EP2639536A2

EP2639536A2 - Ofenanlage sowie Verfahren zum Betreiben der Ofenanlage

Info

Publication number: EP2639536A2
Application number: EP13157845.2A
Authority: EP
Inventors: Stefan Adelbert; Borek Dvorak; Radovan Kout; Martin Pohl; Andreas Stosch
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: EP2639536B1; EP2639536A3; EP2639536B8

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ofenanlage (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben der Ofenanlage (1) zur Einstellung von zwei verschiedenen Temperaturbereichen in einer thermisch zu behandelnden Platine (5). Hierzu sieht die erfindungsgemäße Ofenanlage (1) eine Strahlungswärmequelle (4) sowie eine konduktive Wärmebehandlungseinheit vor. Zur effektiven Energienutzung wird das in einen Innenraum der Ofenanlage (1) befindliche Abgas (A) abgesaugt und erneut dem Verbrennungsvorgang zugeführt oder aber zur Temperierung eines Kühlkreislaufs für Kühlplatten (14) genutzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Platinen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ofenanlage gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 17.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Stahlbauteile insbesondere für Kraftfahrzeuge herzustellen, die durch Anwendung der Warmumform- und Presshärtetechnologie hochfeste oder gar höchstfeste Eigenschaften erhalten. Hierdurch ist es möglich, das spezifische Eigengewicht des Bauteils zu senken, bei zumindest gleichbleibend oder aber erhöhten Festigkeitseigenschaften.
Bei einigen Bauteilen ist es mitunter jedoch nicht nur erwünscht, hochfeste oder höchstfeste Eigenschaften zu erlangen und somit ein tendenziell hartes, aber wenig duktiles Bauteil, sondern gleichzeitig Bereiche auszubilden, deren Duktilität deutlich höher ist. Dies können beispielsweise Anbindungsbereiche sein, in denen das durch Warmumformen und Presshärten hergestellte Bauteil mit einem anderen Bauteil gekoppelt wird, so dass das Bauteil nicht im Anbindungsbereich durch Mikrorisse oder aber in einem Crashfall aufgrund der harten und wenig duktilen Eigenschaften ausreißt.
Hierzu gibt es aus dem Stand der Technik ebenfalls wiederum verschiedene Verfahren, Bauteile mit zwei Bereichen, die voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften und/oder Duktilitätseigenschaften besitzen, herzustellen. In erster Linie sind partielle Wärmenachbehandlungsverfahren bekannt. Hierbei werden die Bauteile zunächst komplett auf über Austenitisierungstemperatur der verwendeten Stahllegierung (auf über AC3) erhitzt, anschließend warmumgeformt und pressgehärtet. Die gewünschten duktileren Bereiche werden dann durch gezielte partielle Wärmenachbehandlung, beispielsweise mit Induktionsspulen und/oder durch ein partielles Anlassen, hergestellt. Solche Verfahren haben den Nachteil, dass zunächst ein kompletter Energieeintrag in das gesamte Bauteil bei der Erhitzung auf über AC3 erwirkt wird, wobei die dadurch gewonnenen Festigkeitseigenschaften durch die Wärmenachbehandlung wiederum revidiert werden. Auch die Wärmenachbehandlung bedarf wiederum eines Energieeintrags.
Um den zuvor genannten Nachteil zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik ebenfalls Verfahren bekannt, bei denen das Bauteil direkt mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften hergestellt wird. Hierzu ist beispielsweise aus der DE 10 2007 012 180 B3 eine Erwärmungseinrichtung bekannt, bei der Halbzeuge auf unterschiedliche Temperaturen innerhalb voneinander verschiedenen Temperaturzonen erwärmt werden. Im Anschluss daran werden die auf voneinander verschiedene Temperaturen erwärmten Halbzeuge in einem Warmumform- und Presshärteprozess warmumgeformt und pressgehärtet. Zur Abtrennung der unterschiedlichen Temperaturzonen sind innerhalb der Erwärmungseinrichtung Schotts angeordnet, die quer zur Förderrichtung die Temperaturzonen voneinander abtrennen. Jeder Temperaturzone sind eine Heizung und eine Umwälzeinrichtung zugeordnet. Nach Abschluss des Erwärmungsvorgangs ist es für den Bereich des Bauteils, der in Transportrichtung nach hinten zeigt, nachteilig, dass er die in Transportrichtung vordere Temperaturzone passieren muss, wodurch eine Nacherwärmung oder aber Abkühlung erfolgt. Das Bauteil kann mithin nicht so präzise in seinen Temperaturen eingestellt werden, wie es unter Umständen insbesondere für einen Großserienproduktionsprozess notwendig ist, um die Produktionstoleranzen gering zu halten.
Aus der EP 21 82 082 A1 ist ferner eine konduktive Plattenerwärmung der Metallplatine bekannt, wobei im Anschluss an die Erwärmung eine Zwischenkühlung mit Hilfe von temperierten Kühlplatten durchgeführt wird. Die konduktiven Temperierungsmittel sind Bestandteil einer Warmformlinie, zum Einstellen partiell unterschiedlicher Duktilitäten.
Die zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren sind zur Herstellung der gewünschten Materialeigenschaften gut einsetzbar. Es bedarf jedoch eines erhöhten Energieaufwands zum Betreiben der verschiedenen zuvor erwähnten Temperierungseinrichtungen. Zusätzlich sind der Flächenbedarf und/oder ein erhöhter Handhabungsaufwand als nachteilig zu nennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Erwärmungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Erwärmungseinrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, in einem Bauteil voneinander verschiedene Temperaturbereiche herzustellen und/oder zu halten, wobei die Erwärmungseinrichtung wirkungsgradoptimiert und kosteneffizient zu betreiben ist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Platinen, insbesondere zum thermischen Behandeln von beschichteten Platinen aus einer härtbaren Stahllegierung mittels Strahlungswärme, wobei mindestens zwei Bereiche der Platine bei voneinander verschiedenen Bauteiltemperaturen wärmebehandelt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich der Platine durch eine Strahlungswärmequelle bei einer Temperatur von mindestens AC3 temperierbar ist und ein zweiter Bereich der Platine konduktiv bei einer Temperatur unter AC3 temperierbar ist.
Im Rahmen der Erfindung wird zur Temperierung des ersten Bereiches eine Wärmequelle eingesetzt, die als Strahlungswärmequelle oder aber auch als konduktive Wärmequelle ausgebildet sein kann. Weiterhin ist eine induktive Erwärmung über die Wärmequelle möglich. Bevorzugt wird jedoch eine Strahlungswärmequelle eingesetzt und nachfolgend wird die Erfindung mit der Strahlungswärmequelle beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, die zuvor genannten Wärmequellen als Alternative zu der Strahlungswärmequelle einzusetzen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Durch die erfindungsgemäße Ofenanlage wird es zum einen ermöglicht, das Bauteil bei einer Temperatur von mindestens Austenitisierungstemperatur, also AC3-Temperatur, besonders energieeffizient mittels einer Strahlungswärmequelle über Strahlungswärme zu behandeln. Dabei ist die Strahlungswärmequelle insbesondere als Gasbrenner zum Verbrennen fossiler Brennstoffe ausgebildet. Mittels der Strahlungswärme ist es dann möglich, die Platine innerhalb der Ofenanlage entweder von einem kalten Zustand, maßgeblich bei Raumtemperatur, auf einen erwärmten Zustand von Austenitisierungstemperatur oder aber oberhalb der Austenitisierungstemperatur zu erwärmen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine bereits homogen vorerwärmte Platine, welche vollständig auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wurde, innerhalb der Ofenanlage auf der Austenitisierungstemperatur in einem ersten Bereich zu halten.
Die Erzeugung des zweiten Bereiches, der von dem ersten Bereich der Platine unterschiedliche Temperatureigenschaften besitzt, wird durch konduktive Wärmebehandlung ermöglicht. Hierbei wird insbesondere eine Platte, ganz besonders bevorzugt eine Kühlplatte, zumindest abschnittsweise in formschlüssigen Kontakt mit der Platine gebracht. Der zweite Bereich wird dann über den formschlüssigen Kontakt konduktiv thermisch behandelt. Auch hier ist es möglich, die Platine von im Wesentlichen Raumtemperatur auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur zu erwärmen. Der zweite Bereich wird jedoch auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, insbesondere unterhalb der AC1-Temperatur, erwärmt, mithin nicht vollständig austenitisiert.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den zweiten Bereich bei einer vollständig auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Platine mittels der Platte, insbesondere der Kühlplatte, von der Austenitisierungstemperatur, also von über AC3, auf eine Temperatur unterhalb AC3 zu kühlen. Insbesondere wird der zweite Bereich auf eine Temperatur unter AC1 gekühlt. Im Rahmen der Erfindung ist es dann weiterhin möglich, den zweiten Bereich auf der Abkühltemperatur zu halten.
Die AC1- und AC3-Punkte bestimmen sich maßgeblich aus der Legierungszusammensetzung der verwendeten härtbaren Stahllegierung der Platine. In der Regel liegt der AC3-Temperaturpunkt jedoch bei über 900° C. Der zweite Bereich wird daher maßgeblich auf eine Temperatur unterhalb 900° C gekühlt, wobei ganz besonders bevorzugt der zweite Bereich auf eine Temperatur gegenüber dem ersten Bereich gekühlt wird, so dass sich eine Temperaturdifferenz zu dem ersten Bereich von 100°, besonders bevorzugt 350°, ganz besonders bevorzugt 400° und insbesondere 450° C ergibt.
In einer ersten bevorzugten Verwendung der Ofenanlage ist es möglich, die in der Ofenanlage thermisch behandelte Platinen auf mindestens zwei voneinander verschiedene Temperaturbereiche zu erwärmen. Hierbei wird ein erster Bereich auf über AC3-Temperatur erwärmt und ein zweiter Bereich auf unter AC3-Temperatur.
In einer zweiten bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Ofenanlage wird eine homogen auf mindestens AC3-Temperatur erwärmte Platine von einer Erwärmungsvorrichtung in die erfindungsgemäße Ofenanlage verbracht und in der Ofenanlage in einem ersten Bereich auf mindestens AC3-Temperatur gehalten, wobei die Platine in einem zweiten Bereich konduktiv auf eine Temperatur unterhalb AC3-Temperatur gekühlt wird, insbesondere unterhalb AC1-Temperatur.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante ist es möglich, innerhalb der erfindungsgemäßen Ofenanlage zunächst die gesamte Platine auf eine Temperatur oberhalb AC3 zu erwärmen und dann partiell konduktiv in zweiten Bereichen auf eine Temperatur unterhalb AC3 zu kühlen, wobei ein erster Bereich auf AC3-Temperatur gehalten wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, mehr als zwei Bereiche mit voneinander verschiedenen Temperaturen in dem Bauteil zu erzeugen. So können beispielsweise mehrere erste Bereiche oder aber mehrere zweite Bereiche in der Platine ausgebildet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dritte Bereiche auszubilden, die von den ersten Bereichen und den zweiten Bereichen eine ebenfalls verschiedene Temperatur aufweisen. Hierzu ist es insbesondere durch die konduktive Erwärmung bzw. konduktive Kühlung möglich, in einem jeweiligen Bereich individuell die Temperatur einzustellen.
Weiterhin besonders bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Gasbrenner ausgebildet, insbesondere ist die Strahlungswärmequelle als mindestens ein Strahlheizrohr ausgebildet, wobei weiter bevorzugt mindestens ein Strahlheizrohr nahe einer Oberseite der Platine angeordnet ist und/oder ein Strahlheizrohr nahe einer Unterseite der Platine angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Strahlungswärmequelle als Gasbrenner werden insbesondere fossile Brennstoffe in der Strahlungswärmequelle verbrannt, weshalb die Erwärmung mit einem guten energetischen Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Induktionserwärmung oder aber einer Konvektionserwärmung durchführbar ist. Ferner ist es möglich, durch die Strahlungswärmequelle die Platine direkt zu heizen, es bedarf somit keiner langen Vorwärm- oder Aufwärmzeit der Ofenanlage selbst, da die Strahlungswärme unmittelbar nach Einschalten des Gasbrenners direkt und in voller Höhe vorhanden ist und der Ofenraum insgesamt ein geringes Volumen aufweist.
