DE202016104194U1 - Wärmebehandlungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Wärmebehandlungsvorrichtung (100), aufweisend einen ersten Ofen (110) zur Aufheizung eines Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlungsvorrichtung (100) weiterhin eine Behandlungsstation (150) und einen zweiten Ofen (130) aufweist, wobei die Behandlungsstation (150) eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) aufweist und der zweite Ofen (130) über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärme aufweist, mit der zumindest der erste oder die ersten Bereiche (210) des Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur größer der AC3-Temperatur aufheizbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils.
• In der Technik besteht bei vielen Anwendungsfällen in unterschiedlichen Branchen der Wunsch nach hochfesten Metallblechteilen bei geringem Teilegewicht. Beispielsweise ist es in der Fahrzeugindustrie das Bestreben, den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren und den CO₂-Ausstoß zu senken, dabei aber gleichzeitig die Insassensicherheit zu erhöhen. Es besteht daher ein stark zunehmender Bedarf an Karosseriebauteilen mit einem günstigen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Zu diesen Bauteilen gehören insbesondere A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile, Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger. Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht die Rohkarosse mit einem Sicherheitskäfig üblicherweise aus einem gehärteten Stahlblech mit ca. 1.500MPa Festigkeit. Dabei werden vielfach Al-Si-beschichtete Stahlbleche verwendet. Zur Herstellung eines Bauteils aus gehärtetem Stahlblech wurde der Prozess des so genannten Presshärtens entwickelt. Dabei werden Stahlbleche zuerst auf Austenittemperatur erwärmt, dann in ein Pressenwerkzeug gelegt, schnell geformt und durch das wassergekühlte Werkzeug zügig auf weniger als Martensitstarttemperatur abgeschreckt. Dabei entsteht hartes, festes Martensitgefüge mit ca. 1.500MPa Festigkeit. Ein solcherart gehärtetes Stahlblech weist aber nur eine geringe Bruchdehnung auf. Die kinetische Energie eines Aufpralls kann deshalb nicht ausreichend in Verformungswärme umgesetzt werden.
• Für die Automobilindustrie ist es daher wünschenswert, Karosseriebauteile herstellen zu können, die mehrere unterschiedliche Dehnungs- und Festigkeitszonen im Bauteil aufweisen, so dass eher feste Bereiche (im Folgenden erste Bereiche) einerseits und eher dehnfähige Bereiche (im Folgenden zweite Bereiche) andererseits in einem Bauteil vorliegen. Einerseits sind Bauteile mit hoher Festigkeit grundsätzlich wünschenswert, um mechanisch hoch belastbare Bauteile mit geringem Gewicht zu erhalten. Auf der anderen Seite sollen auch hochfeste Bauteile partiell weiche Bereiche haben können. Dieses bringt 1 die gewünschte, partiell erhöhte Deformierbarkeit im Crashfall. Nur damit kann die kinetische Energie eines Aufpralls abgebaut werden und so die Beschleunigungskräfte auf Insassen und das übrige Fahrzeug minimiert werden. Zudem erfordern moderne Fügeverfahren entfestigte Stellen, die das Fügen artgleicher oder unterschiedlicher Materialien ermöglichen. Oft müssen beispielsweise Falz-Crimp- oder Nietverbindungen zum Einsatz kommen, die verformbare Bereiche im Bauteil voraussetzen.
• Dabei sollten die allgemeinen Ansprüche an eine Produktionsanlage weiterhin beachtet sein: so sollte es zu keiner Taktzeiteinbuße an der Presshärteanlage kommen, die Gesamtanlage sollte uneingeschränkt allgemein verwendet und schnell produktspezifisch umgerüstet werden können. Der Prozess sollte robust und wirtschaftlich sein und die Produktionsanlage nur minimalen Platz benötigen. Die Form und Kantengenauigkeit des Bauteils sollte hoch sein.
• Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die gezielte Wärmebehandlung des Bauteils in einem zeitintensiven Behandlungsschritt, der wesentlichen Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung hat.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils anzugeben, wobei Bereiche unterschiedlicher Härte und Duktilität erzielbar sind, bei dem der Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung minimiert ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.
• Ein Stahlbauteil wird zunächst bis unterhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 erwärmt.
