EP3253893A1 - Verfahren, ofeneinrichtung und anlage zum formhärten von werkstücken - Google Patents

Verfahren, ofeneinrichtung und anlage zum formhärten von werkstücken

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Publication number
EP3253893A1
EP3253893A1 EP16701244.2A EP16701244A EP3253893A1 EP 3253893 A1 EP3253893 A1 EP 3253893A1 EP 16701244 A EP16701244 A EP 16701244A EP 3253893 A1 EP3253893 A1 EP 3253893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpieces
transfer
furnace
forming
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16701244.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Vervoort
Wilhelm Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eisenmann SE
Original Assignee
Eisenmann Thermal Solutions Gmbh&co KG
Eisenmann SE
Eisenmann Thermal Solutions Gmbh and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eisenmann Thermal Solutions Gmbh&co KG, Eisenmann SE, Eisenmann Thermal Solutions Gmbh and Co KG filed Critical Eisenmann Thermal Solutions Gmbh&co KG
Publication of EP3253893A1 publication Critical patent/EP3253893A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0018—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces for charging, discharging or manipulation of charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets

Definitions

  • the invention relates to a system for the mold hardening of workpieces with a) a furnace device in which workpieces can be heated to a forming temperature; b) a forming device in which the heated workpieces are malleable; c) a transfer device, by means of which workpieces can be transferred from the furnace device to the forming device.
  • the invention relates to a method for the form hardening of workpieces, in which a) the workpieces are heated in a furnace device to a forming temperature; b) the workpieces are formed in a forming device; c) the workpieces are transferred from the oven device to the forming device.
  • Form hardening has become particularly established as a method for hot-forming workpieces made of metal into components, in particular in the automotive industry, and is also familiar under the terms press hardening or hot stamping.
  • the workpieces to be formed are heated in a furnace device, with a transfer device such as a multi-axis robot from the furnace device to a Umformein- handed over direction and formed there by a pressing tool in the desired component.
  • a forming temperature between about 800 ° C and 1100 ° C during so-called austenitization.
  • the forming temperature for steel sheets made from common boron-manganese steel alloys is 930 ° C.
  • such steel sheets are provided with an aluminum-silicon coating (AISi).
  • AISi aluminum-silicon coating
  • Such a sheet steel workpiece may be, for example, a flat steel sheet or board or even a sheet steel preformed in a previous step, for example by cold drawing.
  • the heated workpiece is formed in the forming device with a cooled pressing tool and quenched at the same time.
  • the material structure changes during the molding process and the components obtained have a considerably higher strength and rigidity than components that have been cold-formed from the workpiece.
  • the workpieces On the way of the workpieces from the oven device to the forming device, the workpieces come regularly in contact with the ambient atmosphere and in particular with atmospheric oxygen.
  • the previously heated workpiece cools down.
  • the extent of this cooling depends on conversion parameters such as time, distance and / or speed, which prevail from the removal of the workpiece from the oven device to forming.
  • the quality of the components obtained during the molding process can vary considerably if different Oxygen come into contact with oxygen and be reshaped with different temperatures.
  • the transfer device is arranged in a transfer space, which is at least partially limited by a housing and largely bridges the space between the furnace device and the forming device.
  • a transfer room with a separate Ge housing is thus arranged between the furnace device and the forming device.
  • this transfer room there may be an atmosphere deviating from the ambient atmosphere.
  • a largely constant temperature can be maintained in the transfer room.
  • the housing must be able to do not limit the space completely. For example, may remain between the wall elements and the rig floor a gap, without this adversely affects the work atmosphere in the Kochga ⁇ beraum.
  • the housing may also be formed at least partially by flexible housing elements.
  • the housing comprises an access, via which one or more workpieces can be introduced into the transfer space.
  • the workpieces then do not get over the oven unit, which then possibly one of the
  • Transfer space lying inlet can be fed, but separately in the transfer room, and can be handled there by the transfer device.
  • the access is designed as an access lock, by means of which the atmosphere of the transfer room remains separated from the ambient atmosphere.
  • the temperature-lock region comprises a flow device, by means of which a fluid flow curtain can be generated in front of the furnace device.
