EP2791372B1 - Verfahren und vorrichtung zum partiellen härten von blechbauteilen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum partiellen härten von blechbauteilen Download PDF

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EP2791372B1
EP2791372B1 EP12780705.5A EP12780705A EP2791372B1 EP 2791372 B1 EP2791372 B1 EP 2791372B1 EP 12780705 A EP12780705 A EP 12780705A EP 2791372 B1 EP2791372 B1 EP 2791372B1
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EP
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component
furnace
austenitized
temperature
region
Prior art date
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Dieter Hartmann
Roland Ziegler
Tobias HÄGELE
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Voestalpine Metal Forming GmbH
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Voestalpine Metal Forming GmbH
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for the partial hardening of sheet metal components according to the preamble of claim 1 and an apparatus therefor according to the preamble of claim 10.
  • a flat board is heated according to the Ac 3 temperature of the respective steel composition, held there for a desired time and then formed by a single Umformhubes in a tool and characterized in that the tool is cooled simultaneously with a cooling rate above the critical hardening speed is cooled and hardened.
  • the board is already converted to the finished component, then heated the finished component to a temperature above the Ac 3 temperature of the respective steel composition and optionally held at this temperature for a predetermined time, then in a corresponding mold which also the contour has transferred the finished component and there cooled by this tool and cured.
  • the advantage of the indirect method is that very complex components can be produced, since the component itself can be formed with any number of forming strokes in the contour shaping corresponding to the production of a normal body component.
  • the disadvantage is a slightly lower clock rate.
  • it is advantageous in the indirect method that no forming step takes place in the heated state, which is advantageous in particular when using metallic coatings, since the metallic coatings are often present in partially liquid form at the high temperatures for austenitizing. These liquid metal coatings, in conjunction with the existing austenite, can lead to cracking by so-called "liquid metal embrittlement".
  • the applicant is known a method for producing hardened components made of sheet steel, in which molded parts are cold-formed from a provided with a cathodic protection steel sheet and then a heat treatment for the purpose of austenitizing is carried out before, during or after the cold forming of the molding
  • a heat treatment for the purpose of austenitizing is carried out before, during or after the cold forming of the molding
  • Final cutting of the molding and required punching and the creation of a hole pattern can be made, wherein the cold forming and the trimming and the punching and the arrangement of the hole pattern are made on the component such that the molding is 0.5% to 2% smaller than the final cured Component, so that no trim in the hard state is required.
  • a method for producing hardened components made of sheet steel wherein moldings are formed from a steel sheet and before, during or after molding of the molding a necessary Endberough of the molding and possibly required punched or for the Production of the hole pattern can be made, wherein the molding is then heated at least partially to a temperature which allows austenitization of the steel material and the component is then transferred to a mold hardening tool and in the mold hardening mold is carried out, in which at least partially applying and pressing the component is cooled by the mold hardening tool and thereby hardened, wherein the component is supported by the mold hardening tool in the region of the positive radii and is partially clamped at least and clamped in the area of the trim edges, wherein in the areas in which the component is not clamped Component is spaced at least to a mold half with gap.
  • a method for heating steel components wherein the steel components to be heated are passed through an oven and heated in the oven to a predetermined temperature, wherein a transport device for transporting the components through the furnace is present, wherein a first transport device receives the components accurately and transported to their heating by the furnace and a second transport device takes over the parts after heating from the first conveyor at a predetermined transfer point or transfer area and aust with increased speed from the oven and positionally accurate at another takeover point for further processing and provides a device for Heating of steel components.
  • a method for producing a hardened sheet metal component from a steel sheet wherein a sheet steel plate or a preformed or finished shaped sheet steel component to a necessary for curing Temperature is heated and then inserted into a tool in which the board or the sheet steel component is cured. To achieve areas of lesser or no cure in this area, the tool has gas scavenged recesses, this gas purging being performed to provide gas pockets in those areas which reduce cooling at a rate greater than the critical cure rate or excludes and an apparatus for performing the method.
  • a press hardening method in which a blank is formed and cooled in a chilled tool, the tool being used as a fixture during curing.
  • the tool has for this purpose alternating contact surfaces and recesses which press in a certain area against the molded product, wherein the contact areas make up less than 20% of the total area.
  • this area should be a soft zone of the final product and still have a good dimensional accuracy.
  • a method is known in which a, made of a coated high-strength boron steel board is heated in a multi-zone temperature furnace initially in a first zone to a temperature of about 803 ° C to 950 ° C homogeneous and over a certain time at this temperature level is held. Subsequently, an area of the first type of board in a second zone of the furnace is cooled down to a temperature of about 550 ° C to 700 ° C and held for a certain time at this lowered temperature level. At the same time, a second type area of the board will be in a third zone of the furnace for a time at a temperature level of about 830 ° C held up to 950 ° C.
  • the board is formed into a shaped component in a thermoforming process.
  • the component should be formed with an aluminum-silicon coating, wherein in the manner described, the regions of the first and second types of the molded component should have different ductility properties.
  • From the DE 10 2006 006 910 B3 is a body frame structure or chassis structure known which consists of structural steel components, wherein at least the load-bearing steel structural components as anti-corrosion coating to wear a zinc-plate coatings.
  • From the DE 10 2004 007 071 A1 is a method for producing a component by forming a coated board known which is to consist of a tempering steel and wherein it is austenitized prior to forming a first heat treatment and to undergo a layer thickness growth.
  • the process is to be optimized by the heat-treated blanks are stored after rapid cooling, immediately before the forming of the component, the board is subjected to a renewed brief heating to austenitizing and that after the structural transformation, the forming and hardening of the board should take place.
  • the heating should preferably be carried out by induction.
  • a method for producing components made of sheet steel with areas of different ductility wherein from a metal sheet of a hardenable steel alloy either a component is produced by deep drawing and the deep-drawn component is then at least partially austenitized by a heat treatment and then quench hardened in a tool, or the board is at least partially austenitized by a heat treatment and is thermoformed in a hot state and then quench hardened, wherein the sheet metal plate has a cathodic corrosion protection coating based on zinc, wherein in areas of a desired higher ductility of the component at least one further sheet on the board is arranged so that the board is heated there during the heat treatment to a lesser extent than in the remaining area.
  • From the DE 10 2006 018 406 A1 is a method for heating workpieces in particular for press-hardening provided components known, wherein the workpiece over a period of time heat is supplied to it to a predetermined temperature, then heat is dissipated during heating of a selected portion of the workpiece, so that during of the heating period reached in the selected section is below the predetermined temperature.
  • At the predetermined temperature is z.
  • the workpiece is arranged for heating in a continuous furnace and is located with selected sections each on a body.
  • the bodies are components of an otherwise not shown, in the continuous furnace and retractable workpiece holder.
  • the workpiece may also be a preformed sheet metal part.
  • the heat absorption capacity of the against the sections is dimensioned such that the temperature of these bodies until the end of the warm-up time reaches only a value below said temperature threshold, so that during the heating of the workpiece heat flows partly into the body.
  • the bodies cool to a predetermined starting temperature or are cooled by a cooling medium.
  • a B-pillar is known for a body component, which consists of a longitudinal profile of steel wherein the longitudinal profile has a first length section with a predominantly martensitic material structure and a second length section of higher ductility with a predominantly ferritic material structure, wherein the different structures are achieved in that During the heating of the component or the board, a protection or insulation body covers the area that should not be heated as much.