• Anschließend wird das Stahlbauteil in eine Behandlungsstation transferiert. Hier wird der zweite oder die zweiten Bereiche möglichst rasch innerhalb einer Behandlungszeit t_B abgekühlt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmebehandlungsvorrichtung weist die Behandlungsstation eine Positioniereinrichtung auf, mit deren Hilfe die genaue Positionierung der einzelnen Bereiche gewährleistet wird. Die schnelle Abkühlung des zweiten oder der zweiten Bereiche erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder einem Schutzgas. Die Behandlungsstation weist dazu in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Vorrichtung zum Anblasen des beziehungsweise der zweiten Bereiche auf. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Düsen aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Anblasen des zweiten oder der zweiten Bereiche durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, wobei dem gasförmigen Fluid Wasser, beispielsweise in vernebelter Form, beigefügt ist. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den zweiten Bereichen erhöht. Nach Ablauf der Behandlungszeit t_B hat der zweite Bereich beziehungsweise haben die zweiten Bereiche eine Abkühlstopptemperatur ϑ_S erreicht. Die Behandlungszeit t_B bewegt sich dabei üblicherweise im Bereich weniger Sekunden. Dabei kann der zweite beziehungsweise können die zweiten Bereiche auch bis deutlich unter die Martensit-Starttemperatur M_S abgekühlt werden. Die Martensit-Starttemperatur M_S liegt beispielsweise für den häufig verwendeten Karosseriebaustahl 22MnB5 bei ca. 410 °C. Der erste Bereich beziehungsweise die ersten Bereiche werden in der Behandlungsstation keiner besonderen Behandlung unterzogen, d.h. sie werden weder angeblasen noch über andere besonderen Maßnahmen beheizt oder gekühlt. Der beziehungsweise die ersten Bereiche kühlen in der Behandlungsstation beispielsweise über natürliche Konvektion langsam ab. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Behandlungsstation Maßnahmen für die Verringerung der Temperaturverluste des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche getroffen sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise das Anbringen eines Wärmestrahlungsreflektors und/oder das Isolieren von Oberflächen der Behandlungsstation im Bereich des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche sein.
• Anschließend, d.h. nach Ablauf der Behandlungszeit t_B wird das Stahlbauteil in einen zweiten Ofen transferiert. In diesem zweiten Ofen wird das gesamte Stahlbauteil beheizt. Die Beheizung kann beispielsweise durch Wärmestrahlung erfolgen. Dabei verbleibt das Stahlbauteil während einer Verweilzeit t₁₃₀ im zweiten Ofen, die so bemessen ist, dass die Temperatur des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche über die AC3-Temperatur ansteigt. Da der zweite beziehungsweise die zweiten Bereiche aus den vorhergehenden Schritten zu Beginn der Verweilzeit t₁₃₀ eine deutlich niedrigeren Temperatur aufweisen als der beziehungsweise die ersten Bereiche, haben sie zum Ende der Verweilzeit t₁₃₀ im zweiten Ofen die AC3-Temperatur nicht erreicht. Anschließend kann das Stahlbauteil in ein Presshärtewerkzeug transferiert werden, wobei der erste beziehungsweise die ersten Bereiche vollständige austenitisiert sind, während der zweite beziehungsweise die zweiten Bereiche nicht austenitisiert sind, so dass durch das Abschrecken bei einem anschließenden Presshärten der erste beziehungsweise die ersten Bereiche martensitisches Gefüge mit hohen Festigkeitswerten bilden. Da der zweite beziehungsweise die zweiten Bereiche in dem Verfahren zu keiner Zeit austenitisiert wurden, weisen sie nach dem Presshärteschritt feritisch-perlitisches Gefüge mit nur geringen Festigkeitswerten bei hoher Duktilität auf.
• Die Bauteile werden nach wenigen Sekunden in der Behandlungsstation, die zudem über eine Positioniervorrichtung verfügen kann, um die genaue Positionierung der unterschiedlichen Bereiche zu gewährleisten, in einen zweiten Ofen befördert, die vorzugsweise keine speziellen Vorrichtungen zur unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche besitzt. In einer Ausführungsform wird lediglich eine Ofentemperatur ϑ₄, d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur im gesamten Ofenraum, eingestellt, die oberhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 liegt. Klar konturierte Abgrenzungen der einzelnen Bereiche sind realisierbar und durch den geringen Temperaturunterschied zwischen den beiden Bereichen wird der Verzug der Bauteile minimiert. Geringe Spreizungen im Temperaturniveau des Bauteils wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in der Presse aus.
• Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform ein Durchlaufofen als erster Ofen vorgesehen. Durchlauföfen weisen in der Regel eine große Kapazität auf und sind für die Massenproduktion besonders gut geeignet, da sie sich ohne großen Aufwand beschicken und betreiben lassen. Aber auch ein Batchofen, beispielsweise ein Kammerofen, kann als erster Ofen eingesetzt werden.
• Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform der zweite Ofen ein Durchlaufofen.
• Sind sowohl erster als auch zweiter Ofen als Durchlaufofen ausgeführt, können die notwendigen Verweilzeiten für die den oder die ersten und zweiten Bereiche in Abhängigkeit der Bauteillänge über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und der Auslegung der jeweiligen Ofenlänge realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der gesamten Produktionslinie mit Wärmebehandlungsvorrichtung und Presse für ein anschließendes Presshärten ist so vermeidbar.
• In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Ofen ein Batchofen, beispielsweise ein Kammerofen
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche des Stahlbauteils mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder ein Schutzgas wie beispielsweise Stickstoff, auf. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den zweiten Bereichen erhöht.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der zweite beziehungsweise werden die zweiten Bereiche über Wärmeleitung, beispielsweise durch das Inkontaktbringen mit einem Stempel oder mehreren Stempeln gekühlt, der beziehungsweise die eine deutlich niedrigere Temperatur als das Stahlbauteil aufweist oder aufweisen. Dazu kann der Stempel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt sein und / oder direkt oder indirekt gekühlt sein. Auch eine Kombination der Kühlungsarten ist denkbar.
• Mit der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung kann Stahlbauteilen mit jeweils einem oder mehreren ersten und/oder zweiten Bereichen, die auch komplex geformt sein können, wirtschaftlich ein entsprechendes Temperaturprofil aufgeprägt werden, da die unterschiedlichen Bereiche konturscharf sehr schnell auf die notwendigen Prozesstemperaturen gebracht werden können.
• Erfindungsgemäß ist mit der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung möglich, nahezu beliebig viele zweite Bereiche einzustellen. Der zweite oder die zweiten Bereiche wurden während des Prozesses nie austenitisiert und weisen auch nach dem Abpressen geringe Festigkeitswerte ähnlich den ursprünglichen Festigkeiten des unbehandelten Stahlbauteils auf. Auch ist die gewählte Geometrie der Teilbereiche frei wählbar. Punkt- oder linienförmige Bereiche sind ebenso wie z.B. großflächige Bereiche darstellbar. Auch die Lage der Bereiche ist unerheblich. Die zweiten Bereiche können vollständig von ersten Bereichen umschlossen sein, oder sich am Rand des Stahlbauteils befinden. Selbst eine vollflächige Behandlung ist denkbar. Eine besondere Orientierung des Stahlbauteils zur Durchlaufrichtung ist nicht erforderlich. Eine Begrenzung der Anzahl der gleichzeitig behandelten Stahlbauteile ist allenfalls durch das Presshärtewerkzeug oder die Fördertechnik der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung gegeben. Die Behandlung vorgeformter Stahlbauteile ist ebenfalls möglich. Durch die dreidimensional ausgeformten Oberflächen bereits vorgeformter Stahlbauteile ergibt sich lediglich ein höherer konstruktiver Aufwand zur Darstellung der Gegenflächen.
• Weiterhin ist es vorteilhaft, dass auch bereits vorhandene Wärmebehandlungsanlangen adaptiert werden können. Hierzu muss bei einer konventionellen Wärmebehandlungsvorrichtung mit nur einem Ofen hinter diesem nur die Behandlungsstation und der zweite Ofen installiert werden. Je nach Ausgestaltung des vorhandenen Ofens ist es auch möglich, diesen zu teilen, so dass aus dem ursprünglichen einen Ofen der erste und der zweite Ofen entstehen.
• Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
• Von den Abbildungen zeigt:
• 1 eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils mit einem ersten und einem zweiten Bereich
• 2 eine erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
• 3 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
• 4 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
• 5 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
• 6 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung.
• 7 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