  • the housing comprises an output, via which a workpiece removed from the oven device is connected to the container.
  • Formewed is deliverable and which by a
  • Gate unit is lockable or releasable. When transferring to the forming device, a connection of the transfer room to the environment can not be avoided. This compound can be, however, kept each time as short as possible when passing through an off ⁇ gang with a gate unit, so that an atmosphere of loss or a change in temperature that affect the operating conditions occurs only over the period of time for the transfer of the workpiece to the Forming device is needed.
  • the transfer device is preferably designed as Gelenkarmroboter. Preferably, this is positio ⁇ ned on the ground.
  • the transfer device can also be designed as a hanging system.
  • the volume of the transfer space is as small as possible. In order to avoid unneeded void volume, it may be advantageous if one or more Gearspringper housed in the transfer room.
  • Figure 1 is a side view of a system for the molding of
  • Figure 2 is a top view of the system of Figure 1;
  • Figure 3 is a side view of a modified system for
  • 2 denotes a total of a system for molding, in which workpieces 4 are formed into components 6.
  • the workpieces 4 are, for example, workpieces made of sheet steel, as explained above.
  • the plant 2 comprises a furnace device 8, in which the workpieces are heated to a forming temperature.
  • a workpiece 4 When a workpiece 4 has reached its forming temperature, it is removed from the oven device 8 with the aid of a transfer device 10 and transferred to a forming device 12.
  • This comprises, in a manner known per se, a cooled pressing tool 14, with which the workpiece 4 is deformed and quenched into the component 6 in a forming process.
  • the component 6 is released and removed by means of a removal device 16 from the forming device 12 and then its further determination, such as a mechanical post-processing supplied ,
  • the oven device 8 comprises a plurality of separate oven modules 20, each having its own module housing 22, which delimits a furnace chamber 24, which is illustrated by dashed lines in each case one of the oven modules. In the present embodiment, two furnace modules 20a, 20b are shown.
  • the oven chamber 24 is accessible via an opening 26 in the module housing 22 from the outside, which can be released or closed via a module door 28.
  • a not-shown workpiece carrier which stores a single workpiece 4 or a group of workpieces of two or more workpieces 4 during heating.
  • the workpiece carrier ensures proper positioning of the or. Workpieces 4 based on the furnace module 20 sure.
  • the workpiece carrier can in particular be made of reaction-bonded silicon-infiltrated silicon carbide.
  • Furnace modules 20a, 20b are illustrated, in each of which only a single workpiece 4 can be heated. This basically reflects the ideal case, but can not always be achieved, taking into account the required space requirements and the throughput rate of Annex 2. Therefore, if a workpiece group of two or more workpieces 4 are to be heated in a furnace module 20, the module housing 22 builds respectively correspondingly higher and the workpiece carrier provides a plurality of carrier floors. In this case, the module housing 22 can have a respective opening 26 at the level of each of these carrier levels and can be opened for each of these openings. 26 include a module door 28. Alternatively, it is also possible to bring a plurality of carrier shelves to a single opening 26 in a furnace module 20.
  • the furnace modules 20 of a system 2 need not be identical. There may also be various furnace modules 20 whose dimensions, in particular the volume of the furnace chamber 24 and the cross section of the opening or openings 26, are respectively adapted to different types of workpieces 4 or to a different number of workpieces 4 to be accommodated.
  • Each furnace module 20 operates autonomously and for this purpose carries at least one own heating device 30 with it.
  • the heating device 30 may be, for example, an electric heating unit with a heating coil.
  • IR radiators or gas burners or the like established heating techniques come into consideration.
  • a muffle may additionally be arranged in the furnace chamber 24 of a furnace module 20, which additionally encloses the workpiece carrier tightly.
  • the muffle can provide a uniform temperature distribution and protect the furnace chamber 24 and there special components of the heater 32 from impurities such as scale or coating components that can fall in the furnace module 20 from the workpieces 4.
  • a protection of heating components can be done without muffle on an encapsulation of the components in question; with a muffle this is not necessary, so that this structural complexity can be omitted and costs can be reduced if necessary.