  • a method for producing partially hardened steel components wherein a board made of a hardenable steel sheet is subjected to a temperature increase, which is sufficient for quenching and the board is reached after reaching a desired temperature and optionally a desired holding time in a forming tool in which the board is formed into a component and quenched at the same time or the board is cold formed and the component obtained by the cold forming is then subjected to an increase in temperature, wherein the temperature increase is performed so that a temperature of the component is achieved, which is necessary for a quenching and the Component is then transferred to a tool in which the heated component is cooled and thereby quench hardened, wherein during heating of the board and the component for the purpose of increasing the temperature to a temperature necessary for curing in areas which have a lower hardness and / or height ductility to bear one or more absorption masses, each absorption mass is dimensioned in terms of their extent and thickness, their thermal conductivity and their heat capacity in that
  • a device and a corresponding method for partial hardening of a metallic workpiece are known, wherein the workpiece is transported by means of a conveyor in a continuous furnace along a conveying direction and partially heated by a heater wherein the heater generates at least one heating zone is moved with the workpiece in the conveying direction ,
  • the heating zone provided by the heating zone with the continuous moving in the conveying direction workpiece mitwandern so that only the lying in the heating zone section, but not those outside of a heating zone lying portions of the workpiece to a predetermined temperature, about the so-called austenitizing temperature of steel can be heated.
  • a hot forming line is known in which the production of a partially hardened steel component should be possible by processing in several, successive stations.
  • this is heated, inter alia, in a heating station homogeneously to a temperature ⁇ AC 3 , then spent under an infrared lamp station and there only partially to a temperature above AC. 3 to be heated. In this way, the steel component is only partially cured during the subsequent cooling process.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a partially hardened steel component, with which such components can be heated and produced quickly, inexpensively and with high precision.
  • Partial cooling in the press hardening tool results in increased cycle times due to longer dwell times in the mold and dimensional stability problems due to part distortion during cooling and shrinking of the differently tempered areas.
  • the time required is increased by the additional process step.
  • a substantially or preferably completely finished molded component is heated in a continuous furnace to about 700 ° C to form a zinc-iron layer.
  • the component is cyclically moved under three-dimensionally contoured radiators and raised depending on the complexity of the contour in the range of this three-dimensionally contoured radiator, so that the radiator in the area to be further heated, of all Ranges of the surface approximately preferably equidistant.
  • the component is austenitized with the radiator in its area and in particular heated to a temperature which is above the Ac 3 point, and in particular heated to 910 ° C and above, while the remaining areas are not exposed to the radiation and thus below the Austenitizing remain.
  • the components After heating, the components are hardened in a corresponding tool, ie without significant changes in shape, only rapidly cooled.
  • the component areas which by means of the three-dimensional contoured beam on Austenitization were heated and in particular heated above 900 ° C, are hereby converted into martensitic structure and reach tensile strengths of about 1300 MPa.
  • the areas maintained at about 700 ° C below the austenitizing temperature can not convert to martensitic structure and achieve the desired tensile strength between 450 MPa to 700 MPa.
  • three-dimensional contoured radiators which act only partially on a circuit board, requires a timed and accurate positioning of the components through the oven. For example, a component every 15 s clocked in the oven transported from station to station exactly in position.
  • the components are preferably placed on corresponding component carrier, wherein the component carrier are adapted to the component so that a positionally accurate placement of the component on the support by a robot is possible and the component dwells in exactly this position on the component carrier.
  • the oven temperature is between 650 ° C to 800 ° C, preferably 700 ° C to 750 ° C.
  • the component is moved in the oven to a range corresponding to a residence time of the component in the oven such that the component has reached the desired temperature, and in particular the desired 700 ° C. Subsequently, the component arrives in a furnace area in which the three-dimensionally contoured radiators are mounted at certain intervals. The component then dwells for a cycle time of, for example, 15 s under the three-dimensionally contoured radiator for further heating of partial areas of the component to 900 ° C, wherein the remaining oven temperature is still 650 ° C to 800 ° C, preferably 700 ° C to 750 ° C, preferably 730 ° C.
  • This comparatively low furnace temperature allows a very large process window even in the event of faults, since overheating of the components is precluded by a possible, rapid shutdown of the three-dimensionally contoured radiator and the low furnace temperature.
  • the component carriers In order to accomplish the edge regions in which the three-dimensionally contoured radiator acts on the component, ie the regions between the high temperature of the component of more than 900 ° C. and the low temperature of the component, namely 700 ° C. with high selectivity, the component carriers, with which the component is driven through the oven, be provided in known manner with absorption masses, so for example a frame around the desired harder area around, the heat conductivity and the heat capacity and the emissivity of the material are matched accordingly. In these areas, the heat energy, which should not flow from the hotter area in the colder area, then passed through the component into the absorption mass, whereby a very sharp edge, different structure of the component is achieved.
  • the absorption masses on the return path of the carrier need not be cooled and the heated to about 700 ° C absorption masses when placing the components already for preheating the components for the desired in this area 700 ° C are used can. This even goes so far that the return path of the carrier takes place in the oven or in an under the oven, also hot area, so that the energy discharge kept low due to the mass discharged from the furnace.
  • the components can be raised by means of their carrier, when they have reached the clock position of a three-dimensionally contoured radiator, so that they are located close to the radiator. However, the corresponding three-dimensionally contoured radiator can also be moved toward the component.
  • the heating of the component can be carried out by a single radiator or clocked by several radiators located one behind the other.
  • the component After heating the component in said region, the component, which now has the desired temperature profile, can be conveyed out of the oven, gripped by a manipulation tool and transferred to a mold hardening tool.
  • the radiator is flat in this case, but otherwise does not change the process flow, with a flat area, the then has the desired temperature profile, then still a shaping and not only a pure mold hardening can take place.
  • the three-dimensionally contoured radiator or the radiator just formed can in this case be heated electrically or by means of gas, it being advantageous for gas heating to encapsulate this gas heating in such a way that the component or the furnace atmosphere is not exposed to exhaust gases Hydrogen entry or hydrogen embrittlement of the material to prevent.
  • the invention also includes heating elements that are not designed as radiators, but optionally perform an induction heating in this area, while still a corresponding three-dimensional design is ensured to ensure uniform heating in this area.
  • the device according to the invention has at least one elongated continuous furnace 1 ( FIG. 3 ) with a furnace chamber 2, which is traversable along a conveying direction 3.
  • a conveying device which is not shown in detail, may be present in an underfloor region 4, on which carrier 5 for components 6 can be conveyed.
  • the carriers 5 are attached to the conveyor so that they can be conveyed along a longitudinally oriented passage or slot which connects the underfloor region 4 with the oven chamber 2.
  • the components 6 are arranged, which are heated by the kiln jet pipes 7.
  • the furnace chamber 2 is divided into two areas, wherein the subdivision does not have to be spatial, for example with a partition wall.
  • a first region I serves to heat the components to about 700 ° C. and accordingly has furnace jet tubes 7.
  • furnace jet tubes 7 are likewise present.
  • the three-dimensionally contoured radiators 8 are present in this area.
  • the three-dimensional contoured radiator 8 can be lowered, for example, from a furnace roof 9 by means of corresponding mechanisms on the components 6.
  • the implementation of the components takes place on the carriers 5 clocked so that z. B. every 15 seconds a continuation takes place and then also held for example 15 s.
  • a carrier 5 raised and lowered which in FIG. 3 the rightmost carrier is, in which case the three-dimensionally contoured radiator is fixedly arranged, for example, on a furnace roof. After moving out of the oven, a correspondingly heated component can be manipulated into a corresponding molding tool or mold hardening tool.
  • FIG. 1 is a corresponding component to see, with a heated area is shown.
  • FIG. 2 recognizes the lowered onto the component spotlight, which is preferably approximately equal in all areas of the surface of the workpiece 6 is equally spaced, so that a uniform heating is possible.