• In der 1 ist eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils 200 mit einem ersten Bereich 210 und einem zweiten Bereich 220 gemäß dem erfinderischen Verfahren. Das Stahlbauteil 200 wird im ersten Ofen 110 gemäß des schematisch eingezeichneten Temperaturlaufs ϑ_200,110 während der Verweilzeit t₁₁₀ im ersten Ofen auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt. Anschließend wird das Stahlbauteil 200 mit einer Transferzeit t₁₂₀ in die Behandlungsstation 150 transferiert. Dabei verliert das Stahlbauteil Wärme. In der Behandlungsstation wird ein zweiter Bereich 220 des Stahlbauteils 200 schnell abgekühlt, wobei der zweite Bereich 220 gemäß des eingezeichneten Verlaufs ϑ_220,150 an Wärme verliert. Das Anblasen endet nach Ablauf der Behandlungszeit t_B, die in Abhängigkeit der Dicke des Stahlbauteils 200 und der Größe des zweiten Bereichs 220 nur einige wenige Sekunden beträgt. In erster Näherung ist dabei die Behandlungszeit t_B gleich der Verweilzeit t₁₅₀ in der Behandlungsstation 150. Der zweite Bereich 220 hat nun die Abkühlstopptemperatur ϑ_S erreicht. Zeitgleich ist auch die Temperatur des ersten Bereichs 210 in der Behandlungsstation 150 gemäß des eingezeichneten Temperaturverlaufs ϑ_210,150 gefallen, wobei der erste Bereich 210 sich nicht im Bereich der Abkühleinrichtung befindet. Nach Ablauf der Behandlungszeit t_B wird das Stahlbauteil 200 während der Transferzeit t₁₂₁ in den zweiten Ofen 130 transferiert, wobei es weiter an Wärme verliert. Im zweiten Ofen 130 verändert sich die Temperatur des ersten Bereichs 210 des Stahlbauteils 200 gemäß dem schematisch eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ_210,130 während der Verweilzeit t₁₃₀, d.h. die Temperatur des ersten Bereichs 210 des Stahlbauteils 200 wird auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt. Auch die Temperatur des zweiten Bereichs 220 des Stahlbauteils 200 steigt gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf ϑ_220,130 während der Verweilzeit t₁₃₀ an, ohne die AC3-Temperatur zu erreichen. Der zweite Ofen 130 verfügt über keine speziellen Vorrichtungen zur unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche 210, 220. Es wird lediglich eine Ofentemperatur ϑ₄, d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur ϑ₄ im gesamten Innenraum des zweiten Ofens 130, eingestellt, die oberhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 liegt. Da der beziehungsweise die zweiten Bereiche eine deutlich niedrigere Temperatur als der beziehungsweise die ersten Bereiche zu Beginn der Verweilzeit t₁₃₀ im zweiten Ofen 130 aufweisen und beide Bereiche im zweiten Ofen 130 gleich aufgeheizt werden, weisen sie zum Ende der Verweilzeit t₁₃₀ eine ebenfalls unterschiedliche Temperatur auf. Die Verweilzeit t₁₃₀ des Stahlbauteils 200 im zweiten Ofen 130 ist so bemessen, dass der erste Bereich beziehungsweise die ersten Bereiche zum Ende der Verweilzeit t₁₃₀ eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufweisen, während der zweite beziehungsweise die zweiten Bereiche zu diesem Zeitpunkt die AC3-Temperatur noch nicht erreicht haben.
• Anschließend kann das Stahlbauteil während einer Transferzeit t₁₃₁ in ein Presshärtewerkzeug 160, das in einer nicht gezeigten Presse eingebaut ist, transferiert werden. Während der Transferzeit t₁₃₁ verliert das Stahlbauteil 200 erneut an Wärme, so dass die Temperatur des oder der ersten Bereiche auch unter die AC3-Temperatur abfallen kann. Dieser beziehungsweise diese Bereiche sind aber im Wesentlichen vollständig austenitisiert, wenn sie den zweiten Ofen 130 verlassen, so dass sie durch eine Abschreckung während einer Verweilzeit t₁₆₀ im Presshärtewerkezug 160 eine Umwandlung in hartes martensitisches Gefüge erfahren.
• Zwischen den beiden Bereichen 210, 220 sind klar konturierte Abgrenzungen der einzelnen Bereiche 210, 220 realisierbar und durch den geringen Temperaturunterschied wird der Verzug des Stahlbauteils 200 minimiert. Geringe Spreizungen im Temperaturniveau des Stahlbauteils 200 wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in dem Presshärtewerkzeug 160 aus. Die notwendige Verweilzeit t₁₃₀ des Stahlbauteils 200 im zweiten Ofen 130 kann in Abhängigkeit von der Länge des Stahlbauteils 200 über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und der Auslegung der Länge des zweiten Ofens 130 realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 wird so minimiert, sie kann sogar gänzlich vermieden werden.
• 2 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in 90°-Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 131, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Die Hauptdurchflussrichtung knickt nun um im Wesentlichen 90° ab, um ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt) folgen zu lassen, in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. In Achsrichtung des ersten Ofens 110 und des zweiten Ofens 130 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 110 und der zweite Ofen 120 sind bei dieser Anordnung bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt.