Besonders bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Strahlheizrohr ausgebildet, wobei mehrere Strahlheizrohre in der Ofenanlage angeordnet sein können, so dass diese flächig oberhalb der zu erwärmenden oder auf einer Temperatur zu haltenden flächigen Platine angeordnet sind. Das Strahlheizrohr kann auch in Form einer Heizschlange oberhalb der Platine angeordnet sein. Als bevorzugte Ausführungsvariante ist das Strahlheizrohr auf eine vertikale Richtung bezogen oberhalb der Platine angeordnet, wobei das Strahlheizrohr im Rahmen der Erfindung weiterhin bevorzugt möglichst nahe an der Oberseite der Platine angeordnet ist. Unter einer möglichst nahen Anordnung ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass ein optimaler Abstand zwischen Platine und Strahlheizrohr ausgebildet ist, so dass die Ofenanlage mit der Platine beschickbar ist, Mittel zur konduktiven Temperierung zwischen Strahlungswärmequelle und Platine anordnenbar sind, und zugleich ein möglichst geringer Abstand zwischen Strahlungswärmequelle und Platine ausgebildet ist, so dass möglichst wenig Wärmestrahlung als Verlustwärmestrahlung in die restliche Ofenumgebung abgestrahlt wird. Im Rahmen der Erfindung ist besonders bevorzugt ein Abstand der Strahlungswärmequelle zwischen 1 cm und 100 cm vorzusehen, bevorzugt 10 cm und 50 cm.
Weiterhin bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Strahlungswärmequelle selbst in der Ofenanlage verlagerbar anzuordnen, so dass beispielsweise nach einem Beschickungsvorgang die Strahlungswärmequelle in Richtung zu der in der Ofenanlage befindlichen Platine absenkbar ist.
Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch eine Strahlungswärmequelle auf eine vertikale Richtung bezogen unterhalb der Platine angeordnet sein. Hierbei ist dann insbesondere die Platine auf einem gitterartigen Rost oder aber auf einem Rollenträger oder einem sonstigen durchlässigen bzw. perforierten Träger gelagert, so dass Strahlungswärme von der Unterseite an die Platine gelangen kann.
Bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage ist oberhalb einer in der Ofenanlage befindlichen Platine mindestens eine Blende in horizontaler Richtung verschiebbar ausgebildet, wobei die Blende zwischen Platine und Strahlungswärmequelle platzierbar ist.
Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage oberhalb einer in der Ofenanlage befindliche Platine mindestens eine Blende schwenkbar angeordnet, wobei die Blende stufenlos schwenkbar zwischen Platine und Strahlungswärmequelle anordnenbar ist.
Weiterhin bevorzugt sind in einem Heizraum der Ofenanlage Abschirmelemente angeordnet, die die Strahlungswärme von der Platine abschirmen und/oder zu der Platine leiten. Die Abschirmelemente sind insbesondere als Leitbleche oder aber auch als Blenden ausgebildet, wobei insbesondere bei einer oberhalb der Platine angeordneten Strahlungswärmequelle bevorzugt mindestens eine Blende in horizontaler Richtung verschiebbar ausgebildet ist, wobei die Blende zwischen der Platine und der Strahlungswärmequelle platzierbar ist. In einer weiteren Ausführungsvariante ist oberhalb einer in der Ofenanlage befindlichen Platine mindestens eine Blende schwenkbar angeordnet, wobei die Blende stufenlos zwischen der Platine und der Strahlungswärmequelle schwenkbar angeordnet ist und so der Wärmeeintrag in einen zweiten Bereich der Platine gezielt einstellbar ist. Durch die insbesondere verstellbaren, ganz besonders bevorzugt aktiv verstellbaren Blenden ist es möglich, Teile der Platine abzudecken, so dass diese nicht der unmittelbaren Strahlungswärme ausgesetzt sind. Hierdurch ist es möglich, aus Richtung der Strahlungswärmequelle einen Schattenwurf auf die Platine zu verursachen, so dass die darunter befindlichen Bereiche der Platine auf einer Temperatur gehalten werden oder aber auf eine Temperatur erwärmt werden, die unterhalb der AC3-Temperatur liegt. Im Rahmen der Erfindung können weiterhin die Mittel zur konduktiven Temperierung unterhalb der Blende angeordnet sein, so dass sie ebenfalls nicht der direkten thermischen Belastung der Strahlungswärmequelle ausgesetzt sind. Durch die Möglichkeit der Schwenkbarkeit der Blende oder aber auch der Verschiebbarkeit der Blende ist es möglich, die Ofenanlage für verschieden große Platinen oder aber für verschieden große Bereiche innerhalb der Platinen anzuwenden.
Weiterhin bevorzugt ist in der Ofenanlage eine Trennwand und/oder eine Abdeckhaube angeordnet, wobei durch die Trennwand und/oder durch die Abdeckhaube die durch die Strahlungswärme erzeugte Temperaturzone von dem restlichen Heizraum separiert ist und/oder thermisch isoliert ist. Im Rahmen der Erfindung sind dabei die Trennwände oder aber auch die Seitenwände der Abdeckhaube maßgeblich in vertikaler Richtung orientiert und können insbesondere aktiv auf eine in der Ofenanlage befindlichen Platine abgesenkt werden. Durch die in der Ofenanlage zusätzlich angeordneten Trennwände ist somit ein klarer Übergangsbereich zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich definiert. Die Strahlungswärmequelle wird somit in vertikaler Richtung im Bereich erster Art der Platine gehalten, so dass diese nicht auch auf den Bereich zweiter Art strahlt. Zwischen den zwei Bereichen findet ein Wärmeübergang aufgrund von Wärmeleitung statt, welcher jedoch durch zusätzliche Mittel, beispielsweise eine aktive Kühlvorrichtung, eingedämmt oder aber derart unterbunden werden kann, dass eine scharfe Trennung zwischen den beiden voneinander verschiedenen Bereichen erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, aufgrund der effizienten Energienutzung der erfindungsgemäßen Ofenanlage die Platine derart schnell thermisch zu behandeln, dass die Wärmeleitung zwischen den zwei Bereichen vernachlässigbar ist.
Weiterhin bevorzugt sind in der Ofenanlage Transportmittel angeordnet, wobei über die Transportmittel die Platine in horizontaler Richtung verlagerbar ist. Bei den Transportmitteln handelt es sich besonders bevorzugt um Transportrollen oder Transportketten. Im Rahmen der Erfindung kann es sich jedoch auch um Transportschienen handeln. Weiterhin bevorzugt ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage die Platine über einen Manipulator einzulegen. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Transportmittel als Auszug derart zu gestalten, dass sie in der Funktionsweise einer Schublade arbeiten.
Weiterhin ist bevorzugt die Platine innerhalb der Ofenanlage in vertikaler Richtung anhebbar, insbesondere durch mindestens ein Hubelement. Insbesondere bei in der Ofenanlage ortsfest angeordneter Strahlungswärmequelle sowie ortsfest angeordneten konduktiven thermischen Behandlungsmitteln, insbesondere Kühlplatten, ist es somit möglich, die Platine auf einfache Weise in die Ofenanlage in horizontaler Richtung zu transportieren und, sofern sie ihre Lageposition erreicht hat, über die Hubvorrichtung in vertikaler Richtung zu der Strahlungswärmequelle hin orientiert anzuheben und optional dabei gegen die Kühlplatten zu pressen.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, die Platine derart anzuheben, dass sie in formschlüssigen, insbesondere flächigen Kontakt mit den Kühlplatten kommt. Ist die thermische Behandlung erfolgt, wird die Platine dann wiederum abgesenkt und über die Transportmittel aus der Ofenanlage befördert. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung sowohl ein Durchlauftransport mit einer Eingangsseite und einer auf der Eingangsseite gegenüberliegenden Ausgangsseite möglich als auch eine Beschickung der Ofenanlage mit nur einer Öffnung, durch die dann die Platine in die Ofenanlage eingelegt wird und auch wieder aus der Ofenanlage entnommen wird.
Weiterhin besonders bevorzugt ist die Platine auf einer Isolierschicht innerhalb der Ofenanlage lagerbar, insbesondere ist die Platine mit der Isolierschicht anhebbar, wobei die Platine bevorzugt zumindest bereichsweise auf der Isolierschicht aufliegt. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, die Platine von nur einer Seite thermisch zu behandeln, insbesondere zu erwärmen. Die gegebenenfalls dadurch auf der Unterseite der Platine austretende Wärme wird durch die Isolierschicht bestmöglich innerhalb der Platine gehalten, so dass eine optimale Energienutzung der Wärmeenergie innerhalb der erfindungsgemäßen Ofenanlage erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung ist die Isolierschicht insbesondere als Trägerschicht ausgebildet, wobei die Platine ganz besonders bevorzugt vollflächig auf der Isolierschicht aufliegt und weiterhin bevorzugt mit der Isolierschicht in die Ofenanlage verbringbar ist, in dieser thermisch behandelbar ist und anschließend wieder mit der Isolierschicht aus der Ofenanlage entnehmbar ist. Die Isolierschicht ist dabei insbesondere aus einem Isolierwerkstoff und/oder einem keramischen Werkstoff ausgebildet, wobei der Isolierwerkstoff eine hinreichende Temperaturresistenz hat, so dass er die Temperaturen von mitunter über AC3 über die gesamte Zeit der Wärmebehandlung resistent verträgt.
Weiterhin besonders bevorzugt ist die Isolierschicht im Rahmen der Erfindung mehrschichtig ausgebildet, wobei die Isolierschicht weiterhin bevorzugt als einschichtige oder aber als mehrschichtige Isolierschicht eine Dicke von mehr als 1 cm, ganz besonders bevorzugt mehr als 2 cm und insbesondere mehr als 5 cm besitzt. Diese Isolierschicht sollte im Rahmen der Erfindung jedoch nicht bedeutend dicker als 30 cm sein, so dass im Falle einer Trägerschicht eine Handhabbarkeit von Isolierschicht mit aufgelegter Platine möglich ist.
Weiterhin besonders bevorzugt ist in der Isolierschicht mindestens ein Temperatursensor angeordnet. Mittels des Temperatursensors in der Isolierschicht ist es somit möglich, Rückschlüsse auf die Erwärmung des Bauteils zu führen. Ist die Strahlungswärme nur über die Oberfläche an die Platine weitergegeben, tritt sie an der Oberfläche in die Platine ein und in der Platine selber wird sie über Wärmeleitung verteilt. Wird nun an einer Unterseite, mithin in der Isolierschicht, eine Temperatur gemessen, kann hierüber auf besonders sicherer Art und Weise auf die Bauteiltemperatur geschlossen werden oder aber die Bauteiltemperatur direkt gemessen werden. Bevorzugt wird ein direkter Sensorkontakt zur Unterseite der Platine hergestellt.
Weiterhin besonders bevorzugt sind in der Isolierschicht selber Trennschichten angeordnet, wobei die Trennschichten vertikal orientiert sind und korrespondierend zu den mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen der Platine entlang eines Übergangsbereichs verlaufen. In einfachster Ausführung ist die Trennschicht als vertikal orientierte Trennfuge an der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet. Zwischen den zwei voneinander verschiedenen Bereichen der Platine wird somit auch an der Unterseite eine Trennung vorgenommen, so dass es nicht bei einer in die Isolierschicht übertretenden Wärmeleitung zu einer Weiterleitung an den zweiten Bereich kommt. Die Isolierschicht ist dabei entweder im Falle einer Trennfuge mit Luft gefüllt oder aber im Falle eines physisch vorhandenen Materials mit einem Material ausgebildet, das eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Weiterhin besonders bevorzugt ist die Isolierschicht als Platinenträger ausgebildet, wobei die Platine auf dem Platinenträger liegend zusammen mit dem Platinenträger in die Ofenanlage einführbar ist und auch aus dieser wieder ausführbar ist.