  • the absorption mass ensures that no or as little heat as possible from the region 10 heated by the radiator 8 is introduced into the remaining region 11 and into the furnace chamber.
  • the absorption mass 12 may also have an absorption mass in regions which are to remain ductile within the heated region, for example in the region of a hole 12 a to be subsequently bored, so that this region remains ductile.
  • This component is in particular a component provided with a zinc coating or also with a coating based on zinc.
  • the components are placed on a first transfer station by means of a manipulation tool on the furnace support.
  • the components may have corresponding holes, through the pickup pins or bolts of the carrier. It is important for the procedure that an absolutely positionally accurate support of the component takes place on the carrier, with an absolutely unique position of the component.
  • the carrier enters the oven, wherein in the oven, the component on the support first passes through a first region in which the oven temperature between 650 ° C and 800 ° C, in particular 700 ° C to 750 ° C and preferably 730 ° C. , This temperature is achieved by kiln pipes.
  • the length of the furnace or this first furnace section is dimensioned such that the components at the end of this section have a temperature of 700 to 750 ° C, preferably 730 ° C.
  • the implementation of the components through the furnace is clocked here. This means that a furnace carrier is moved from station to station by a predetermined distance and then held at this station, which is exactly maintained, for a certain time, for example 15 seconds before the kiln support with the component to the next station exactly is moved and there again a holding time remains. After the furnace section I, the carrier with the component passes into the furnace section II, in which a three-dimensionally contoured radiator is arranged over all or part of the cycle stations.
  • the oven support can have an absorption mass
  • the z. B. is formed as a frame around the heated area and rests from the side opposite the radiator to the component.
  • the component After the component has been sufficiently heated in the heated area, the component is clocked out of the oven and promptly picked up by a manipulation tool and transferred into a mold hardening tool.
  • the mold-hardening tool In the mold-hardening tool, the mold-hardening tool surfaces of the mold-hardening tool bear against the component and rapidly cool it.
  • the cooling in at least the heated areas takes place at a speed which is above the critical hardening speed of the respective steel material such that the initially austenitic phase essentially converts to martensite and thereby achieves a high degree of hardness.
  • the carrier optionally provided with the absorption masses, for example, driven by a conveyor chain, through the oven and after the exit from the oven, for example, below the furnace either in an encapsulated underthread or free cooling again to the transfer station (to the beginning of the furnace).
  • both carriers and absorption masses do not require cooling per se, it is appropriate to recirculate carriers, optionally with absorption mass, in an encapsulated region, so that the carrier and the absorption mass in the Oven need not be warmed up again, but rather can enter the already warm absorption masses additional heat energy in the component.
  • cooling is also possible.
  • the heat can be introduced very accurately metered into the components by the three-dimensionally contoured radiator, so that the results can be reproducibly achieved with high uniformity.
  • the three-dimensionally contoured radiators can, of course, also only be designed two-dimensionally in the case of planar sheet metal components which are to be subjected to post-deformation in the warm state, or if it is intended to act only on planar regions of an otherwise contoured component.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Härten von Blechbauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 und eine Vorrichtung hierfür nach dem Oberbegriff des Anspruch 10.
  • In den vergangenen Jahren hat die sogenannte Presshärtetechnologie im Karosseriebau mehr und mehr an Bedeutung gewonnen.
  • Erstentwicklungen dieses Presshärteverfahrens aus den 1970er Jahren betrafen das Erhitzen von ebenen Blechplatinen und das Umformen und gleichzeitige Abkühlung der erhitzten Blechplatinen in einem einzigen, gekühlten Werkzeug. Hierbei wird die Blechplatine auf eine Temperatur oberhalb des AC3-Punkts erhitzt und hierbei eine teilweise oder vollständige Umwandlung in Austenit herbeigeführt. Durch die Abschreckhärtung des austenitischen Gefüges erfolgt eine martensitische Härtung des Blechbauteils.
  • Dieses Presshärteverfahren gewann erst deutlich später wirtschaftliche Bedeutung als es notwendig wurde Fahrzeugkarosserien und insbesondere die Fahrgastzelle deutlich stabiler und steifer auszubilden. Die hohen, mit dem Presshärteverfahren erzielbaren Härten sind hierbei von Vorteil.
  • Im Laufe der weiteren Entwicklung hat sich jedoch gezeigt, dass einheitlich sehr harte Bauteile, z. B. Längsträger, B-Säulen, Querträger, ect., die kaum noch ein Verformungsverhalten besitzen, nicht ideal sind. Vielmehr wird mittlerweile verlangt, dass bestimmte Bereiche eines Bauteils sehr hart während andere Bereiche duktiler sind um eine gewisse Verformung zuzulassen um z. B. dem Bruch des Bauteils vorzubeugen.
  • Zudem ergab sich die Notwendigkeit, derartige Bauteile nicht nur unbeschichtet herzustellen, sondern entsprechend der Korrosionsschutzbeschichtung der gesamten Karosserie angepasst beschichtet einzusetzen. Insbesondere hat sich die Notwendigkeit ergeben entsprechend verzinkte hochfeste Bauteile vorzusehen. Grundsätzlich unterscheidet man bei Presshärteverfahren das sogenannte direkte und das indirekte Verfahren.
  • Beim direkten Presshärteverfahren wird eine ebene Platine entsprechend über die Ac3-Temperatur der jeweiligen Stahlzusammensetzung aufgeheizt, dort für eine gewünschte Zeit gehalten und anschließend mittels eines einzigen Umformhubes in einem Werkzeug umgeformt und dadurch dass das Werkzeug gekühlt ist gleichzeitig mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt abgekühlt und gehärtet.
  • Beim indirekten Verfahren wird die Platine bereits zum fertigen Bauteil umgeformt, dann das fertige Bauteil auf eine Temperatur über der Ac3-Temperatur der jeweiligen Stahlzusammensetzung aufgeheizt und ggf. auf dieser Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten, anschließend in ein entsprechendes Formwerkzeug welches ebenfalls die Kontur des fertigen Bauteils besitzt überführt und dort von diesem Werkzeug gekühlt und gehärtet.
  • Der Vorteil des direkten Verfahrens sind relativ hohe Taktraten jedoch lassen sich durch den einzigen Umformhub sowie das Materialverhalten im heißen Zustand nur relativ einfache Bauteilgeometrien verwirklichen.
  • Der Vorteil beim indirekten Verfahren ist, dass sehr komplexe Bauteile erzeugt werden können, da das Bauteil selber mit einer beliebigen Anzahl von Umformhüben in der Konturformung entsprechend der Herstellung eines normalen Karosseriebauteil geformt werden kann. Der Nachteil ist eine etwas geringere Taktrate. Jedoch ist beim indirekten Verfahren von Vorteil, dass im aufgeheizten Zustand kein Umformschritt mehr stattfindet, was insbesondere bei der Verwendung von metallischen Beschichtungen von Vorteil ist, denn die metallischen Beschichtungen liegen bei den hohen Temperaturen für die Austenitisierung häufig in teilweise flüssiger Form vor. Diese flüssigen Metallbeschichtungen können in Verbindung mit dem vorhandenen Austenit zu einer Rissbildung durch sogenanntes "Liquid metal embrittlement" führen.