• 3 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in gerader Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 131, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Weiter folgt in nun weiter gerader Hauptdurchflussrichtung ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt), in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. Im Wesentlich in 90° zu der Entnahmestation 131 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 110 und der zweite Ofen 120 sind bei dieser Anordnung ebenfalls bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt.
• 4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung 100. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist wieder eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 110 zugeführt werden. Der erste Ofen 110 ist bei dieser Ausführung wieder vorzugsweise als Durchlaufofen ausgebildet. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 auf, die in dieser Ausführungsform mit einer Entnahmestation 131 kombiniert ist. Die Entnahmevorrichtung 131 kann beispielsweise über eine Greifvorrichtung (nicht gezeigt) verfügen. Die Entnahmestation 131 entnimmt beispielsweise mittels der Greifvorrichtung die Stahlbauteile 200 aus dem ersten Ofen 110. Die Wärmebehandlung mit dem Abkühlen des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche 220 wird durchgeführt und das Stahlbauteile beziehungsweise die Stahlbauteile 200 werden in einen im Wesentlichen um 90° zur Achse des ersten Ofens 110 angeordneten zweiten Ofen 130 einlegt. Dieser zweite Ofen 130 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise als Kammerofen, beispielsweise mit mehreren Kammern, vorgesehen. Nach Ablauf der Verweilzeit t130 der Stahlbauteile 200 im zweiten Ofen 130 werden die Stahlbauteile 200 über die Entnahmestation 131 aus dem zweiten Ofen 130 entnommen und in ein gegenüberliegendes, in eine Presse (nicht gezeigt) eingebautes Presshärtewerkzeug 160 eingelegt. Dazu kann die Entnahmestation 131 über eine Positioniereinrichtung (nicht gezeigt) verfügen. In Achsrichtung des ersten Ofens 110 ist hinter der Entnahmestation 131 ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Die Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser Ausführungsform eine Umlenkung von im Wesentlichen 90°. In dieser Ausführungsform ist kein zweites Positioniersystem für die Behandlungsstation 150 erforderlich. Darüber hinaus ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn in Achsrichtung des ersten Ofens 110 nicht ausreichend Platz beispielsweise in einer Produktionshalle zur Verfügung steht. Die Abkühlung der zweiten Bereiche 220 des Stahlbauteils 200 kann bei dieser Ausführungsform auch zwischen Entnahmestation 131 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Beispielsweise kann eine Abkühlvorrichtung, beispielsweise eine Blasdüse, in die Greifvorrichtung integriert sein. Die Entnahmevorrichtung 131 sorgt für den Transfer des Stahlbauteils 200 von dem ersten Ofen 110 in den zweiten Ofen 130 und in das Presshärtewerkzeug 160 beziehungsweise in den Behälter 161.
• Auch bei dieser Ausführungsform kann die Position von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht werden, wie in 5 zu sehen. Die Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser Ausführungsform zwei Umlenkungen von im Wesentlichen 90°. Ist der Platz für die Aufstellung der Wärmebehandlungsvorrichtung beschränkt, bietet sich eine Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß 6 an: Im Vergleich zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der zweite Ofen 130 in eine zweite Ebene oberhalb des ersten Ofens 110 versetzt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Abkühlung der zweiten Bereiche 220 des Stahlbauteils 200 ebenfalls zwischen Entnahmestation 131 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Erneut ist es vorteilhaft, den ersten Ofen 110 als Durchlaufofen und den zweiten Ofen 120 als Kammerofen, eventuell mit mehreren Kammern auszuführen.
• In 7 schließlich ist eine letzte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung schematisch gezeigt. Im Vergleich zu der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die Positionen von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht.
• Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
• Bezugszeichenliste