Weiterhin sind bevorzugt in der Ofenanlage zur konduktiven Wärmebehandlung der zweiten Bereiche Kühlplatten angeordnet, wobei die Kühlplatten bevorzugt oberhalb und/oder unterhalb der Platine angeordnet sind. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die Wärmestrahlrohre auf eine vertikale Richtung bezogen oberhalb der Platine angeordnet. Die Kühlplatten sind weiterhin ebenfalls bevorzugt oberhalb der Platine angeordnet, so dass die Kühlplatten zum einen durch ihren formschlüssigen Kontakt mit der Platine diese konduktiv kühlen, zum anderen die zweiten Bereiche der Platine von der Strahlungswärmequelle analog einer Blende abschotten. Die Strahlungswärme trifft somit nicht auf die zweiten Bereiche. Um jedoch eine zu schnelle Abkühlung des zweiten Bereiches zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kühlplatten selbst mit durch die Wärmestrahlung zu temperieren.
Je nach Anwendungsfall kann es jedoch unter Umständen auch vorteilig sein, dass die Kühlplatten unterhalb der Platine angeordnet sind. Hierdurch werden dann in die zweiten Teile der Platine von den Kühlplatten von der Unterseite her gekühlt, so dass die Kühlplatten selbst wiederum nicht der Strahlungswärme auf der Oberseite der Platine ausgesetzt sind.
Im Rahmen der Erfindung können die Kühlplatten selbst zum einen ortsfest innerhalb der Ofenanlage angeordnet sein, so dass dann die Platine durch die Hubvorrichtung an die Kühlplatten angehoben wird, so dass ein formschlüssiger Kontakt zur konduktiven thermischen Behandlung hergestellt wird. Bevorzugt sind die Kühlplatten ortsfest in der Ofenanlage angeordnet, so dass sie einen langlebigen robusten Einsatz gewährleisten.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Kühlplatten selbst aktiv in der Ofenanlage verlagerbar sind. Beispielsweise können die Kühlplatten über eine Linearführung auf eine in die Ofenanlage eingelegte Platine abgesenkt werden. Auch können die Kühlplatten innerhalb der Ofenanlage schwenkbar, insbesondere auch nicht nur vertikal, sondern auch horizontal schwenkbar, ausgebildet sein, so dass die zweiten Bereiche zum einen in ihrer Position auf der Platine veränderbar sind, zum anderen über die Relativverschiebung der Kühlplatten Positionierungsungenauigkeiten der Platine ausgeglichen werden können.
Zur Verhinderung der Verzunderung der Kühlplatten selber sind die Kühlplatten bevorzugt beschichtet. Weiterhin sind die Kühlplatten aktiv kühlbar, wobei ein Kühlmedium durch die Kühlplatten leitbar ist. Hierdurch ist es möglich, gezielt die Temperatur innerhalb der Kühlplatte einzustellen, die erforderlich ist, um über den konduktiven Wärmeübergang der Kühlplatte in dem zweiten Bereich des Bauteils gezielt die gewünschte Temperatur einzustellen.
Weiterhin bevorzugt ist die Kühlplatte gegenüber der Wärmestrahlung isoliert ausgebildet, insbesondere wird die Kühlplatte von einer Kühlplattenisolierung abgedeckt, die zwischen der Kühlplatte und der Strahlungswärmequelle angeordnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Kühlplatte im Betrieb der Ofenanlage unnötig stark erwärmt, so dass durch die Kühlplattenisolierung die Strahlungswärme von der Kühlplatte selbst abgeschirmt wird und die Kühlplatte durch die Eigenkühlung aufgrund des durch die Kühlplatte strömenden Kühlmediums auf einem unterkritischen Temperaturniveau gehalten wird. Weiterhin bevorzugt sind hierzu Sensoren in der Kühlplatte selber integriert oder aber die Sensoren überwachen die Kühlplatte extern. Um verschiedenen Bauteilanforderungen zu genügen, ist es vorteilhaft, wenn die Isolierung und/oder Abdeckung leicht entfernbar bzw. austauschbar ist, um eine gezielt niedrige Kühlleistung in die Platine in einem zweiten Bereich einzubringen.
Im Rahmen der Erfindung ist es über Reglung und/oder Steuerung des Drucks des Kühlmediums sowie der Temperatur des Kühlmediums möglich, eine entsprechende Temperatur der Kühlplatte einzustellen, die dann wiederum dazu genutzt wird, die Temperatur innerhalb des zweiten Bereichs einzustellen.
Weiterhin bevorzugt ist ein Temperatursensor in einem Rücklaufkanal des Kühlmediums angeordnet, wobei über die gemessene Temperatur des Kühlmediums die Temperatur der Kühlplatte bestimmbar ist. Hierdurch ist es wiederum möglich, den Temperatursensor außerhalb der Ofenanlage zu positionieren und aufgrund des rückgeführten Kühlmediums einen direkten Rückschluss auf die in dem zweiten Bereich vorherrschende Bauteiltemperatur zu ermöglichen.
Weiterhin bevorzugt sind die oberhalb der Platine angeordneten Kühlplatten zwischen einer Platinenoberfläche und der Strahlungswärme angeordnet und/oder die unterhalb der Platine angeordneten Kühlplatten, die sind in die Isolierschicht integriert oder durchgreifen die Isolierschicht. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, durch die Kühlplatten selbst einen Teil der Platinenoberfläche von der Strahlungswärmequelle derart abzuschotten, dass keine Strahlungswärme auf die Oberfläche der Platine in dem Bereich unterhalb der Kühlplatte gelangt. Ferner wird durch die Kühlplatte die Oberfläche der Platine gekühlt, d. h. von einer über AC3-Temperatur auf eine unterhalb AC3-Temperatur oder aber auf eine Temperatur unterhalb AC3 erwärmt. Ferner sind unterhalb der Platine angeordnete Kühlplatten entweder direkt in die Isolierschicht integriert oder aber derart ausgebildet, dass sie die Isolierschicht durchgreifen. Somit ist es beispielsweise möglich, die unterhalb der Platine angeordneten Kühlplatten an die Platine anzuheben. Die Platine wird somit entweder mit oder aber ohne Isolierschicht in die Ofenanlage befördert, wobei anschließend die Kühlplatten die Isolierschicht durchgreifend formschlüssig mit der Platine in Kontakt gebracht werden, so dass eine konduktive Wärmeübertragung stattfindet.
Weiterhin besonders bevorzugt ist in der Ofenanlage mindestens ein Temperatursensor angeordnet, der eine nicht taktile Temperaturmessung vornimmt, wobei der Temperatursensor mindestens eine Bauteiltemperatur der Platine, insbesondere eines Bereichs, misst. Beispielsweise kann es sich im Rahmen der Erfindung um einen Infrarotsensor handeln, der an einer Oberfläche der Platine die dort herrschende Bauteiltemperatur aufnimmt. In Abhängigkeit der gemessenen Bauteiltemperatur ist es dann wiederum möglich, mittels der Strahlungswärmequelle und/oder der Kühlplatten derart durch eine Steuerung oder Regelung zu reagieren, dass eine höhere oder geringere Heizleistung bzw. eine höhere oder geringere Kühlleistung eingestellt bzw. eingeregelt wird.
Insbesondere ist die von der Strahlungswärmequelle abgegebene Strahlungswärme durch Steuerung oder Regelung der Zufuhr von fossilem Brennstoff und/oder Sauerstoff oder Luft einstellbar, wobei bei einem Beschickungsvorgang der Ofenanlage die Leistung der Strahlungswärmequelle in einen Minimalbetrieb überführbar ist oder aber auch die Strahlungswärmequelle abgestellt wird. Im Rahmen der Erfindung nutzt die Ofenanlage insbesondere das Prinzip der Strahlungswärme, wodurch es vermieden wird, lange Aufheizzeiten oder Vorlaufzeiten der Ofenanlage zu fahren, um die Ofenatmosphäre auf Betriebstemperatur zu bringen. Die Erwärmung findet annähernd, insbesondere ausschließlich, durch die Strahlungswärme statt, weshalb die Ofenanlage nach Aktivierung der Strahlungswärmequelle sofort einsatzbereit ist. Bei einem Beschickungsvorgang selber wird keinerlei Strahlungswärme benötigt, weshalb die Strahlungswärmequelle in einen Minimalbetrieb überführbar ist. Unter einem Minimalbetrieb ist ein derart reduzierter Brennbetrieb zu verstehen, so dass es im Anschluss daran ohne erneuten Zündvorgang möglich ist, die Strahlungswärmequelle wieder auf eine Betriebsleistung oder aber auf eine Maximalleistung zu bringen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Strahlungswärmequelle während des Beschickungsvorgangs komplett abzustellen.
Ferner ist im Rahmen der Erfindung eine Absaugvorrichtung an die Ofenanlage angeschlossen, so dass bei der Verbrennung der Strahlungswärmequelle erzeugtes Abgas aus dem Heizraum absaugbar ist. Das Abgas wird dann erfindungsgemäß in dreierlei Hinsicht weiterverwertet. Zum einen ist in dem Abgas enthaltene Wärme, die einem anderen Produktionsprozess zugeführt werden kann oder aber auch dazu genutzt werden kann, das Kühlmedium der Kühlplatten zu erwärmen oder die Luft bzw. den Sauerstoff vorzuwärmen. Da die zweiten Bereiche durch die Kühlplatten auf eine Temperatur zwischen circa 400° und 850° C entweder von über Austenitisierungstemperatur abgekühlt werden oder aber auf dieses zuvor genannte Temperaturintervall erwärmt werden, bedarf es ebenfalls einer Temperatur des Kühlmediums in einem entsprechend hohen Temperaturbereich. Das Kühlmedium ist somit bezogen auf die Raumtemperatur zu erwärmen, wobei zur Erwärmung ausschließlich oder aber zusätzlich die im Abgas enthaltene Wärmeenergie nutzbar ist.
Eine zweite Verwendungsmöglichkeit des abgesaugten Abgases besteht darin, dass das Abgas erneut dem Verbrennungsvorgang der Strahlungswärmequelle zugeführt wird. Je nach stöchiometrischer Zusammensetzung des Abgases ist mitunter ein hoher Restsauerstoffgehalt vorhanden, der bei einer erneuten Verbrennung genutzt werden kann. Weiterhin werden mitunter im Abgas enthaltene Schadstoffe durch die erneute Verbrennung gemindert, so dass die bei der thermischen Behandlung mit der erfindungsgemäßen Ofenanlage entstehenden Schadstoffe und Abgasemissionen gegenüber einer herkömmlichen Strahlungswärmequelle deutlich gesenkt werden.
Zur besseren Reinigung des Abgases ist weiterhin eine Reinigungsvorrichtung in dem Abgaskanal angeordnet, insbesondere handelt es sich bei der Reinigungsvorrichtung um einen Katalysator oder aber auch um eine Abscheidevorrichtung.
Um die in dem Abgas enthaltene Wärmeenergie nutzen zu können, ist weiterhin an die Absaugvorrichtung ein Wärmetauscher angeordnet, wobei das Abgas durch den Wärmetauscher leitbar ist und entweder einem anderen Produktionsprozess zuführbar ist oder aber auch mittels der Wärme des Abgases das Kühlmedium der Kühlplatten temperierbar ist.
Weiterhin bevorzugt ist in dem Abgaskanal ein Messfühler angeordnet, wobei in Abhängigkeit der Abgastemperatur und/oder der Abgaskonsistenz, also der stöchiometrischen Zusammensetzung des Abgases, der Verbrennungsvorgang der Strahlungswärmequelle regelbar oder steuerbar ist. Hierdurch ist es zum einen möglich, beispielsweise durch Zuführung von fossilem Brennstoff, Verbrennungsluft aus der Umgebung oder aber auch zusätzlicher Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft, eine jeweils effektive und wirkungsgradeffiziente Verbrennung herzustellen. Dadurch ist die Strahlungswärmequelle in nahezu allen Betriebspunkten wirkungsgradoptimiert zu betreiben, was die Produktionskosten zur Erwärmung zum einen aufgrund des wirkungsgradoptimierten Betreibens der Strahlungswärmequelle senkt, zum anderen aufgrund der Möglichkeit, die Strahlungswärmequelle beispielsweise bei einem Beschickungsvorgang auf einen Mindestbetrieb herunterzufahren oder aber auszuschalten. Insgesamt sinken hierdurch die Produktionskosten eines erfindungsgemäß temperierten Bauteils.
Weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ofenanlage, wobei die Ofenanlage mindestens eines der zuvor genannten Merkmale aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Platine in horizontaler Richtung in die Ofenanlage befördert wird und anschließend durch die Hubvorrichtung angehoben wird, wobei die Platine unterhalb der Kühlplatten zur Anlage kommt und im Anschluss daran mittels Strahlungswärme in einem ersten Bereich auf mindestens AC3-Temperatur aufgeheizt wird oder im Falle einer vorerwärmten Platine auf mindestens AC3-Temperatur gehalten wird und in einem zweiten Bereich auf eine Temperatur unterhalb AC3 erwärmt wird oder im Falle einer vorerwärmten Temperatur auf eine Temperatur unter AC3 gekühlt wird und anschließend die Platine abgesenkt und aus der Ofenanlage entnommen wird.
Alternativ und/oder ergänzend ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Kühlplatten auf die Platine abzusenken und/oder an die Platine anzuheben.
Weiterhin bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Platine durch einen Manipulator in der Ofenanlage platziert oder die Platine über eine Fördereinrichtung, insbesondere über Gleitschienen oder Rollen, in die Ofenanlage befördert. Im Anschluss daran wird die Platine innerhalb der Ofenanlage platziert, wobei sich der Platzierungsvorgang direkt an den Beförderungsvorgang anschließen kann oder aber der Beförderungsvorgang mit dem Platzierungsvorgang abgeschlossen wird. Die Platine wird dann durch die Hubvorrichtung angehoben und an die Kühlplatten herangeführt.
In einer anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, nicht die Platine anzuheben, sondern die Kühlplatten abzusenken. Gegebenenfalls wird auch die Strahlungswärmequelle abgesenkt, so dass eine effektive Ausnutzung der Wärmestrahlung unter Vermeidung zu großer Wärmestrahlungsverluste ausgenutzt wird.
Zur weiteren Wirkungsgradsteigerung der erfindungsgemäßen Ofenanlage wird weiterhin die Brennerleistung der Strahlungswärmequelle bei einem Beschickungsvorgang der Ofenanlage ausgeschaltet oder auf einen Minimalbetrieb heruntergefahren.
Somit wird nur Wärme erzeugt, die dann auch in die Platine eingeführt wird, während des eigentlichen Erwärmungsvorgangs. Insbesondere in den Zeiten der Beschickung der Ofenanlage wird keine Wärmeenergie oder aber Wärmeenergie in einem nur zu vernachlässigendem Maße verbraucht. Im Rahmen der Erfindung ist es somit auch möglich, bereits kurz nach dem Zeitintervall zwischen Abschluss der Erwärmungsphase bzw. Temperierungsphase und Entnahme eine Optimierung durch eine gezielte Absenkung des Energieverbrauchs der Strahlungswärmequelle vorzunehmen. Ein analoges Vorgehen gilt für den Beschickungs- bzw. Beladungsvorgang.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die aus der Ofenanlage abgesaugte Luft, insbesondere das abgesaugte Abgas, auf seine stöchiometrische Konsistenz hin überprüft wird und in Abhängigkeit dessen die Strahlungswärmequelle geregelt oder aber auch gesteuert wird. Somit ist es beispielsweise durch ein additives Hinzufügen von reinem Sauerstoff möglich, die Verbrennung zu optimieren, oder aber durch die Dosierung von aus der Umgebung der Verbrennung zugeführter Frischluft sowie des fossilen Brennstoffs möglich, die Strahlungswärmequelle zu steuern und/oder zu regeln. Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das aus der Ofenanlage abgesaugte Abgas wiederum dem Verbrennungsvorgang zuzuführen, so dass die Restgasanteile Sauerstoff erneut verbrannt werden und/oder die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffanteile durch die erneute Verbrennung zu reduzieren.
Die zuvor genannten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar, mit den damit jeweils einhergehenden Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Bauteilen mittels Strahlungswärme, wobei mindestens zwei Bereiche des metallischen Bauteils bei voneinander verschiedenen Temperaturen wärmebehandelt werden ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Temperaturzone eine Wärmequelle vorgesehen ist, so dass ein erster Bereich des Bauteils auf eine Temperatur von mindestens AC3 erwärmbar und/oder auf einer Temperatur von mindestens AC3 haltbar ist und dass in einer zweiten Temperaturzone ein Luftstrom umwälzbar ist, wobei der Luftstrom eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufweist, wobei beide Temperaturzonen von einer Trennvorrichtung voneinander abgegrenzt sind und in der zweiten Temperaturzone ein zweiter Bereich des Bauteils anordnenbar ist.
Im Rahmen der Erfindung wird zur Temperierung des ersten Bereiches eine Wärmequelle eingesetzt, die als Strahlungswärmequelle oder aber auch als konduktive Wärmequelle ausgebildet sein kann. Weiterhin ist eine induktive Erwärmung über die Wärmequelle möglich. Bevorzugt wird jedoch eine Strahlungswärmequelle eingesetzt und nachfolgend wird die Erfindung mit der Strahlungswärmequelle beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, die zuvor genannten Wärmequellen als Alternative zu der Strahlungswärmequelle einzusetzen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ofenanlage, die gegenüber der Umgebung gekapselt ist, mithin Außenwände aufweist, die einen inneren Heizraum der Ofenanlage gegenüber der Atmosphäre bzw. Umgebung abtrennen. Im Inneren der Ofenanlage ist eine Strahlungswärmequelle angeordnet, die in einer ersten Temperaturzone der Ofenanlage dafür sorgt, dass eine Temperatur oberhalb von AC3 vorherrscht. Mithin wird durch die Strahlungswärmequelle eine Temperatur in der ersten Temperaturzone bereitgestellt, die je nach wärmezubehandelnder Legierungszusammensetzung des metallischen Bauteils, insbesondere eines härtbaren Stahlbauteils in Form einer Platine oder aber eines Halbzeugs, im Wesentlichen mehr als 830° C, bevorzugt mehr als 900°C beträgt. Besonders bevorzugt liegt die Temperatur zwischen 910° und 1000° C. Hiermit ist es dann möglich, innerhalb der Ofenanlage in einer ersten Temperaturzone eine entsprechend hohe Temperatur bereitzustellen, so dass es wahlweise wiederum möglich ist, entweder das metallische Bauteil innerhalb der Ofenanlage auf die gewünschte Temperatur in einer ersten Temperaturzone oberhalb AC3 zu erwärmen oder aber eine bereits vorerwärmte Metallplatine innerhalb der Ofenanlage auf der Temperatur innerhalb der ersten Temperaturzone von über AC3 zu halten. Die Temperatur in der ersten Temperaturzone liegt maßgeblich im Einfallwinkelbereich der Strahlungswärme vor. Der restliche Zonenbereich kann eine geringere Temperatur aufweisen.
In einer zweiten Temperaturzone wird dann ein Luftstrom umgewälzt, wobei der Luftstrom eine Temperatur unterhalb AC3, insbesondere unterhalb AC1, der jeweils thermisch zu behandelnden Stahllegierung aufweist. Unter einem Luftstrom ist eine gasförmige Strömung zu verstehen, die als Konsistenz Umgebungsluft oder aber auch eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen kann. Im Rahmen der Erfindung beträgt die Temperatur der zweiten Temperaturzone insbesondere zwischen 100°C und 900°C. Somit es innerhalb der zweiten Temperaturzone möglich, ein Bauteil entweder auf eine Temperatur unterhalb AC3 zu erwärmen oder aber einen Teil des metallischen Bauteils, welches zuvor auf eine Temperatur oberhalb von AC3 erwärmt ist, auf eine Temperatur unterhalb AC3 in der zweiten Temperaturzone zu kühlen. Unterstützt wird dieser Effekt durch einen umgewälzten Luftstrom, der an dem Bauteil mittels erzwungener Konvektion einen entsprechenden Wärmeübergang, insbesondere zur Kühlung von über AC3 auf unter AC3, gewährleistet.
Durch die Trennung, insbesondere durch eine mechanische Trennvorrichtung beider Temperaturzonen voneinander, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, in der ersten Temperaturzone sehr kosteneffizient mittels Strahlungswärme die Temperaturen oberhalb von AC3 zu erreichen und in der zweiten Temperaturzone eine davon verschiedene Temperatur, insbesondere eine Kühlung aufgrund erzwungener Konvektion vorzunehmen. Die erfindungsgemäße Ofenanlage bedarf daher keinerlei langen Vorwärmzeiten von mehreren Stunden, sondern ist innerhalb weniger Minuten bereits einsatzbereit und kann sofort mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.
Es ist gleichsam möglich, im Falle einer Produktionsunterbrechung, bspw. durch Ausfall einer nachgeschalteten Pressenanlage, die wärmezubehandelnden metallischen Bauteile, insbesondere die Platinen, innerhalb der Ofenanlage auf den entsprechend gewünschten Temperaturen innerhalb voneinander verschiedenen Temperaturzonen zu halten.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Trennvorrichtung als Schott ausgebildet, wobei die beiden Temperaturzonen durch das Schott voneinander abgeschottet sind, wobei das Schott insbesondere formschlüssig auf dem Bauteil aufliegt oder zwischen dem Schott und dem Bauteil ein minimaler Abstand verbleibt, wobei das Schott austauschbar ist, so dass an das Bauteil angepasste unterschiedliche Schotts in der Ofenanlage verwendbar sind. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, aufgrund einer formschlüssigen Anpassung des Schotts an das herzustellende Bauteil eine klare Trennung der unterschiedlichen Temperaturbereiche innerhalb des Bauteils herbeizuführen.
Im Falle einer Platine liegt das Schott maßgeblich auf der Oberfläche der Bauteilplatine auf. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass ein geringfügiger Abstand in Form eines Spalts, insbesondere eines Spalts von 0,1 mm bis 50 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 20 mm, verbleibt. Hierdurch wird unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen Rechnung getragen, die das Bauteil oder aber das Schott aufgrund der Temperatureinwirkungen durchlaufen können. Somit wird auch bei thermisch zu behandelnden Bauteilen von bis zu mehreren Quadratmetern gewährleistet, dass kein Verkanten oder Ähnliches auftritt. Der Abstand in Form des Spalts kann auch als Regelparameter eingesetzt werden, um die Gasstromtemperatur in der zweiten Temperaturzone zu steuern oder zu regeln. Durch die Höhe des Spaltes tritt mehr oder weniger Wärme von der ersten Zone in die zweite Zone über, was sich dann auf die Temperatur in der zweiten Zone auswirkt.
Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin nicht nur metallische Bauteile in Form von Platinen thermisch behandelbar, sondern auch Bauteile in Form von Halbzeugen, beispielsweise vorgeformten Profilen oder Ähnlichen, die dann nach der Erwärmung weiter umgeformt werden. Hierzu ist es im Rahmen der Erfindung möglich, verschiedene Schotts austauschbar in der Ofenanlage anzuordnen, so dass die Schotts in Form von verschiedenen, jeweils als auf die thermisch zu behandelnden Bauteile formschlüssig angepasste Formblenden in die Ofenanlage eingliederbar sind. Auch hier wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt, da keine Verlustwärmeleistung oder Ähnliches aufgrund der Schotts von den einzelnen Temperaturzonen oder aber in Randbereichen der Ofenanlage auftreten kann. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorteilige, einen definierten Wärmetransfer durch das Schott hindurch in die zweite Zone zu ermöglichen. Dieser kann durch eine voreingestellte Permeabilität des Schotts definiert sein oder aber auch steuerbar sein, bspw. durch Öffnungen in dem Schott.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Trennvorrichtung als Blende ausgebildet, wobei die Blende den zweiten Bereich des metallischen Bauteils zumindest abschnittsweise überdeckt, so dass der zweite Bereich von der Strahlungswärmequelle abgeschirmt ist. Die Trennvorrichtung ist in dieser Ausführungsvariante ebenfalls als physisch bzw. mechanisch vorhandene Trennvorrichtung innerhalb der Ofenanlage angeordnet, wobei maßgeblich die von der Strahlungswärmequelle ausgesandte Strahlungswärme von der Blende abgeschirmt wird und somit aus Richtung der Strahlungswärmequelle orientiert kommende Strahlungswärme von unterhalb der Blende liegenden Bereichen, mithin zweiten Bereichen, abschirmt. Im Rahmen der Erfindung ist in einer solchen Ausführungsvariante gleichsam auch wiederum im zweiten Bereich ein Luftstrom umwälzbar. Im Falle der Blende, die mittig im Heizraum angeordnet ist, tritt dann der Luftstrom zumindest teilweise auch in den Bereich erster Art über. Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, sowohl die Blende als auch das Schott miteinander zu kombinieren, so dass zum einem die Strahlungswärme lokal abgeschirmt wird, zum anderen aber auch der umgewälzte Luftstrom durch annähernd formschlüssige Anlage an dem thermisch zu behandelnden metallischen Bauteil abdichtbar ist. Damit lassen sich sehr kleine zweite Bereiche auch innerhalb der ersten Temperaturzone, welche durch das Schott abgegrenzt werden, einstellen.
Im Rahmen der Erfindung ist die Trennvorrichtung weiterhin bevorzugt in der Ofenanlage bewegbar ausgebildet, insbesondere ist die Trennvorrichtung als Abdeckhaube ausgebildet. Die Trennvorrichtung ist somit in Form einer Abdeckhaube bzw. auch in Form einer Käseglocke über mindestens einen Bereich erster Art stülpbar, wobei dann in dem Bereich erster Art eine erste Temperaturzone oberhalb AC3 einstellbar ist. Innerhalb der Abdeckhaube ist dann wiederum eine Strahlungswärmequelle angeordnet, die beispielsweise auch als Deckel der Abdeckhaube ausgebildet sein kann, wobei innerhalb der Abdeckhaube dann durch die Strahlungswärmequelle eine Temperatur an dem thermisch zu behandelnden Bauteil oberhalb von AC3 erzeugt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, innerhalb der Abdeckhaube Bereiche zweiter Art auszubilden, so dass unter der Abdeckhaube eine Temperatur vorherrscht, die unterhalb von AC3, insbesondere unterhalb von AC1, liegt. Im Rahmen der Erfindung ist es dann wiederum vorstellbar, dass an die Abdeckhaube angeschlossene Schläuche entsprechend einen Luftstrom in die Abdeckhaube einblasen und gegebenenfalls auch abziehen, so dass innerhalb der Abdeckhaube der Bereich zweiter Art mit einem umwälzbaren Luftstrom ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist in der zweiten Temperaturzone der zweite Bereich des metallischen Bauteils durch Konvektion temperierbar, insbesondere durch Konvektion auf einer Vorderseite und/oder auf einer Rückseite des metallischen Bauteils, wobei das metallische Bauteil durch Konvektion aufheizbar ist oder aber bei einem bereits aufgeheizten metallischen Bauteil der zweite Bereich durch die Konvektion an der Vorderseite und/oder Rückseite kühlbar ist. Im Rahmen der Erfindung ist somit das metallische Bauteil insbesondere im zweiten Bereich derart gelagert, dass es entweder einseitig an der Vorderseite oder an der Rückseite von dem Luftstrom überströmbar ist oder alternativ dazu auch beidseitig von dem Luftstrom überströmbar ist. Hierdurch ist es möglich, das Bauteil auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur, insbesondere unterhalb der AC1-Temperatur, zu erwärmen oder aber bei einem vorerwärmten metallischen Bauteil von einer Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur langsam, oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit, zu kühlen.
Weiterhin bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Brenner für fossile Brennstoffe ausgebildet, insbesondere als Gasbrenner, wobei die Strahlungswärmequelle in einem Innenraum, insbesondere direkt benachbart zu dem ersten Bereich angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung ist die Strahlungswärmequelle bevorzugt als Gasbrenner ausgebildet, der fossile Brennstoffe, beispielsweise gasförmige oder flüssige Brennstoffe, verbrennt. Der Gasbrenner ist somit innerhalb kürzester Zeit direkt einsatzbereit und bedarf keiner langen Vorlaufzeit, um die gewünschte Betriebstemperatur zunächst zu erreichen. Bevorzugt ist die Strahlungswärmequelle als Heizstrahler ausgebildet. Die Strahlungswärmequelle ist besonders bevorzugt derart angeordnet, dass sie innerhalb der ersten Temperaturzone angeordnet ist, wobei die Strahlungswärmequelle weiterhin bevorzugt in direkter Nachbarschaft zu dem ersten Bereich des metallischen Bauteils angeordnet ist. Hierdurch sind nur kurze Wege der Strahlungswärme von der Wärmequelle zum metallischen Bauteil notwendig, da sie sich besonders positiv auf die zum Quadrat eingehende Entfernung der Stefan-Bolzmann-Konstante auswirken. Ein Strahlungswärmebrenner ist weiterhin besonders fehlerunanfällig und ermöglicht zugleich die Erwärmung in Strahlungsrichtung auf die Temperaturen oberhalb AC3, wobei die Temperaturen in der übrigen Ofenanlage, insbesondere innerhalb des Innenraums bzw. Heizraums, zwangsläufig nicht Temperaturen von über AC3 einnehmen. Die Umgebungstemperatur innerhalb der Ofenanlage ist mitunter 50° oder gar 100° geringer, weshalb die übrigen in der Ofenanlage angeordneten Schotte oder Hauben keinen so starken thermischen Belastungen ausgesetzt sind, wie es allein aufgrund der Wärmestrahlung bei dem thermisch zu behandelnden Bauteil der Fall ist.
Weiterhin bevorzugt können im Rahmen der Erfindung Strahlungswärmequellen auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des metallischen Bauteils angeordnet sein. Sie können also in einer Ofenanlage decken- und/oder bodenseitig angeordnet sein oder aber auch frei und modulartig in der Ofenanlage positionierbar bzw. applizierbar sein. Im Rahmen der Erfindung ist es somit je nach zu erwärmenden metallischem Bauteil möglich, eine effiziente Erwärmung durch die Strahlungswärmequellen herzustellen. Beispielsweise ist es bei Platinen von nur wenigen Millimetern möglich, mit nur einer einseitigen Strahlungswärmequelle in effizienter und schneller Weise die Platine auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen oder aber auf dieser Temperatur zu halten. Bei Platinen, die mitunter Dicken von mehreren Zentimetern besitzen, ist es effizienter, die Platine direkt beidseitig zu erwärmen.
Besonders bevorzugt ist dazu weiterhin das metallische Bauteil auf einer Trägervorrichtung innerhalb der Ofenanlage gelagert, wobei die Trägervorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsvariante insbesondere als Isolierschicht ausgebildet ist und auf der der Strahlungswärmequelle gegenüberliegenden Seite des metallischen Bauteils angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung kann die Trägervorrichtung jedoch auch eine Rollenvorrichtung oder aber ein gitterartiges Rost sein, auf die die metallische Platine aufgelegt wird. Durch die Trägervorrichtung, insbesondere durch eine poröse Trägervorrichtung, kann somit wiederum Strahlungswärme einer unterhalb der Platine angeordneten Strahlungswärmequelle an die Platine gelangen.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin die Trennvorrichtung besonders bevorzugt thermisch isoliert ausgebildet, insbesondere als Hohlbauteil und/oder mehrschichtiges Sandwichbauteil. Im Rahmen der Erfindung ist die mechanisch ausgebildete Trennvorrichtung somit als zweilagiges mechanisches Bauteil, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff oder aber auch aus einem keramischen Werkstoff oder aber aus einer Mischung der zuvor genannten Werkstoffe, derart ausgebildet, dass zwischen zwei Lagen eine Luftschicht oder auch eine Vakuumschicht angeordnet ist, wobei die Luftschicht insbesondere die thermische Isolierung vornimmt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Trennvorrichtung als mehrschichtiges Sandwichbauteil auszubilden, derart, dass beispielsweise zwischen zwei äußeren Lagen eine mittlere Isolierungsschicht aus einem Isolationswerkstoff ausgebildet ist.
In einer weiteren und/oder ergänzenden Ausführungsvariante zu der zuvor beschriebenen thermischen Isolierung ist die Trennvorrichtung porös ausgebildet, so dass Wärme der ersten Temperaturzone in die zweite Temperaturzone übertreten kann. Hierdurch kann die zweite Temperaturzone erwärmt werden, ohne dass hier eine zusätzliche zweite Wärmequelle anzuordnen ist. In einfachster Ausführungsvariante ist unter einer porös ausgebildeten Trennvorrichtung eine gelochte oder aber perforierte mechanische Trennvorrichtung zu verstehen. Die in der ersten Temperaturzone höher ausgebildete Temperatur kann somit von dieser in die zweite Temperaturzone, in der eine geringe Temperatur vorherrscht, übertreten. Unterstützt wird dies je nach Strömungslenkung von dem in der zweiten Temperaturzone zirkulierenden Luftstrom, der an der gelochten bzw. an der porösen Trennvorrichtung einen Sogeffekt erzeugt, so dass mitunter aktiv Wärme von der ersten Temperaturzone abgesogen wird, um die zweite Temperaturzone zu erwärmen. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, auf zusätzliche Wärmequellen oder aber eine Erwärmung der zweiten Temperaturzone zu verzichten oder aber eine Heizung in der zweiten Temperaturzone in nur geringem Maße auszunutzen.
Bevorzugt wird der Luftstrom in der zweiten Temperaturzone durch eine in der Temperaturzone angeordnete Umwälzeinrichtung erzeugt und/oder der Luftstrom wird durch mindestens einen an die Ofenanlage angeschlossenen Strömungskanal in die zweite Temperaturzone befördert. Letzterenfalls wird der Luftstrom von einer externen Umwälzeinrichtung erzeugt. Hierdurch ist es möglich, die Umwälzeinrichtung selbst außerhalb der Ofenanlage anzuordnen, so dass sie nicht den starken thermischen Belastungen von mitunter bis zu mehreren 100° C direkt ausgesetzt ist. Auf dem Weg des Luftstroms durch den Strömungskanal wird dieser dann durch optionale Heizelemente erwärmt oder aber aufgrund der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante wird der Luftstrom durch die Wärmestrahlung der ersten Temperaturzone mit erwärmt.
Bevorzugt ist der Luftstrom mittels eines Wärmetauschers und/oder einer in dem Luftstrom angeordneten Wärmequelle in seiner Temperatur gezielt einstellbar. Hierdurch ist es möglich, die Lufttemperatur des Luftstroms derart gezielt einzustellen, dass aufgrund des Luftstroms eine gezielte Temperatureinstellung innerhalb des zweiten Bereichs des thermisch zu behandelnden Bauteils erzielbar ist.