  • Aus der EP 1 651 789 B1 der Anmelderin ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, bei dem Formteile aus einem mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlblech kalt umgeformt werden und anschließend eine Wärmbehandlung zum Zwecke der Austenitisierung vorgenommen wird, wobei vor, beim oder nach dem Kaltumformen des Formteils ein Endbeschnitt des Formteils und erforderliche Ausstanzungen und die Erzeugung eines Lochbilds vorgenommen werden, wobei die Kaltumformung und der Beschnitt sowie die Ausstanzung und die Anordnung des Lochbildes auf dem Bauteil derart vorgenommen werden, dass das Formteil 0,5% bis 2% kleiner ist als das endgehärtete Bauteil, so dass kein Beschnitt im harten Zustand mehr erforderlich ist.
  • Aus der DE 10 2004 038 626 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, wobei Formteile aus einem Stahlblech geformt werden und vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbeschnitt des Formteils und ggf. erforderliche Ausstanzungen bzw. für die Erzeugung des Lochbilds vorgenommen werden, wobei das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffes ermöglicht und das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerkzeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das zumindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch das Formhärtewerkzeug das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Bereich der positiven Radien gestützt wird und teilbereichsweise zumindest und im Bereich der Beschnittkanten verzugsfrei klemmend festgehalten wird, wobei in den Bereichen in denen das Bauteil nicht geklemmt wird das Bauteil zumindest zu einer Formwerkzeughälfte mit Spalt beabstandet ist.
  • Aus der DE 10 2005 057 742 B3 ist ein Verfahren zum Aufheizen von Stahlbauteilen bekannt, wobei die aufzuheizenden Stahlbauteile durch einen Ofen geführt werden und in dem Ofen auf eine vorgegebenen Temperatur erhitzt werden, wobei eine Transportvorrichtung zum Transport der Bauteile durch den Ofen vorhanden ist, wobei eine erste Transporteinrichtung die Bauteile positionsgenau aufnimmt und zu deren Erhitzung durch den Ofen transportiert und eine zweite Transporteinrichtung die Teile nach dem Aufheizen von der ersten Transporteinrichtung an einem vorbestimmten Übergabepunkt oder Übergabebereich übernimmt und mit erhöhter Geschwindigkeit aus dem Ofen ausfördert und positionsgenau an einem weiteren Übernahmepunkt für die Weiterverarbeitung bereitstellt sowie ein Vorrichtung zum Aufheizen von Stahlbauteilen.
  • Aus der DE 10 2008 063 985 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Blechbauteils aus einem Stahlblech bekannt, wobei eine Stahlblechplatine oder ein vorgeformtes oder fertig geformtes Stahlblechbauteil auf eine zum Härten notwendige Temperatur aufgeheizt wird und anschließend in ein Werkzeug eingelegt wird in dem die Platine oder das Stahlblechbauteil gehärtet wird. Zum Erzielen von Bereichen einer geringeren oder ohne Härtung in diesem Bereich verfügt das Werkzeug über mit Gas gespülte Ausnehmungen, wobei diese Gasspülung so vorgenommen wird, dass sich in diesen Bereichen Gaspolster ergeben welche eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit, die über der der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt vermindert oder ausschließt sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
  • Aus der WO 2006/038868 A1 ist eine Presshärteverfahren bekannt, bei dem eine Platine in einem gekühlten Werkzeug geformt und gekühlt wird, wobei das Werkzeug als Fixierung während des Härtens verwendet wird. Das Werkzeug hat hierzu alternierende Kontaktflächen und Freisparungen die in einem bestimmten Bereich gegen das geformte Produkt drücken, wobei die Kontaktbereiche weniger als 20% der Gesamtfläche ausmachen. Als Ergebnis soll dieser Bereich eine weiche Zone des Endproduktes sein und trotzdem eine gute Dimensionsgenauigkeit besitzen.
  • Aus der DE 10 2007 057 855 B3 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine, aus einem beschichteten hochfesten Borstahl hergestellte Platine in einem mehrere Temperaturzonen aufweisenden Ofen zunächst in einer ersten Zone auf eine Temperatur von etwa 803°C bis 950°C homogen erwärmt wird und über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten wird. Anschließend wird ein Bereich erster Art der Platine in einer zweiten Zone des Ofens auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C heruntergekühlt und über eine bestimmte Zeit auf diesem abgesenkten Temperaturniveau gehalten. Gleichzeitig wird ein Bereich zweiter Art der Platine in einer dritten Zone des Ofens während einer Zeit auf einem Temperaturniveau von etwa 830°C bis 950°C gehalten. Nach dieser Wärmebehandlung wird die Platine in einem Warmformprozess zu einem Formbauteil umgeformt. Hierbei soll das Bauteil mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung ausgebildet sein, wobei auf die beschriebene Weise die Bereiche erster und zweiter Art des Formbauteils unterschiedliche Duktilitätseigenschaften besitzen sollen.
  • Aus der DE 10 2006 006 910 B3 ist eine Karosserierahmenstruktur oder Fahrwerksstruktur bekannt welche aus Stahlstrukturbauteilen besteht, wobei zumindest die tragenden Stahlstrukturbauteile als Korrosionsschutzbeschichtung eine Zink-Lamellen-Beschichtungen tragen sollen.
  • Aus der DE 10 2004 007 071 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Umformen einer beschichteten Platine bekannt welche aus einem Vergütungsstahl bestehen soll und wobei sie vor dem Umformen über eine erste Wärmebehandlung austenitisiert wird und sich ein Schichtdickenwachstum vollziehen soll. Der Prozess soll dadurch optimiert werden, dass nach einem raschen Abkühlen die wärmebehandelten Platinen zwischengelagert werden, wobei unmittelbar vor dem Umformen zum Bauteil die Platine einer erneuten kurzzeitigen Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur unterzogen wird und dass nach erfolgter Gefügeumwandlung das Umformen und Härten der Platine vonstatten gehen soll. Die Erwärmung soll vorzugsweise durch Induktion erfolgen.
  • Aus der DE 10 2005 014 298 A1 ist eine Panzerung für ein Fahrzeug bekannt, wobei die Panzerung durch Warmformung und Presshärtung ausgebildet wird, wobei sich hierdurch mit wenigen Schweißnähten komplexe Panzerungen mit einer angepassten Kontur herstellen lassen sollen.
  • Aus der DE 10 2009 052 210 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Stahlblech mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität bekannt, wobei aus einer Blechplatine aus einer härtbaren Stahllegierung entweder ein Bauteil durch Tiefziehen erzeugt wird und das tiefgezogene Bauteil anschließend durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert wird und anschließend in einem Werkzeug abschreckgehärtet wird, oder die Platine durch eine Wärmebehandlung zumindest teilaustenitisiert wird und in einem heißen Zustand umgeformt und dabei oder anschließend abschreckgehärtet wird, wobei die Blechplatine eine kathodische Korrosionsschutzbeschichtung auf der Basis von Zink besitzt, wobei in Bereichen einer gewünschten höheren Duktilität des Bauteils zumindest ein weiteres Blech auf der Platine aufgebracht angeordnet ist, so dass die Platine dort während der Wärmebehandlung in einem geringeren Maße aufgeheizt wird als im übrigen Bereich.