100

Wärmebehandlungsvorrichtung

110

erster Ofen

130

zweiter Ofen

131

Entnahmestation

135

Entnahmestation

150

Behandlungsstation

152

punktförmiger Infrarotstrahler

153

Heizfeld

160

Presshärtewerkzeug

161

Behälter

200

Stahlbauteil

210

erster Bereich

220

zweiter Bereich

D

Hauptdurchflussrichtung

M_S

Martensit-Starttemperatur

t_B

Behandlungszeit

t₁₁₀

Verweilzeit im ersten Ofen

t₁₂₀

Transferzeit Stahlbauteil in Behandlungsstation

t₁₂₁

Transferzeit Stahlbauteil in zweiten Ofen

t₁₃₀

Verweilzeit im zweiten Ofen

t₁₃₁

Transferzeit Stahlbauteil in Presshärtewerkzeug

t₁₅₀

Verweilzeit in Behandlungsstation

t₁₆₀

Verweilzeit im Presshärtewerkzeug

ϑ_S

Abkühlstopptemperatur

ϑ₃

Innentemperatur des ersten Ofens

ϑ₄

Innentemperatur des zweiten Ofens

ϑ_200,110

Temperaturverlauf des Stahlbauteils im ersten Ofen

ϑ_210,150

Temperaturverlauf des ersten Bereichs des metallischen Bauteils in der Behandlungsstation

ϑ_220,150

Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der Behandlungsstation

ϑ_210,130

Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten Ofen

ϑ_220,130

Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten Ofen

ϑ_200,160

Temperaturverlauf des Stahlbauteils in dem Presshärtewerkzeug

Claims (9)

1. Wärmebehandlungsvorrichtung (100), aufweisend einen ersten Ofen (110) zur Aufheizung eines Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlungsvorrichtung (100) weiterhin eine Behandlungsstation (150) und einen zweiten Ofen (130) aufweist, wobei die Behandlungsstation (150) eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) aufweist und der zweite Ofen (130) über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärme aufweist, mit der zumindest der erste oder die ersten Bereiche (210) des Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur größer der AC3-Temperatur aufheizbar ist.
2. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid aufweist.
3. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid, dem Wasser beigemischt ist, aufweist.
4. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) Stempel zum Kontaktieren des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) aufweist.
5. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel zum Kontaktieren des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) kühlbar ausgeführt ist.
6. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstation (150) eine Positioniereinrichtung aufweist.
7. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ofen (130) auf eine im Wesentlichen homogene Temperatur ϑ₄ aufgeheizt ist.
8. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstation (150) Wärmereflektoren aufweist.
9. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsstation (150) wärmeisolierte Wandungen aufweist.

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