Weiterhin bevorzugt wird der Luftstrom in seiner Strömungsgeschwindigkeit eingestellt. Dies ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise möglich durch die Einstellung der Intensität der Umwälzeinrichtung. Ist die Umwälzeinrichtung beispielsweise in Form eines Gebläses oder aber Ventilators ausgebildet, sind verschiedene Gebläsestufen oder aber Ventilatorstufen aufgrund einer Anstellung der Leitschaufeln oder aber aufgrund der Umdrehungsgeschwindigkeit von Ventilator oder Gebläse einstellbar. Insgesamt ergibt sich der Vorteil durch die zwei einstellbaren Parameter, zum einen die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, zum anderen die Temperatur des Luftstroms gezielt die mit erfolgten thermischen Behandlung durch erzwungenen Konvektion eine Temperatur in den zweiten Bereichen des Bauteils einzustellen.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, aufgrund zumindest einer der zuvor beschriebenen Merkmale oder aber einer kombinierten Auswahl mehrerer zuvor beschriebener Merkmale, die metallischen Bauteile im Wesentlichen in horizontaler Richtung in die Ofenanlage zu befördern, wobei dann die Bauteile sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung gleichzeitig mit voneinander verschiedenen Temperaturzonen behandelbar sind. Im Rahmen der Erfindung ist es somit beispielsweise möglich, mehrere Bereiche erster Art oder aber auch mehrere Bereiche zweiter Art beliebig an dem Bauteil zu positionieren und entsprechend thermisch zu behandeln. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Bereiche dritter Art oder auch Bereiche vierter Art mit voneinander verschiedenen Temperaturen thermisch zu behandeln. Beispielsweise ist dies möglich aufgrund verschiedener Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Temperaturen der Luftströmungen in Bereichen zweiter und dritter oder auch vierter Art.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, in die Ofenanlage selber Kühlvorrichtungen zur zumindest partiellen Kühlung von mindestens einem ausgewählten Bereich vorzusehen. Die Kühlvorrichtungen können beispielsweise in Form von Spritzdüsen ausgebildet sein, wobei die Kühlvorrichtungen ferner mittels flüssigem oder gasförmigen Kühlmittel eine weitere gezielte Kühlung vornehmen. Im Rahmen der Erfindung wird über die Kühlung insbesondere ein Bereich auf dem Bauteil thermisch behandelt, so dass sich wiederum von den zuvor beschriebenen Bereichen weitere Bereiche mit voneinander verschiedenen thermischen Eigenschaften ergeben. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die innerhalb der Ofenanlage angeordneten Komponenten, beispielsweise die Trägervorrichtung oder aber auch die Trennvorrichtung, zumindest temporär zu kühlen, so dass sich keine thermischen Spitzenbelastungen, die einen irreparablen Schaden an dem Werkstoffgefüge der Komponenten hervorrufen würden, einstellen. Ferner ist es möglich, den Übergangsbereich von dem Bereich erster Art zu dem Bereich zweiter Art des Bauteils gezielt zu kühlen, um eine Wärmeleitung zu vermeiden.
Weiterhin bevorzugt ist auch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des Luftstromes in der zweiten Temperaturzone vorgesehen. Die Kühlvorrichtung kann dazu in der zweiten Temperaturzone selbst vorgesehen sein oder aber außerhalb der Ofenanlage angeordnet sein. Der Luftstrom wird somit in der Kühlvorrichtung gekühlt und dann in die zweite Temperaturzone eingeleitet oder aber in der zweiten Temperaturzone umgewälzt und dabei gekühlt. Hierdurch kann die gewünschte Temperatur gezielt innerhalb der zweiten Temperaturzone eingestellt werden und optional auch verhältnismäßig schnell gekühlt werden.
Weiterer Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ofenanlage mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der erste Bereich des metallischen Bauteils mittels Strahlungswärme auf mindestens AC3-Temperatur erwärmt wird und/oder in seiner Temperatur auf mindestens AC3-Temperatur gehalten wird und der zweite Bereich durch Konvektion von einer Temperatur von mindestens AC3-Temperatur auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur gekühlt wird oder dass der zweite Bereich durch Konvektion auf eine Temperatur unter AC3 erwärmt wird, wobei die dabei entstehenden unterschiedlichen Temperaturzonen durch eine Trennvorrichtung thermisch voneinander separiert werden
Die Ofenanlage zum thermischen Behandeln von metallischen Bauteilen, insbesondere mittels Strahlungswärme, wobei mindestens zwei Bereiche des metallischen Bauteils bei voneinander verschiedenen Temperaturen wärmebehandelt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass in einer ersten Temperaturzone eine Wärmequelle, insbesondere eine Strahlungswärmequelle vorgesehen ist, so dass ein erster Bereich des Bauteils auf eine Temperatur von mindestens AC3 erwärmbar und/oder haltbar ist und dass in einer zweiten Temperaturzone ein Luftstrom umwälzbar ist, wobei der Luftstrom eine Temperatur unterhalb der AC3 Temperatur aufweist, wobei beide Temperaturzonen von einer Trennvorrichtung voneinander abgegrenzt sind.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Trennvorrichtung als Schott ausgebildet ist und die beiden Temperaturzonen voneinander abschottet, wobei das Schott insbesondere formschlüssig auf dem Bauteil aufliegt oder zwischen dem Schott und dem Bauteil ein minimaler Abstand verbleibt, wobei das Schott austauschbar ist, so dass an das Bauteil angepasste unterschiedliche Schotts in der Ofenanlage verwendbar sind.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Trennvorrichtung als Blende ausgebildet ist und den zweiten Bereich zumindest abschnittsweise überdeckt, so dass der zweite Bereich von der Strahlungswärmequelle abgeschirmt ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Trennvorrichtung in der Ofenanlage bewegbar ausgebildet ist, insbesondere ist die Trennvorrichtung als Abdeckhaube ausgebildet.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass in der zweiten Temperaturzone der zweite Bereich des metallischen Bauteils durch Konvektion temperierbar ist, insbesondere durch Konvektion auf einer Vorderseite und/oder einer Rückseite des metallisches Bauteils, wobei das metallisches Bauteil durch Konvektion aufheizbar ist oder aber bei einem bereits aufgeheizten metallisches Bauteil der zweite Bereich durch Konvektion kühlbar ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass in der zweiten Temperaturzone Leitbleche zur gezielten Strömungslenkung, insbesondere zur Strömungsumlenkung angeordnet sind.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Strahlungswärmequelle als Brenner für fossile Brennstoffe ausgebildet ist, insbesondere als Gasbrenner, wobei die Strahlungswärmequelle in einem Innenraum, insbesondere direkt benachbart zu dem ersten Bereich, angeordnet ist, wobei vorzugsweise als Gasbrenner ein Strahlrohrgasbrenner vorgesehen ist und der Strahlrohrgasbrenner atmosphärisch von dem Ofenraum getrennt ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Strahlungswärmequelle auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des metallischen Bauteils angeordnet ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das metallische Bauteil auf einer Trägervorrichtung innerhalb der Ofenanlage gelagert ist, wobei die Trägervorrichtung insbesondere als Isolierschicht ausgebildet ist und auf der der Strahlungswärmequelle gegenüberliegenden Seite des metallischen Bauteils angeordnet ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Trennvorrichtung thermisch isoliert ausgebildet ist, insbesondere als Hohlbauteil und/oder mehrschichtige Sandwichbauteil.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Trennvorrichtung porös ausgebildet ist, so dass Wärme der ersten Temperaturzone in die zweite Temperaturzone übertreten kann.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Luftstrom in der zweiten Temperaturzone durch eine in der Temperaturzone angeordnete Umwälzeinrichtung erzeugbar ist und/oder dass der Luftstrom durch mindestens einen an die Ofenanlage angeschlossenen Strömungskanal in die zweite Temperaturzone beförderbar ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Luftstrom mittels eines Wärmetauschers und/oder einer in dem Luftstrom angeordneten Wärmequelle in seiner Temperatur einstellbar ist, insbesondere ist der Wärmetauscher als Bypasstrom Abgaswärmetauscher ausgebildet, wobei der Abgasstromwärmetauscher bevorzugt an den Abgasstrom des Gasbrenners angeschlossen ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Luftstrom in seiner Strömungsgeschwindigkeit einstellbar ist.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Bauteile im Wesentlichen in horizontaler Richtung in die Ofenanlage beförderbar sind, wobei die Bauteile in Längsrichtung und in Querrichtung gleichzeitig mit voneinander verschiedenen Temperaturzonen behandelbar sind.
Die Ofenanlage zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass in der Ofenanlage Kühlvorrichtungen zur zumindest partiellen Kühlung von mindestens einem ausgewählten Bereich vorgesehen sind und/oder dass Kühlvorrichtungen zur Kühlung des Luftstromes für die zweite Temperaturzone vorgesehen sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben oben genannter Ofenanlage, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass der erste Bereich des metallisches Bauteils mittels Strahlungswärme auf mindestens AC3 erwärmt wird und/oder in seiner Temperatur auf mindestens AC3 gehalten wird und dass der zweite Bereich durch Konvektion von einer Temperatur von mindestens AC3 auf eine Temperatur unter AC3 gekühlt wird oder dass der zweite Bereich durch Konvektion auf eine Temperatur unter AC3 erwärmt wird, wobei die dabei entstehenden unterschiedlichen Temperaturzonen durch eine Trennvorrichtung thermisch voneinander separiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:

Figur 1a) und b): eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit Platine und Platinenträger sowie Kühlplatte;
Figur 2a) und b): eine Ofenanlage gemäß Figur 1a) und b) mit einer Isolationsschicht über den Kühlplatten;
Figur 3a) und b): eine Ofenanlage gemäß Figur 1a) und b) mit Blenden über den Kühlplatten;
Figur 4a) und b): eine Ofenanlage mit Kühlplatten, die unterhalb der Platine angeordnet sind;
Figur 5a): eine Ofenanlage mit Brennersteuerung und Kühlgaslaufsteuerung;
Figur 5b): eine Ofenanlage mit Abgaswärmetauscher für Kühlflüssigkeit und/oder Luftvorwärmung bzw. Brennstoffvorwärmung;
Figur 6: eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit Abdeckhaube;
Figur 7: eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit Abdeckhaube und Lamellenblechen;
Figur 8: eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit poröser Abdeckhaube und Kühlvorrichtung und
Figur 9: eine erfindungsgemäße Ofenanlage mit Blenden.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
Die Figur 1a zeigt eine erfindungsgemäße Ofenanlage 1, wobei in der Ofenanlage 1 eine Strahlungswärmequelle 2 angeordnet ist und die Strahlungswärmequelle 2 ein Heizstrahlrohr 3 aufweist. Aus dem Heizstrahlrohr 3 tritt Strahlungswärme 4 aus, wobei in Figur 1a ein Beschickungsvorgang der Ofenanlage 1 mit einer Platine 5 gezeigt ist und die Strahlungswärme 4 deutlich reduziert wurde. Die Platine 5 wurde dazu auf einem Platinenträger 6 aufgelegt und in Horizontalrichtung H in die Ofenanlage 1 befördert und kann nach Abschluss des Temperierungsvorgangs in Horizontalrichtung H auch wieder aus der Ofenanlage 1 herausbefördert werden. Hier ist ebenfalls eine Ausgestaltung möglich, so dass nur eine Öffnung für Zugang und Abgang der Platine 5 ausgebildet ist, so dass Durchzugsverluste verhindert werden.
Der Platinenträger 6 selbst ist aus einer Trägerplatte 7 sowie einer auf der Trägerplatte 7 angeordneten Isolierschicht 8 ausgebildet. Die Isolierschicht 8 selber weist in Vertikalrichtung V orientierte Trennschichten 9 auf, wobei die Trennschichten 9 zwischen zweiten Bereichen 10 und einem ersten Bereich 11 auf der Platine 5 angeordnet sind. Die Trennschichten 9 verhindern dabei eine Wärmeleitung von dem ersten Bereich 11 in den zweiten Bereich 10. Bevorzugt ist weiterhin ein nicht dargestellter Temperatursensor auf der Unterseite der Platine 5 angeordnet, wobei der Temperatursensor insbesondere in direktem Anlagekontakt mit der Unterseite steht.
Unterhalb des Platinenträgers 6 sind Transportrollen 12 angeordnet, wobei über die Transportrollen 12 die Platine 5 mitsamt dem Platinenträger 6 in die Ofenanlage 1 beförderbar ist und auch dieser wieder herausbeförderbar ist. Weiterhin sind zwischen einer Platinenoberseite 13 und der Strahlungswärmequelle 2 Kühlplatten 14 angeordnet, wobei in den Kühlplatten 14 Kühlkanäle 15 verlaufen.