  • Protective gas consumption is reduced because the muffle has a smaller volume than the furnace chamber 24. Also, the furnace walls not to the extent that is usually freed of oxygen and water.
  • Each oven module 20 is supplied via a line bundle 32 with necessary for operation electrical or fluid resources.
  • the line bundle 32 also includes fluid lines, via which an atmosphere gas injected into the oven chamber 24 or the furnace atmosphere can be sucked off.
  • the individual lines of the cable bundle 32 lead to the individual supply sources, which are not shown here specifically.
  • a not specifically shown process control monitors the proper operation and the parameters of the individual furnace modules 20.
  • Each furnace module 20 is equipped for this purpose with corresponding sensors which monitor the operating parameters of the furnace module 20 and send corresponding output signals to this process control.
  • the line bundle 32 includes for this purpose in addition to the mentioned supply lines corresponding data lines.
  • a fault occurs in a particular furnace module 20, for example if the heater 30 of a particular furnace module 20 fails, that furnace module 20 can be selectively detected.
  • the defective furnace module 20 can then be separated from the working process and maintained separately, without this significantly influencing the other course of the forming process or even temporarily leading to a standstill of the process.
  • an individual heating process can be run through from each workpiece 4, which can be controlled separately for each workpiece 4 via the process control.
  • the furnace modules 20 form a furnace unit 34, which may also include more than two furnace modules 20 or even a single furnace module 20 in not specifically shown modifications.
  • the transfer device 10, i. in the present embodiment, the transfer robot 18a, is arranged in a transfer space 36, which largely bridges the space between the furnace device 8 and the forming device 12.
  • the transfer space 36 is bounded by a housing 38 with housing walls 40, wherein the furnace modules 20 project through a housing wall 40 into the transfer space 36 such that their openings 26 can be reached by the transfer device 10.
  • the housing walls 40 are thermally insulated and may optionally be cooled by a separate device.
  • the transfer chamber 36 may have a different atmosphere than in the transfer area 36 surrounding environment of the system 2.
  • modification also means are provided with which a separate working atmosphere in the transfer room 36 can be constructed and / or maintained.
  • the atmosphere heats up in the transfer room through the hot, coming from the oven device 8 workpieces 4 and possibly by the exiting hot Furnace atmosphere until a largely constant operating temperature sets.
  • a tempering device can additionally be provided, by means of which a specific operating temperature can be generated and / or maintained in the transfer chamber 36.
  • a temperature lock region 42 is formed between the furnace device 8 and the transfer device 10.
  • a flow device 44 is provided, by means of which a fluid flow curtain 46 can be generated in front of the furnace unit 8.
  • an inert gas such as nitrogen is used in practice.
  • the fluid flow curtain 46 a temperature barrier between the furnace modules 20 and the transfer device 10 is formed.
  • the transfer device 10 is prevented from coming into contact with the hot atmosphere of the furnace modules 20, which is released when the module doors 28 are opened.
  • the housing 38 of the transfer space 36 further comprises an access 48, via which workpieces 4 are introduced into the transfer space 36.
  • the access 48 comprises a magazine carrier 50, which can accommodate a plurality of workpieces 4 to be processed.
  • only a single workpiece 4 can be introduced into the transfer space 36 from the outside via the access 48.
  • the housing 38 comprises an output 52 via which Chen a removed from a furnace module 20 workpiece 4 can be transferred to the forming device 12.
  • the output 52 can be closed or opened by a gate unit 54.
  • FIG. 3 shows, as a further exemplary embodiment, a system 2 'in which components and components which correspond to components and components of the system 2 according to FIGS. 1 and 2 bear the same reference numerals.
  • an oven lock area 42 can be provided in a manner corresponding to that of the installation 2.
  • the transfer device 10 is not designed as Gelenkarmroboter 18, but as a hanging system 56 with a movable telescopic arm 58 which can be moved by means of a drive 60 in rails 62 and rotated about a vertical axis.
  • the rails 62 are arranged on the ceiling of the transfer room 36.
  • the telescopic arm 58 carries at its lower end a gripping unit 64, with which workpieces 4 can be gripped.