  • Aus der DE 10 2006 018 406 A1 ist ein Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken insbesondere zum Presshärten vorgesehener Bauteile bekannt, wobei dem Werkstück über einen Zeitraum Wärme zugeführt wird um es auf eine vorgegebenen Temperatur zu erwärmen, anschließend wird während der Erwärmung von einem ausgewählten Abschnitt des Werkstücks Wärme abgeführt, so dass die während des Erwärmungszeitraums in dem ausgewählten Abschnitt erreichte Temperatur unter der vorgegebenen Temperatur liegt. Bei der vorgegebenen Temperatur handelt es sich z. B. um die zur Bildung eines Austenitgefüges beim Presshärten erforderliche Temperatur. Hierbei ist das Werkstück zur Erwärmung in einem Durchlaufofen angeordnet und liegt mit ausgewählten Abschnitten jeweils auf einem Körper auf. Die Körper sind Bestandteile einer im Übrigen nicht gezeigten, in den Durchlaufofen ein- und ausfahrbaren Werkstückhalterung. Bei dem Werkstück kann es sich auch um ein vorgeformtes Blechteil handeln. Die Wärmeaufnahmekapazität der gegen die Abschnitte des Werkstücks anliegenden Körper ist so bemessen, dass die Temperatur dieser Körper bis zum Ende der Aufwärmzeit nur ein unter der genannten Temperaturschwelle liegenden Wert erreicht, so dass während der Erwärmung des Werkstücks Wärme zum Teil in die Körper abfließt. Vor der Wiederverwendung der Haltung kühlen die Körper auf eine vorbestimmte Ausgangstemperatur ab oder werden durch ein Kühlmedium abgekühlt.
  • Aus der DE 200 14 361 U1 ist eine B-Säule für eine Karosseriekomponente bekannt, welche aus einem Längsprofil aus Stahl besteht wobei das Längsprofil einen ersten Längenabschnitt mit einem überwiegend martensitischen Werkstoffgefüge und einen zweiten Längenabschnitt höherer Duktilität mit einem überwiegend ferritischen Werkstoffgefüge aufweist, wobei die unterschiedlichen Gefüge dadurch erzielt werden, dass während des Erwärmens des Bauteils bzw. der Platine ein Schutz bzw. Isolationskörper den Bereich, der nicht so stark erhitzt werden soll abdeckt.
  • Aus der DE 10 2009 015 013 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen partiell gehärteter Stahlbauteile bekannt, wobei eine Platine aus einem härtbaren Stahlblech einer Temperaturerhöhung unterworfen wird, welche für eine Abschreckhärtung ausreicht und die Platine nach erreichen einer gewünschten Temperatur und ggf. einer gewünschten Haltezeit in ein Umformwerkzeug überführt wird in dem die Platine zu einem Bauteil umgeformt und gleichzeitig abgeschreckt wird oder die Platine kalt umgeformt wird und das durch die Kaltumformung erhaltene Bauteil anschließend einer Temperaturerhöhung unterzogen wird, wobei die Temperaturerhöhung so durchgeführt wird, dass eine Temperatur des Bauteils erreicht wird, die für eine Abschreckhärtung notwendig ist und das Bauteil anschließend in ein Werkzeug überführt wird, in dem das erhitzte Bauteil abgekühlt und dadurch abschreckgehärtet wird, wobei während des Erhitzens der Platine und des Bauteils zum Zwecke der Temperaturerhöhung auf eine zum Härten notwendige Temperatur in Bereichen, die eine geringere Härte und/oder Höhe Duktilität besitzen sollen eine oder mehrere Absorptionsmassen anliegen, wobei jede Absorptionsmasse bezüglich ihrer Ausdehnung und Dicke, ihrer Wärmeleitfähigkeit und ihrer Wärmekapazität so dimensioniert ist, dass der in dem Duktil verbleibende Bereich auf das Bauteil einwirkende Wärmeenergie durch das Bauteil hindurch in die Absorptionsmasse fließt.
  • Aus der DE 10 2008 062 270 A1 sind eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum partiellen Härten eines metallischen Werkstücks bekannt, wobei das Werkstück mittels einer Fördereinrichtung in einem Durchlaufofen entlang einer Förderrichtung transportiert und mittels einer Heizeinrichtung partiell erwärmt wird wobei die Heizeinrichtung zumindest eine Heizzone erzeugt die mit dem Werkstück in Förderrichtung bewegt wird. Auf diese Art und Weise kann die von der Heizeinrichtung zur Verfügung gestellte Heizzone mit dem kontinuierlichen in Förderrichtung bewegten Werkstück mitwandern, so dass ausschließlich der in der Heizzone liegende Abschnitt, nicht aber diejenigen außerhalb einer Heizzone liegenden Abschnitte des Werkstücks auf eine vorgegebenen Temperatur, etwa auf die sogenannte Austenitisierungstemperatur von Stahl aufgeheizt werden können.
  • Aus der DE 10 2008 030 279 A1 ist eine Warmformlinie bekannt, in der durch die Bearbeitung in mehreren, aufeinander folgenden Stationen die Herstellung eines partiell gehärteten Stahlbauteils möglich sein soll. Bei der Herstellung des partiell gehärteten Bauteils wird dieses unter anderem in einer Erwärmungsstation homogen auf eine Temperatur < AC3 erwärmt, um anschließend unter eine Infrarot-Lampen-Station verbracht und dort lediglich teilbereichsweise auf eine Temperatur über AC3 erwärmt zu werden. Auf diese Weise wird beim anschließenden Abkühlvorgang das Stahlbauteil lediglich partiell gehärtet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines partiell gehärteten Stahlbauteils zu schaffen, mit dem derartige Bauteile schnell, kostengünstig und mit hoher Präzision aufgeheizt und erzeugt werden können.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Es ist darüber hinaus Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen, welche einen vereinfachten Aufbau besitzt, eine hohe Durchlaufleistung zulässt, eine präzise partielle Erhitzung ermöglicht und zudem energetisch effektiv ist.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass die bestehenden Verfahren Nachteile besitzen, wobei beim partiellen Pressehärten mittels Absorptionsmassen ein größerer Energiebedarf besteht, da die Absorptionsmassen nach erfolgtem Ofendurchlauf abgekühlt werden müssen, um wiederverwendbar zu sein. Beim partiellen Erwärmen von Platinen, z.B. im Rollenherdofen, ergibt sich keine genaue und wiederholbare Abgrenzung der Übergangsbereiche von hart zu weich, so dass dieses Verfahren eher für durchgängige, duktile Bereiche geeignet ist.
  • Beim partiellen Abkühlen im Presshärtewerkzeug ergeben sich erhöhte Taktzeiten durch längere Verweilzeiten im Werkzeug und Maßhaltigkeitsprobleme aufgrund Teileverdrehung beim Abkühlen und Schrumpfen der unterschiedlich temperierten Bereiche. Beim partiellen Anlassen zum Erzeugen eines duktilen Bereichs wird der Zeitbedarf durch den zusätzlichen Prozessschritt erhöht.
  • Erfindungsgemäß gelingt es, einen taktzeitneutralen Ablauf mit geringem Energiebedarf zu schaffen, mit dem in genau definierten Teilbereichen beim Presshärten von Karosseriebauteilen bei schneller Deformation im Crashlastfall die beim Crash auftretenden Spannungen gezielt auf das Bauteil verteilt bzw. absorbiert werden.
  • Erfindungsgemäß wird hierzu ein im Wesentlichen bzw. vorzugsweise komplett fertig geformtes Bauteil in einem Durchlaufofen auf ca. 700°C zur Ausbildung einer Zink-Eisen-Schicht erwärmt. Nach dem Erreichen der Bauteiltemperatur von ca. 700°C wird das Bauteil getaktet unter dreidimensional konturierte Strahler bewegt und je nach Komplexität der Kontur im Bereich dieses dreidimensional konturierten Strahlers angehoben, so dass der Strahler in dem Bereich, der weiter erhitzt werden soll, von allen Bereichen der Oberfläche angenähert vorzugsweise gleich beabstandet ist. Das Bauteil wird mit dem Strahler in dessen Bereich austenitisiert und insbesondere auf eine Temperatur, die über dem Ac3-Punkt liegt, erhitzt und insbesondere auf 910°C und darüber erhitzt, während die restlichen Bereiche jedoch der Strahlung nicht ausgesetzt werden und somit unterhalb der Austenitisierungstemperatur verbleiben.