In Figur 1b ist die Platine 5 mitsamt dem Platinenträger 6 in Hubrichtung 16 durch eine nicht näher dargestellte Hubvorrichtung angehoben worden, so dass die Platinenoberseite 13 mit einer Kühlseite 17 der Kühlplatten 14 in den zweiten Bereichen 10 zur Anlage kommt und dort eine konduktive Wärmeübertragung stattfindet. In dem ersten Bereich 11 wird mittels Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 eine Bauteiltemperatur der Platine 5 von mindestens AC3-Temperatur hergestellt oder aber gehalten. Das Heizstrahlrohr 3 ist gegenüber der Figur 1a in einen Erwärmungsbetrieb übergegangen, weshalb deutlich mehr Heizenergie in Form von Strahlungswärme aus dem Heizstrahlrohr 3 austritt.
Figur 2a zeigt einen analogen Aufbau zu Figur 1b, wobei die Kühlplatten 14 keine Kühlkanäle 15 aufweisen, jedoch eine Kühlplattenisolierungsschicht 18. Die Kühlplatte 14 selbst wird dabei von der Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 abgeschirmt und ist dieser nicht direkt ausgesetzt, so dass die Kühlplatte 14 sich nicht in erhöhtem Maße durch die Strahlungswärme 4 mit erwärmt. Ferner ist in der Kühlplatte 14 ein Kühlplattentemperatursensor 19 angeordnet, wobei mit Hilfe des Kühlplattentemperatursensors 19 die sich in der Kühlplatte 14 und/oder auf der Oberfläche der Platine 5 einstellende Temperatur überwacht wird.
Figur 2b zeigt wiederum einen analogen Aufbau zu Figur 2a, wobei in Ergänzung die Kühlplatten 14 Kühlkanäle 15 zur aktiven Kühlung und/oder aktiven Temperatureinstellung der Kühlplatten 14 aufweisen. Wiederum sind Kühlplattenisolierungsschichten 18 zwischen der Kühlplatte 14 und dem Heizstrahlrohr 3 angeordnet, so dass sich die Kühlplatte 14 in Folge der Wärmeeinwirkung der Strahlungswärme 4 nur unwesentlich erwärmt.
Figur 3a und b zeigen wiederum einen analogen Aufbau einer Ofenanlage 1 gemäß Figur 1b. Zusätzlich sind auf die Vertikalrichtung V bezogen zwischen dem Heizstrahlrohr 3 und den Kühlplatten 14 Blenden 20 angeordnet. Die in Figur 3a dargestellten Blenden 20 sind schwenkbar gelagert, so dass sie in beliebigen Winkeln α oberhalb der Kühlplatten 14 geschwenkt werden können. Die Blenden 20 sind dann zwischen den Kühlplatten 14 und dem Heizstrahlrohr 3 angeordnet, so dass sie die Kühlplatten 14 von der Strahlungswärme 4 abschirmen. Die Blenden 20 gemäß Figur 3b sind in Horizontalrichtung H verschiebbar ausgebildet, so dass sie ebenfalls zwischen dem Heizstrahlrohr 3 und den Kühlplatten 14 anordnenbar sind, so dass die Kühlplatten 14 gegenüber der Strahlungswärme 4 abgeschirmt werden. Hierdurch ergibt sich eine Möglichkeit der Steuerung oder Regelung der einwirkenden Wärmestrahlung auf die Kühlplatten, wodurch wiederum die Temperatur der Kühlplatten steuerbar oder regelbar ist.
In Figur 4a und b ist wiederum eine weitere Alternative der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei wird gemäß Figur 4a eine Platine 5 auf einen in der Ofenanlage 1 befindlichen Platinenträger 6 aufgelegt, wobei der Platinenträger 6 wiederum durch eine Isolierschicht 8 sowie eine Trägerplatte 7 ausgebildet ist. Die Platine 5 kann beispielsweise von einem Manipulator auf die Isolierschicht 8 aufgelegt werden. Während des in Figur 4a dargestellten Beschickungsvorgangs ist wiederum die abgegebene Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 derart reduziert, dass keine unnötige Energie verbraucht wird. Die Bauteiltemperatur wird durch einen nicht taktilen Temperatursensor 21 an der Platinenoberfläche 13 gemessen. Im Anschluss an den Beschickungsvorgang wird die Platine 5 gemäß Figur 4b in Vertikalrichtung V um den Hub 16 abgesenkt, so dass eine Platinenunterseite 22 auf einer Kühlseite 17 der Kühlplatten 14 zur Auflage kommt. Die Platine 5 wird somit von ihrer Platinenunterseite 22 her durch die Kühlplatten 14 gekühlt, wohingegen eine Platinenoberseite 13 durch die Strahlungswärme 4 des Heizstrahlrohrs 3 erwärmt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Ausführungsvarianten gemäß Figur 1 bis 3 mit den Ausführungsvarianten der Figur 4 zu kombinieren, wobei dann jedoch zumindest die oberhalb oder aber die unterhalb der Platine 5 angeordneten Kühlplatten 14 ebenfalls in Vertikalrichtung V bewegbar sind, so dass sie beidseitig an den jeweiligen Platinenoberflächen zur Anlage kommen.
Figur 5a und b zeigen jeweils einen Regelkreis, zum einen für die Platinenkühlung, zum anderen für die Abgasabsaugvorrichtung. In der Anordnung gemäß Figur 5a wird das Heizstrahlrohr 3 zum einen mit Brennstoff 23, zum anderen mit aus der Umgebung angesaugter Frischluft 24 versorgt. Beide Komponenten können über Ventile 25 geregelt oder aber gesteuert werden.
Optional ist es möglich, reinen Sauerstoff 26 der Frischluft 24 zuzufügen, so dass jeweils die Verbrennung stöchiometrisch optimal einstellbar ist. Die Kühlplatten 14 selbst sind mit ihren Kühlkanälen 15 an einen Kühlkreislauf 27 angeschlossen, wobei der Kühlkreislauf 27 über Zuführ- und Abführkanäle 28, 29 verfügt. Ein Kühlmedium 30 kann beispielsweise in einem Vorratsbehälter 31 bereitgestellt werden und dann in dem Kühlkreislauf 27 über die Zuführ- und die Abführkanäle 28, 29 durch die Kühlkanäle 15 der Kühlplatten 14 zirkuliert werden. Hierdurch ist die Temperatur der Kühlplatten 14 einstellbar, was beispielsweise mittels eines Kühlplattentemperatursensors 19 derart ausführbar ist, dass die Kühlplatte 14 selbst überwacht wird. Das Signal des Kühlplattentemperatursensors 19 ist dann an eine Auswerteeinheit 32 weitergebbar, wobei die Auswerteeinheit 32 dann ein weiteres Ventil 25 in dem Kühlkreislauf 27 steuern kann oder aber auch beispielsweise die Temperatur des Kühlmediums 30 beeinflussen kann oder auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 30 beeinflussen kann. Ferner ist auch in dem Abführkanal 29 ein weiterer Temperatursensor 33 angeordnet, mit dem die Temperatur des aus der Kühlplatte 14 austretenden Kühlmediums 30 messbar ist. Ferner ist in dem Kühlkreislauf 27 ein Wärmetauscher 34 integriert, wobei der Wärmetauscher 34 entweder durch eine externe Wärmequelle beheizbar ist oder aber auch durch das in Figur 5b abgesaugte Abgas A.
Figur 5b zeigt wiederum einen Regelungskreislauf, mit dem es möglich ist, über eine Absaugvorrichtung 35 das in der Ofenanlage 1 befindliche Abgas A abzusaugen und mittels eines Sensors 36 auf seine stöchiometrische Zusammensetzung und/oder auf seine Temperatur hin zu überprüfen. Optional kann dem Sensor 36 eine Reinigungsvorrichtung 37 nachgeschaltet sein, die beispielsweise Schadstoffe aus dem Abgas A abscheidet. Das Abgas A selbst ist dann wiederum der Verbrennung innerhalb des Wärmestrahlrohrs 3 zur Herstellung der Wärmestrahlung 4 eine Rückführung möglich. Ferner wird dem Heizstrahlrohr 3 Brennstoff 23 zugeführt sowie Frischluft 24, die wiederum über ein Ventil 25 mit dem Abgas A vermengt werden kann oder aber nur Frischluft 24 dem Heizstrahlrohr 3 zuführbar ist. Abhängig ist dies von der jeweiligen Wärmeanforderung sowie von der Konsistenz und der Temperatur des Abgases A. Ebenfalls ist es möglich, mit Hilfe eines Abgaswärmetauschers die Kühlflüssigkeit der Kühlplatten zu temperieren und/oder die zur Verbrennung angesaugte Frischluft oder das Brenngas vorzuwärmen.
Ferner ist in dem Abgasrückführkanal 38 ein Wärmetauscher 34 angeordnet, wobei der Wärmetauscher 34 zur Temperierung des Kühlkreislaufs 27 gemäß Figur 5a nutzbar ist oder aber auch die dem Abgas A entzogene Wärme einem anderen Produktionsprozess zuführen kann. Der Prozess ist entweder ebenfalls über eine Auswerteeinheit 32 steuerbar oder aber auch über diese regelbar. Ferner können hierzu Innenraumtemperatursensoren 39 sowie nicht taktile Temperatursensoren 21 verwendet werden, um einen jeweiligen Rückschluss auf die Bauteiltemperaturen der thermisch zu behandelnden Platine 5 in den einzelnen Bereichen 10, 11 zu erlangen.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Ofenanlage 101, wobei in der Ofenanlage 101 eine Strahlungswärmequelle 102 angeordnet ist. Die Strahlungswärmequelle 102 ist von einer Abdeckhaube 103 umgegeben, so dass die Strahlungswärme 104 auf eine in der Ofenanlage 101 befindliche Platine 105 geführt wird. Innerhalb der Ofenanlage 101 entsteht somit in einem Raum innerhalb der Abdeckhaube 103 eine erste Temperaturzone 106, wobei die erste Temperaturzone 106 einen ersten Bereich 107 des metallischen Bauteils erwärmt. Zwischen der Abdeckhaube 103 und einer Vorderseite 108 der Platine 105 ist ein Spalt 109 ausgebildet, so dass die Abdeckhaube 103 nicht direkt auf der Platine 105 aufliegt.
Hierdurch wird unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Abdeckhaube 103 und Platine 105 Rechnung getragen. Die Platine 105 selbst liegt wiederum auf einer Trägervorrichtung 110 auf, wobei zwischen der Trägervorrichtung 110 und der Platine 105 noch eine Isolierschicht 111 angeordnet ist. Die Isolierschicht 111 sorgt dafür, dass die innerhalb der ersten Temperaturzone 106 mittels Strahlungswärme 104 in den ersten Bereich 107 der Platine 105 eingebrachte Wärme nicht auf der Rückseite 112 der Platine 105 wieder austritt.