  • the access 48 is formed in the system 2 'as an access lock 66, so that the atmosphere of the transfer room remains there separated from the ambient atmosphere.
  • a corresponding access lock can also be provided in the system 2 according to FIGS. 1 and 2.
  • packing bodies 68 can be accommodated in the transfer space 36, of which three packing bodies 68 are shown by way of example only in FIG.
  • the plants 2, 2 'work as follows: Workpieces 4 are introduced through the access 48 into the transfer space 36.
  • the transfer device 10 picks up a work piece ⁇ 4 of the magazine carrier 50 and places the workpiece 4 in an oven module 20 from. While this workpiece 4 is brought to its forming temperature, the transfer device 10 loads the second furnace module 20 with another workpiece. 4
  • the transfer device 10 removes the workpiece 4 and passes it through the open gate unit 54 at the output 52 to the forming device 12, where the workpiece 4 formed into a component 6 and then further promoted by the removal device 16 becomes.
  • the transfer device 10 picks up another workpiece 4 and places it in the now free furnace module 20. Such a cycle is repeated, with the furnace modules 20 being alternately charged and emptied accordingly.
  • the furnace device 8 comprises furnace modules 20 into which the transfer robot 18a has to reach in order to remove a workpiece 4.
  • a module concept can be implemented in which the workpiece 4 is already brought out of the oven chamber 24 before the transfer robot 18a receives the workpiece 4.
  • This can be realized for example by a kind of drawer solution, in which a carrier drawer can move out of the oven chamber 24 together with the workpiece 4, so that the transfer robot 18a outside the furnace chamber 24 receives access to the workpiece 4.
  • the oven device 8 may be at a not specifically shown Modification may also be designed as a continuously operating roller furnace, as already mentioned at the outset.
  • the transfer device 10 is arranged with all the essential components and components within the transfer chamber 36.
  • these movable components are given, for example, by the robot arm, which does not bear its own reference numeral.
  • a functional connection between the components outside and inside the transfer space 36 may be formed through a housing wall 40.

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Abstract

Eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken umfasst eine Ofeneinrichtung (8), in welcher Werkstücke (4) auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind, und eine Umformeinrichtung (12), in welcher die erwärmten Werkstücke (4) formbar sind. Mittels einer Übergabeeinrichtung (10) sind Werkstücke (4) von der Ofeneinrichtung (8) an die Umformeinrichtung (12) übergebbar. Die Übergabeeinrichtung (10) ist in einem Übergaberaum (36) angeordnet, welcher zumindest bereichsweise durch ein Gehäuse (38) begrenzt ist und den Raum zwischen der Ofeneinrichtung (8) und der Umformeinrichtung (12) weitgehend überbrückt. Außerdem ist ein Verfahren zum Formhärten von Werkstücken (4) angegeben.

Description

Verfahren, Ofeneinrichtung und Anl
zum Formhärten von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit a) einer Ofeneinrichtung, in welcher Werkstücke auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind; b) einer Umformeinrichtung, in welcher die erwärmten Werkstücke formbar sind; c) einer Übergabeeinrichtung, mittels welcher Werkstücke von der Ofeneinrichtung an die Umformeinrichtung übergebbar sind.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Formhärten von Werkstücken, bei dem a) die Werkstücke in einer Ofeneinrichtung auf eine Umformtemperatur erwärmt werden; b) die Werkstücke in einer Umformeinrichtung geformt werden; c) die Werkstücke von der Ofeneinrichtung an die Umformeinrichtung übergeben werden.
Formhärten hat sich besonders als Verfahren zur Warmumfor- mung von Werkstücken aus Metall zu Bauteilen insbesondere in der Automobilindustrie etabliert und ist auch unter den Begriffen Presshärten oder Hot Stamping geläufig. Die umzuformenden Werkstücke werden in einer Ofeneinrichtung erwärmt, mit einer Übergabeeinrichtung wie beispielsweise einem mehr- achsigen Roboter von der Ofeneinrichtung an eine Umformein- richtung übergeben und dort durch ein Presswerkzeug in das gewünschte Bauteil umgeformt.