  • Im Anschluss an das Erhitzen werden die Bauteile in einem entsprechenden Werkzeug formgehärtet, d.h. ohne wesentliche Formänderungen, lediglich rasch abgekühlt. Die Bauteilbereiche, die mittels des dreidimensional konturierten Strahles auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wurden und insbesondere über 900°C erwärmt wurden, werden hierbei in martensitisches Gefüge umgewandelt und erreichen Zugfestigkeiten von etwa 1300 MPa.
  • Die Bereiche, die unter der Austenitisierungstemperatur auf ca. 700°C gehalten wurden, können sich nicht in martensitisches Gefüge umwandeln und erreichen die gewünschte Zugfestigkeit zwischen 450 MPa bis 700 MPa.
  • Der Einsatz von dreidimensional konturierten Strahlern, welche lediglich teilbereichsweise auf eine Platine einwirken, erfordert ein getaktetes und positionsgenaues Durchfahren der Bauteile durch den Ofen. Beispielsweise wird ein Bauteil alle 15 s getaktet im Ofen von Station zu Station positionsgenau weiter befördert. Für eine positionsgenaue Beförderung werden die Bauteile bevorzugt auf entsprechende Bauteilträger aufgelegt, wobei die Bauteilträger dem Bauteil so angepasst sind, dass eine positionsgenaue Auflegung des Bauteils auf den Träger durch einen Roboter möglich ist und das Bauteil in genau dieser Position auch auf den Bauteilträger verweilt.
  • Die Ofentemperatur beträgt zwischen 650°C bis 800°C, bevorzugt 700°C bis 750°C.
  • Das Bauteil wird in dem Ofen bis zu einem Bereich bewegt, der eine Aufenthaltszeit des Bauteils im Ofen derart entspricht, dass das Bauteil die gewünschte Temperatur und insbesondere die gewünschten 700°C erreicht hat. Anschließend gelangt das Bauteil in einem Ofenbereich, in dem die dreidimensional konturierten Strahler in gewissen Abständen montiert sind. Das Bauteil verweilt dann jeweils für eine Taktzeit von z.B. 15 s unter dem dreidimensional konturierten Strahler zum weiteren Erwärmen von Teilbereichen des Bauteils auf 900°C, wobei die übrige Ofentemperatur nach wie vor 650°C bis 800°C, vorzugsweise 700°C bis 750°C, vorzugsweise 730°C beträgt.
  • Diese vergleichsweise niedrige Ofentemperatur ermöglicht auch bei Störungen ein sehr großes Prozessfenster, da ein Überhitzen der Bauteile durch ein mögliches, schnelles Abschalten der dreidimensional konturierten Strahler und die geringe Ofentemperatur ausgeschlossen werden.
  • Um die Randbereiche, in denen der dreidimensional konturierte Strahler auf das Bauteil einwirkt, also die Bereiche zwischen der hohen Temperatur des Bauteils von über 900°C und der niedrigen Temperatur des Bauteils, nämlich 700°C mit hoher Trennschärfe zu bewerkstelligen, können die Bauteilträger, mit denen das Bauteil durch den Ofen gefahren wird, in an sich bekannte Weise mit Absorptionsmassen, also beispielsweise einem Rahmen um den gewünschten härteren Bereich herum versehen sein, wobei die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität sowie der Emissionsgrad des Materials entsprechend abgestimmt sind. In diesen Bereichen wird dann die Wärmeenergie, die nicht von dem heißeren Bereich in den kälteren Bereich abfließen soll, durch das Bauteil hindurch in die Absorptionsmasse geführt, wodurch eine sehr randscharfe, unterschiedliche Struktur des Bauteils erzielt wird.
  • Bei der Erfindung ist hierbei von Vorteil, dass die Absorptionsmassen auf der Rückfahrstrecke der Träger nicht abgekühlt werden müssen und die auf ca. 700°C erhitzten Absorptionsmassen beim Auflegen der Bauteile schon zum Vorwärmen der Bauteile für die in diesem Bereich gewünschten 700°C genutzt werden können. Dies geht sogar so weit, dass die Rückfahrstrecke der Träger im Ofen bzw. in einem unter dem Ofen befindlichen, ebenfalls heißen Bereich stattfindet, so dass der Energieaustrag aufgrund der aus dem Ofen ausgeführten Masse gering gehalten wird.
  • Die Bauteile können mittels ihres Trägers, wenn sie die Taktposition eines dreidimensional konturierten Strahlers erreicht haben, angehoben werden, so dass sie nah am Strahler befindlich sind. Der entsprechende dreidimensional konturierte Strahler kann aber auch zum Bauteil hin bewegt werden. Die Erhitzung des Bauteils kann dabei durch einen einzigen Strahler oder getaktet durch mehrere hintereinander befindliche Strahler erfolgen.
  • Nach dem Erhitzen des Bauteils in dem genannten Bereich kann das Bauteil, welches nun das gewünschte Temperaturprofil aufweist, aus dem Ofen ausgefördert werden, von einem Manipulationswerkzeug gegriffen und in ein Formhärtewerkzeug überführt werden.
  • Selbstverständlich kann anstelle eines Bauteils auch eine ebene Platine oder ein ebener Bereich eines Bauteils mit einem derartigen Strahler mit Temperatur beaufschlagt werden, wobei der Strahler in diesem Fall eben ausgebildet ist, sich ansonsten am Verfahrensablauf jedoch nichts ändert, wobei bei einem ebenen Bereich, der dann das gewünschte Temperaturprofil aufweist, anschließend noch eine Formgebung und nicht nur eine reine Formhärtung erfolgen kann.
  • Die dreidimensional konturierten Strahler bzw. die eben ausgebildeten Strahler können hierbei elektrisch oder mittels Gas beheizt werden, wobei es bei einer Beheizung mittels Gas vorteilhaft ist, diese Gasbeheizung so zu kapseln, dass das Bauteil bzw. die Ofenatmosphäre nicht mit Abgasen beaufschlagt werden, um einen Wasserstoffeintrag bzw. eine Wasserstoffversprödung des Materials zu verhindern.
  • Dabei umfasst die Erfindung auch Beheizungselemente, die nicht als Strahler ausgebildet sind, sondern gegebenenfalls eine Induktionserwärmung in diesem Bereich durchführen, wobei trotzdem eine entsprechende dreidimensionale Ausgestaltung gewährleistet ist, um eine gleichmäßige Erhitzung in diesem Bereich sicherzustellen.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
    • Figur 1:
    stark schematisch ein Bauteil mit einem erhitzten Bereich;
    Figur 2:
    einen Querschnitt durch einen Ofen zum Durchführen des Verfahrens;
    Figur 3:
    einen stark schematisierten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ofen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Figuren 1 bis 3) besitzt zumindest einen langgestreckten Durchlaufofen 1 (Figur 3) mit einem Ofenraum 2, der entlang einer Förderrichtung 3 durchfahrbar ist. Hierzu kann in einem Unterflurbereich 4 eine Fördereinrichtung, welche nicht näher gezeigt ist, vorhanden sein, auf welcher Träger 5 für Bauteile 6 förderbar sind. Die Träger 5 sind dabei an der Fördereinrichtung so befestigt, dass sie entlang eines längsorientierten Durchlasses bzw. Schlitzes, der den Unterflurbereich 4 mit dem Ofenraum 2 verbindet, förderbar sind. Im Ofenraum sind in an sich bekannter Weise, z. B. gasbeheizte Ofenstrahlrohre 7 angeordnet, welche Wärme in den Ofenraum 2 abgeben. Auf den Trägern 5 sind die Bauteile 6 angeordnet, welche über die Ofenstrahlrohre 7 erhitzt werden.