Außerhalb der Abdeckhaube 103 herrscht eine zweite Temperaturzone 113, wobei in der zweiten Temperaturzone 113 ein Luftstrom L umwälzbar ist. Hierzu sind Umwälzeinrichtungen 114 direkt innerhalb der zweiten Temperaturzone 113 angeordnet. Die Platine 105 steht jeweils in der hier gezeigten Ausführungsvariante über die Abdeckhaube 103 über und ragt dabei mit einem jeweils ausgebildeten zweiten Bereich 115 in die zweite Temperaturzone 113 hinein. Der zweite Bereich 115 wird innerhalb der zweiten Temperaturzone 113 auf eine von dem ersten Bereich 107 unterschiedliche Temperatur erwärmt bzw. bei einer vorerwärmten Temperatur der Platine 105 abgekühlt. Maßgeblich wird dieses durch den in der zweiten Temperaturzone 113 umgewälzten Luftstrom L und die damit verbundene erzwungene Konvektion an der Vorderseite 108 und/oder der Rückseite 112 der Platine 105 vorgenommen.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante analog zu Figur 6, wobei hier an der Abdeckhaube 103 seitlich Lamellenbleche 116 angeordnet sind, wobei sich die Lamellenbleche 116 in Vertikalrichtung V in ihrer Länge verändern, so dass beispielsweise die Abdeckhaube 103 bis auf die Vorderseite 108 der Platine 105 vollständig absenkbar ist und dann kein Spalt 109 mehr zwischen Vorderseite 108 und Ende eines Lamellenblechs 117 entsteht, so dass das Lamellenblech 116 vollständig auf der Vorderseite 108 aufliegt. Ferner sind dargestellt seitliche Abdichtschotte 118, die verhindern, dass der in der zweiten Temperaturzone 113 erzeugte Luftstrom L auch auf die Unterseite der Platine 105 vordringt. Es entsteht somit eine dritte Temperaturzone 119 unterhalb der Platine 105.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Ofenanlage 101, wobei ebenfalls wiederum eine Abdeckhaube 103 mit einer darin befindlichen Strahlungswärmequelle 102 ausgebildet ist, wobei die seitlichen Schenkel 120 der Abdeckhaube 103 porös ausgebildet sind und eine hier dargestellte Perforierung 121 aufweisen. Durch die Perforierung 121 ist es somit zum einen möglich, dass Strahlungswärme 104 hindurch tritt, auf der rechten Seite dargestellt, zum anderen kann, auf der linken Bildseite dargestellt, aufgrund des Luftstroms L ein Sogeffekt entstehen, der die erwärmte Temperatur innerhalb der ersten Temperaturzone 106 in die zweite Temperaturzone 113 zieht. Ferner sind Kühlvorrichtungen 122 dargstellt, die an den Enden 117 der Abdeckhaube 103 dafür sorgen, dass eine klare Trennung der Platine 105 von erstem Bereich 107 und zweitem Bereich 115 bestehen bleibt. Es ist somit nicht möglich, dass aufgrund von Wärmeleitung innerhalb des Bauteils die Bauteilwärme von dem ersten Bereich 107 an den zweiten Bereich 115 übertritt. Ferner dargestellt sind in Figur 8 Strömungsleitbleche 123, die einen Luftstrom L derart leiten bzw. umlenken, dass er nicht nur auf eine Vorderseite 108, sondern auch auf die Rückseite 112 der Platine 105 trifft. Somit wird sowohl die Vorderseite 108 als auch die Rückseite 112 im zweiten Bereich 115 thermisch mit der Temperatur der zweiten Temperaturzone 113 aufgrund erzwungener Konvektion thermisch behandelt.
Figur 9 zeigt schließlich eine vierte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, wobei auch hier innerhalb einer Ofenanlage 101 Trennvorrichtungen in Form von Blenden 124 angeordnet sind, wobei die Blenden 124 die zweiten Bereiche 115 von der Strahlungswärme 104 abschirmen. Die Strahlungswärme 104 trifft somit maßgeblich nur auf den ersten Bereich 107 der Platine 105, wohingegen ein zweiter Bereich 115 von der Strahlungswärme aufgrund der Blenden 124 abgeschirmt ist. Ferner zirkuliert ein Luftstrom L innerhalb der Ofenanlage 101, wobei der Luftstrom L dafür sorgt, dass die Bereiche zweiter Art 115 von dem Luftstrom L überströmt werden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Bereich zweiter Art 115 aufgrund erzwungener Konvektion thermisch ebenfalls auf einem höheren Temperaturniveau zu halten, da der Luftstrom L einen Teil der Strahlungswärme 104 mitnimmt und sich hierdurch aufheizt. Er überströmt dann die Vorderseite 108 in den zweiten Bereichen 115, so dass hier eine Temperatur unterhalb der Temperatur des ersten Bereichs 107 eingestellt wird.
Weiterhin dargestellt in Figur 9 ist ein optionaler Strömungskanal 125, durch den ein externer Luftstrom 126 in die Ofenanlage 101 beförderbar ist. Der externe Luftstrom 126 kann dabei bereits vorerwärmt sein, so dass er den Innenraum der Ofenanlage 101 mit aufwärmt. Der in Figur 9 dargestellte Strömungskanal 125 mit dem externen Luftstrom 126 kann auch auf allen anderen Ausführungsvarianten gemäß Figur 6 bis 8 an die Ofenanlage 101 angeschlossen sein. Ferner ist es möglich, durch auf der linken Bildebene dargestellten Heizregistern 127, die der Umwälzeinrichtung 114 vorgeschaltet sind, oder aber auf der rechten Seite dargestellt, Heizregister 127, die der Umwälzeinrichtung 114 in Strömungsrichtung nachgeschaltet sind, die Temperatur des Luftstroms L einzustellen.

Bezugszeichen:

1 -	Ofenanlage
2 -	Strahlungswärmequelle
3 -	Heizstrahlrohr
4 -	Strahlungswärme
5 -	Platine
6 -	Platinenträger
7 -	Trägerplatte
8 -	Isolierschicht
9 -	Trennschicht
10 -	zweiter Bereich
11 -	erster Bereich
12 -	Transportrollen
13 -	Platinenoberseite
14 -	Kühlplatte
15 -	Kühlkanal
16 -	Hubrichtung bzw. Hub
17 -	Kühlseite zu 14
18 -	Kühlplatinenisolierungsschicht
19 -	Kühlplatinentemperatursensor
20 -	Blende
21 -	Temperatursensor
22 -	Platinenunterseite
23 -	Brennstoff
24 -	Frischluft
25 -	Ventil
26 -	Sauerstoff
27 -	Kühlkreislauf
28 -	Zuführkanal
29 -	Abführkanal
30 -	Kühlmedium
31 -	Vorratsbehälter
32 -	Auswerteeinheit
33 -	Temperatursensor zu 29
34 -	Wärmetauscher
35 -	Absaugvorrichtung
36 -	Sensor zu 35
37 -	Reinigungsvorrichtung
38 -	Abgasrückführkanal
39 -	Innentemperatursensor
101 -	Ofenanlage
102 -	Strahlungswärmequelle
103 -	Abdeckhaube
104 -	Strahlungswärme
105 -	Platine
106 -	erste Temperaturzone
107 -	erster Bereich zu 5
108 -	Vorderseite zu 5
109 -	Spalt
110 -	Trägervorrichtung
111 -	Isolierschicht
112 -	Rückseite zu 5
113 -	zweite Temperaturzone
114 -	Umwälzeinrichtung
115 -	zweiter Bereich zu 5
116 -	Lamellenblech
117 -	Ende zu 3
118 -	Abdichtschott
119 -	dritte Temperaturzone
120 -	seitliche Schenkel zu 3
121 -	Perforierung
122 -	Kühlvorrichtung
123 -	Strömungsleitblech
124 -	Blende
125 -	Strömungskanal
126 -	externer Luftstrom
127 -	Heizregister


α -	Winkel
A -	Abgas
H -	Horizontalrichtung
V -	Vertikalrichtung
L -	Luftstrom

Claims

Ofenanlage (1) zum thermischen Behandeln von metallischen Platinen (5) oder Halbzeugen, insbesondere von beschichteten Platinen (5) aus einer härtbaren Stahllegierung, mittels Strahlungswärme (4), wobei mindestens zwei Bereiche (10, 11) der Platine (5) bei voneinander verschiedenen Bauteiltemperaturen wärmebehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (11) der Platine (5) durch eine Strahlungswärmequelle (2) bei mindestens AC3 Temperatur temperierbar ist und ein zweiter Bereich (10) der Platine (5) konduktiv unter AC3 Temperatur temperierbar ist.
Ofenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) in der Ofenanlage (1) auf die mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereiche erwärmbar ist oder dass eine auf mindestens AC3 Temperatur erwärmte Platine (5) in einem ersten Bereich (11) auf mindestens AC3 Temperatur gehalten wird, wobei die Platine (5) in einem zweiten Bereich (10) konduktiv auf eine Temperatur unterhalb AC3 Temperatur kühlbar ist, insbesondere unterhalb AC1 Temperatur.
Ofenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungswärmequelle (2) als Gasbrenner ausgebildet ist, insbesondere ist die Strahlungswärmequelle (2) als mindestens ein Strahlheizrohr (3) ausgebildet, wobei weiter bevorzugt mindestens ein Strahlheizrohr (3) nahe einer Oberseite (13) der Platine (5) angeordnet ist und/oder ein Strahlheizrohr nahe einer Unterseite (22) der Platine (5) angeordnet ist.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Heizraum der Ofenanlage (1) Abschirmelemente angeordnet sind, die die Strahlungswärme (4) von der Platine (5) abschirmen und/oder zu der Platine (5) leiten.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) innerhalb der Ofenanlage (1) in vertikaler Richtung (V) anhebbar ist, insbesondere durch mindestens ein Hubelement.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) auf einer Isolierschicht (8) innerhalb der Ofenanlage (1) lagerbar ist, insbesondere ist die Platine (5) mit der Isolierschicht (8) anhebbar, wobei die Platine (5) bevorzugt zumindest bereichsweise auf der Isolierschicht (8) aufliegt.
Ofenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Isolierschicht (8) Trennschichten (9) angeordnet sind, wobei die Trennschichten (9) vertikal orientiert sind und korrespondierend zu den mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen der Platine (5) entlang eines Übergangsbereiches verlaufen.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (8) als Platinenträger (6) ausgebildet ist, wobei die Platine (5) auf dem Platinenträger (6) liegend zusammen mit dem Platinenträger (6) in die Ofenanlage (1) einführbar und ausführbar ist.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ofenanlage (1) zur konduktiven Wärmebehandlung der zweiten Bereiche (10) Kühlplatten (14) angeordnet sind, wobei die Kühlplatten (14) bevorzugt zwischen der Platine (5) und der Strahlungswärmequelle (2) angeordnet sind.
Ofenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatten (14) beschichtet sind und/oder dass die Kühlplatten (14) aktiv kühlbar sind, wobei ein Kühlmedium (30) durch die Kühlplatten (14) leitbar ist, oder dass die Kühlplatten (14) gegenüber der Wärmestrahlung isoliert sind, insbesondere ist zwischen Kühlplatte (14) und Strahlungswärmequelle (2) eine Kühlplattenisolierung angeordnet.
Ofenanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (21) die Kühlplattentemperatur überwacht und in Abhängigkeit des gemessenen Temperatursignals die Kühlleistung des Kühlmediums (30) regelbar oder steuerbar ist.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die oberhalb der Platine (5) angeordneten Kühlplatten (14) zwischen Platinenoberfläche (13) und Strahlungswärmequelle (2) angeordnet sind und/oder dass die unterhalb der Platine (5) angeordneten Kühlplatten (14) in die Isolierschicht (8) integriert sind oder die Isolierschicht durchgreifen.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ofenanlage (1) mindestens ein Temperatursensor (21) angeordnet ist, der eine nicht taktile Temperaturmessung vornimmt, wobei der Temperatursensor (21) mindestens eine Bauteiltemperatur der Platine (5), insbesondere eines Bereiches, misst.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasabsaugvorrichtung (35) an die Ofenanlage (1) angeschlossen ist, so dass bei der Verbrennung der Strahlungswärmequelle (2) erzeugtes Abgas (A) aus dem Heizraum absaugbar ist.
Ofenanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das abgesaugte Abgas (A) in den Verbrennungsvorgang rückführbar ist.
Ofenanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas (A) durch einen Wärmetauscher leitbar ist, wobei in dem Wärmetauscher dem Abgas (A) entzogene Wärmeenergie dem Kühlmedium (30) zuführbar ist und/oder die Frischluft und/oder das Brenngas (23) erwärmbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Ofenanlage (1) nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) in horizontaler Richtung (H) in die Ofenanlage (1) befördert wird und anschließend durch die Hubvorrichtung (16) angehoben wird, wobei die Platine (5) unterhalb der Kühlplatten (14) zur Anlage kommt und im Anschluss daran mittels Strahlungswärme (4) in einem ersten Bereich (11) auf mindestens AC3 Temperatur aufgeheizt wird oder auf mindestens AC3 Temperatur gehalten wird und in einem zweiten Bereich (10) auf unterhalb AC3 Temperatur erwärmt wird oder auf unter AC3 Temperatur gekühlt wird und anschließend die Platine (5) abgesenkt wird und aus der Ofenanlage (1) entnommen wird.