufweist, und daß der Volumenstrom und die Sprühzeiten des Sprühwassers sowie die Glykol konzentration im Wasser des Auffangbeckens (22) auf ei nen vorgegebenen Mindestwert durch das Prozeßsteuersystem geregelt werden.

17. Anlage nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Ver sorgung der Wassersprüheinrichtung (21) mit Wasser aus dem Auffangbecken (22).

18. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknersystem (20) eine Luftgebläseeinrichtung (24) aufweist, dessen Luftvolumenstrom und dessen Trock nungszeiten von dem Prozeßsteuersystem gesteuert werden.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß das Prozeßsteuersystem einen mit einem Programmspeicher (26) verbundenen Prozeßleitrechner (25), einen einer Eingabe- und Ausgabeeinheit (27) nachgeord neten Prozeßrechner (28) und Bedienungselemente für das Bedienungspersonal aufweist.