  • Der Ofenraum 2 ist dabei in zwei Bereiche unterteilt, wobei die Unterteilung nicht räumlich sein muss, beispielsweise mit einer Trennwand. Ein erster Bereich I dient der Erwärmung der Bauteile auf etwa 700°C und besitzt dementsprechend Ofenstrahlrohre 7. Im zweiten Bereich II sind ebenfalls Ofenstrahlrohre 7 vorhanden.
  • Zusätzlich zu den Ofenstrahlrohren 7 sind in diesem Bereich die dreidimensional konturierten Strahler 8 vorhanden. Die dreidimensional konturierten Strahler 8 sind dabei beispielsweise von einer Ofendecke 9 mittels entsprechender Mechaniken auf die Bauteile 6 absenkbar. Die Durchführung der Bauteile erfolgt dabei auf den Trägern 5 getaktet, so dass z. B. alle 15 s eine Weiterführung stattfindet und dann ebenfalls für beispielsweise 15 s gehalten wird.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Träger 5 heb- und senkbar zu machen, welches in Figur 3 der äußerst rechte Träger ist, wobei in diesem Fall der dreidimensional konturierte Strahler fest beispielsweise an einer Ofendecke angeordnet ist. Nach dem Ausfahren aus dem Ofen kann ein entsprechend aufgeheiztes Bauteil in ein entsprechendes Formwerkzeug bzw. Formhärtewerkzeug manipuliert werden.
  • In Figur 1 ist ein entsprechendes Bauteil zu sehen, wobei ein erhitzter Bereich gezeigt ist.
  • In Figur 2 erkennt man den auf das Bauteil abgesenkten Strahler, der vorzugsweise angenähert in allen Bereichen von der Oberfläche des Werkstücks 6 gleich beabstandet ist, so dass eine uniforme Erwärmung möglich ist. Um den Temperaturverlauf zwischen dem erhitzten Bereich 10 und dem darum liegenden erwärmten Bereich 11 möglichst scharf zu gestalten, können in dem Grenzbereich zwischen durch den dreidimensional konturierten Strahler 8 auf geheizter Fläche und der darum liegenden Flächen entsprechend Absorptionsmassen oder eine entsprechend rahmenförmige Absorptionsmasse 12 vorhanden sein. Die Absorptionsmasse sorgt hierbei dafür, dass vom durch den Strahler 8 erhitzten Bereich 10 keine oder möglichst wenig Wärme in den übrigen Bereich 11 sowie in dem Ofenraum gegeben wird. Hierbei kann die Absorptionsmasse 12 in Bereichen, die innerhalb des erhitzten Bereiches duktil bleiben sollen, beispielsweise im Bereich eines nachträglich einzustanzenden Loches 12 a ebenfalls eine Absorptionsmasse besitzen, so dass dieser Bereich duktil verbleibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft vollständig wie folgt ab:
    • Aus einem Stahlband eines austenitisierbaren Stahles, beispielsweise eines 22MnB5 oder eines vergleichbaren durch Abschreckhärtung härtbaren Stahles wird eine Platine ausgestanzt. Die ausgestanzte Platine wird anschließend in einem üblichen Formgebungsverfahren zu einem Bauteil tief gezogen, wobei dieses Bauteil bereits die dreidimensionale Endkontur des gewünschten Bauteils haben kann oder aber bestimmte Wärmedehnungen oder Dehnungen durch Änderung der Struktur soweit berücksichtigt sind, dass nach einem Abschreckhärteschritt, der jedoch ohne wesentliche weitere Umformung stattfindet, das Bauteil die gewünschte Endkontur und Endgröße hat.
  • Dieses Bauteil ist insbesondere ein mit einer Zinkbeschichtung oder auch mit einer Beschichtung auf Basis von Zink versehenes Bauteil.
  • Diese Bauteile werden an einer ersten Übergabestation mittels eines Manipulationswerkzeuges auf Ofenträger aufgesetzt. Zu diesem Zwecke können die Bauteile entsprechende Löcher besitzen, durch die Aufnahmestifte oder -bolzen des Trägers greifen. Es ist hierbei wichtig für das Verfahren, dass eine absolut positionsgenaue Auflage des Bauteils auf dem Träger stattfindet, mit einer absolut eindeutig festgelegten Position des Bauteils. Anschließend fährt der Träger in den Ofen ein, wobei im Ofen das Bauteil auf dem Träger zunächst einen ersten Bereich durchläuft, in dem die Ofentemperatur zwischen 650°C und 800°C, insbesondere 700°C bis 750°C und vorzugsweise 730°C beträgt, wobei diese Temperatur durch Ofenstrahlrohre erreicht wird. Die Länge des Ofens bzw. dieses ersten Ofenabschnitts ist dabei so bemessen, dass die Bauteile am Ende dieses Abschnitts eine Temperatur von 700 bis 750°C, vorzugsweise 730°C besitzen.
  • Die Durchführung der Bauteile durch den Ofen erfolgt hierbei getaktet. Dies bedeutet, dass ein Ofenträger von Station zu Station um jeweils eine festgelegte Strecke fortbewegt wird und dann an dieser Station, die exakt eingehalten wird, für eine bestimmte Zeit, beispielsweise 15 Sekunden gehalten wird, bevor der Ofenträger mit dem Bauteil zu der nächsten Station exakt fortbewegt wird und dort wiederum eine Haltezeit verbleibt. Nach dem Ofenabschnitt I gelangt der Träger mit dem Bauteil in den Ofenabschnitt II, bei dem über allen oder einem Teil der Taktstationen ein dreidimensional konturierter Strahler angeordnet ist. Nach dem Erreichen der Station wird entweder der dreidimensional konturierte Strahler auf das Bauteil abgesenkt oder das Teil wird angehoben und mit einem vorbestimmten, immer gleichen Abstand zum Bauteil positioniert, wobei das Bauteil in dem vom Strahler überdeckten Bereich mit Wärmestrahlung derart beaufschlagt wird, dass entweder durch einen einzigen Strahler allein oder eine in der Taktfolge hintereinander angeordnete Anzahl von Strahlern soviel Wärmeenergie in das Bauteil eingebracht wird, dass dieser Bereich auf zumindest die Austenitisierungstemperatur (> Ac3) erhitzt wird. Um die Trennschärfe zwischen erhitztem und nicht erhitztem Bereich möglichst scharf zu gestalten, kann der Ofenträger über einer Absorptionsmasse verfügen, die z. B. als Rahmen um den erhitzten Bereich ausgebildet ist und von der dem Strahler gegenüberliegenden Seite an dem Bauteil anliegt. Wie bereits ausgeführt, kann Wärmeenergie, die vom erhitzten Bereich zum kühleren Bereich fließen will, hierdurch in die Absorptionsmasse abgeleitet werden.
  • Nachdem das Bauteil ausreichend auch im erhitzten Bereich erwärmt ist, wird das Bauteil getaktet aus dem Ofen gefördert und umgehend von einem Manipulationswerkzeug aufgenommen und in ein Formhärtewerkzeug überführt. Im Formhärtewerkzeug liegen die Formhärtewerkzeugflächen des Formhärtewerkzeugs an dem Bauteil an und kühlen es rasch ab. Die Abkühlung in zumindest den erhitzten Bereichen (durch die dreidimensional konturierten Strahler) findet mit einer Geschwindigkeit statt, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit des jeweiligen Stahlmaterials derart liegt, dass die zunächst austenitische Phase sich im Wesentlichen in Martensit umwandelt und hierdurch eine große Härte erzielt.
  • Der Träger, gegebenenfalls mit den Absorptionsmassen versehen, läuft, beispielsweise mit einer Förderkette getrieben, durch den Ofen und nach dem Auslauf aus dem Ofen beispielsweise unterhalb des Ofens entweder in einem gekapselten Unterführbereich oder frei abkühlend wieder zur Übergabestation (zum Anfang des Ofens).
  • Da erfindungsgemäß sowohl Träger als auch Absorptionsmassen an sich keiner Kühlung bedürfen, bietet es sich an, Träger, gegebenenfalls mit Absorptionsmasse, in einem gekapselten Bereich rückzuführen, so dass der Träger und die Absorptionsmasse im Ofen nicht erneut mit aufgewärmt werden müssen, sondern vielmehr die bereits warmen Absorptionsmassen zusätzlich Wärmeenergie in das Bauteil eintragen können. Ein Kühlen ist jedoch ebenfalls möglich.
  • Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass sich eine solche Vorrichtung mit vergleichsweise geringem Aufwand realisieren lässt, wobei auch der steuerungstechnische Aufwand gering ist.
  • Zudem ist von Vorteil, dass bei dem Verfahren weniger Wärme aus dem Ofen ausgetragen wird, als bei üblichen Verfahren, was es energetisch effektiver und damit kostengünstiger macht.
  • Zudem kann durch die dreidimensional konturierten Strahler die Wärme sehr exakt dosiert in die Bauteile eingebracht werden, so dass die Ergebnisse mit hoher Gleichmäßigkeit reproduzierbar erzielbar sind.
  • Die dreidimensional konturiertern Strahler können bei ebenen Blechbauteilen, die einer Nachverformung im warmen Zustand unterworfen werden sollen, oder wenn nur auf ebene Bereiche eines ansonsten konturierten Bauteils eingewirkt werden soll, selbstverständlich auch nur zweidimensional ausgebildet sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Durchlaufofen
    2
    Ofenraum
    3
    Förderrichtung
    4
    Unterflurbereich
    5
    Träger
    6
    Bauteil
    7
    Ofenstrahlrohre
    8
    dreidimensional konturierten Strahler
    9
    Ofendecke
    10
    erhitzter Bereich
    11
    erwärmter Bereich
    12
    Absorptionsmasse
    12a
    einzustanzendes Loch
    I
    erster Bereich
    II
    zweiter Bereich

Claims (13)

  1. Verfahren zum Erzeugen partiell gehärteter Bauteile aus Stahlblech, wobei
    - ein aus einem härtbaren Stahlblechmaterial kalt geformtes Bauteil in einem Ofen auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur (< Ac3) aufgewärmt wird und
    - in Bereichen, in denen das Bauteil austenitisiert werden soll (> Ac3) ein Strahler auf das Bauteil einwirkt,
    - wobei der Strahler bauteilseitig dreidimensional konturiert derart ausgebildet ist, dass er der Kontur des Bauteils im zu austenitisierenden Bereich angenähert entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahler in Arbeitsposition von der Oberfläche des Bauteils über die gesamte zu erhitzende und austenitisierende Fläche gleich beabstandet eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahler elektrisch oder mit Gas beheizt wird, wobei die Beheizung derart stattfindet, dass die bauteilseitige Strahlerfläche im Wesentlichen eine einheitliche Temperatur und Strahlungsintensität besitzt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil auf einem Träger angeordnet ist und positionsgenau und getaktet durch den Ofen geführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Beaufschlagen mit Wärmestrahlen die Träger angehoben werden oder die Strahler abgesenkt werden oder die Träger abgesenkt oder der Strahler angehoben wird, je nach dem, in welcher Weise der Träger durch den Ofen geführt wird und hierdurch das Bauteil auf einen gewünschten Abstand zum Strahler gebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Ofen mehrere Strahler in Förderrichtung hintereinander angeordnet sind und die Einwirkung nacheinander mit mehreren Strahlern schrittweise entsprechend des Arbeitstaktes erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Trennschärfe zwischen den austenitisierten und nicht austenitisierten Bereichen am Träger eine Absorptionsmasse angeordnet ist, wobei die Absorptionsmasse im Bereich der austenitisiert ist und dem nicht austenitisierten Bereich am Bauteil anliegt bzw. auf das Bauteil einwirkt, so dass Wärmeenergie die vom austenitisierten Bereich zum nicht austenitisierten Bereich fließen könnte, von der Absorptionsmasse aufgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Absorptionsmassen in Bereichen einwirken, die innerhalb des austenitisierten Bereiches duktil verbleiben sollen, insbesondere in Bereichen in denen nachträglich Löcher eingestanzt werden sollen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile in einer Übergabestation auf jeweils einen Träger positions- und lagegenau übergeben werden, mit dem Träger durch den Ofen durchgeführt werden und am Ende des Ofens lage- und positionsgenau in einer zweiten Übergabestation durch einen Manipulator vom Träger abgenommen und in ein Formhärtewerkzeug überführt und in diesem abgekühlt werden, wobei die Abkühlung des Bauteils mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit des Stammmaterials des Bauteils derart erfolgt, dass die austenitisierten Bereiche eine martensitische Härtung erfahren.
  10. Vorrichtung zum Erzeugen partiell gehärteter Bauteile aus Stahlblech, wobei die Vorrichtung einen langgestreckten Durchlaufofen (1) umfasst mit einem Ofenraum (2) der entlang einer Förderrichtung (3) durchfahrbar ist, wobei hierzu eine Fördereinrichtung vorhanden ist mit der Träger (5) für Bauteile (6) förderbar sind, wobei die Träger (5) an der Fördereinrichtung so angebunden sind, dass sie entlang der Förderrichtung förderbar sind, wobei der Ofenraum eine Temperatur besitzt, die unterhalb der Temperatur liegt, die für die Bildung von Austenit im Stahlblech notwendig ist und im Ofenraum Strahler angeordnet sind, welche teilbereichsweise auf die Stahlbleche einwirkend ausgebildet sind, so dass in dem von den Strahlern beaufschlagten Blechbereich eine Temperatur derart vorhanden ist, dass das Stahlblech in diesem Bereichen austenitisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenraum (2) in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei in einem ersten Bereich (I) die Ofenraumtemperatur so bemessen ist, dass die Bauteile auf etwa 700°C erwärmbar sind und der Ofenraum (2) im zweiten Bereich (II) dreidimensional konturierte Strahler (8) besitzt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenraum (2) mit Heizeinrichtungen ausgebildet ist, wobei die Heizeinrichtungen so ausgebildet und geregelt sind, dass die Temperatur des Ofens im Ofenraum (2) zwischen 650°C und 800°C, bevorzugt 700°C bis 750°C, weiter bevorzugt 730°C beträgt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensional konturierten Strahler (8) eine bauteilseitige Fläche besitzen, die der Bauteilkontur entspricht, wobei die dreidimensional konturierten Strahler (8) auf durch den Ofen (1) geführte Bauteile (6) absenkbar sind oder die Träger (5) zu den Strahlern (8) anhebbar ausgebildet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (5) eine Absorptionsmasse (12) in den Bereichen angeordnet ist, in denen die Grenzlinie zwischen mit einem Strahler beaufschlagbaren Bereich und dem übrigen Bereich eines Bauteils besteht, so dass Wärme welche von einem heißeren Bereich des Bauteils zu einem kälteren Bereich des Bauteils fließt von der Absorptionsmasse aufnehmbar ist.
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