Zum Beispiel werden Werkstücke aus Stahlblech bei einer so genannten Austenitisierung auf eine Umformtemperatur zwischen etwa 800 °C und 1100 °C erwärmt. In der Praxis liegt die Umformtemperatur bei Stahlblechen aus gängigen Bor-Mangan- Stahl-Legierungen bei 930 °C. Häufig sind derartige Stahlbleche mit einer Aluminium-Silicium-Beschichtung (AISi) versehen. Ein solches Stahlblech-Werkstück kann beispielsweise eine flache Stahlblechtafel oder -platine oder auch ein bereits in einem vorhergehenden Schritt, zum Beispiel durch kaltes Tiefziehen, vorgeformtes Stahlblechteil sein. Anschließend wird das erwärmte Werkstück in der Umformeinrichtung mit einem gekühlten Presswerkzeug umgeformt und zugleich abgeschreckt. Hierdurch ändert sich beim Formprozess das Materialgefüge und die erhaltenden Bauteile haben eine beträchtlich höhere Festigkeit und Steifigkeit als Bauteile, die aus dem Werkstück kalt geformt wurden.
Auf dem Weg der Werkstücke von der Ofeneinrichtung zur Umformeinrichtung kommen die Werkstücke regelmäßig mit der Umgebungsatmosphäre und dabei insbesondere mit Luftsauerstoff in Kontakt.
Dies kann jedoch die Materialeigenschaften der Werkstücke und damit auch der resultierenden Bauteile in unerwünschter Weise negativ beeinflussen.
Zudem kühlt das zuvor erwärmte Werkstück ab. Das Ausmaß dieser Abkühlung hängt dabei von Umsetzparametern wie Zeit, Weg und/oder Geschwindigkeit ab, die von der Entnahme des Werkstücks aus der Ofeneinrichtung bis zum Umformen vorherrschen. Die Qualität der beim Formhärten erhaltenen Bauteile kann jedoch beträchtlich variieren, wenn verschiedene Werk- stücke mit Sauerstoff in Kontakt kommen und mit unterschied liehen Temperaturen umgeformt werden.
Um die Werkstücke auf die erforderliche Umformtemperatur zu erwärmen, sind verschiedene Ofenkonzepte bekannt. Am Markt vertreten sind derzeit besonders DurchlaufÖfen, bei denen die Werkstücke mit einem Fördersystem im Durchlauf durch ei nen Ofentunnel gefördert werden. Üblich sind dabei Rollenöfen, bei denen die Werkstücke auf einer Rollenbahn im Durchlauf durch den Ofen gefördert werden. Heutzutage hat e sich auch etabliert, eine Mehrzahl von kleineren Einzelöfen zu verwenden, in denen gegebenenfalls jeweils nur ein einzi ges Werkstück oder jedenfalls eine geringe Anzahl von Werkstücken auf die Umformtemperatur gebracht werden kann.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Anlage und ein Verfah ren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass d) die Übergabeeinrichtung in einem Übergaberaum angeordnet ist, welcher zumindest bereichsweise durch ein Gehäuse begrenzt ist und den Raum zwischen der Ofeneinrichtung und der Umformeinrichtung weitgehend überbrückt.
Erfindungsgemäß ist somit zwischen der Ofeneinrichtung und der Umformeinrichtung ein Übergaberaum mit einem eigenen Ge häuse angeordnet. In diesem Übergaberaum kann eine von der Umgebungsatmosphäre abweichende Atmosphäre vorliegen. Insbe sondere kann dort eine Sauerstofffreie oder zumindest sauer stoffreduzierte Arbeitsatmosphäre herrschen. Darüber hinaus kann in dem Übergaberaum eine weitgehend konstante Temperatur aufrechterhalten werden. Das Gehäuse muss den Übergabe- räum dabei nicht vollständig begrenzen. Beispielsweise kann zwischen Wandelementen und dem Anlagenboden ein Zwischenraum verbleiben, ohne dass dies die Arbeitsatmosphäre im Überga¬ beraum negativ beeinflusst. Das Gehäuse kann auch zumindest teilweise durch flexible Gehäuseelemente gebildet sein.
Es ist günstig, wenn das Gehäuse einen Zugang umfasst, über welchen ein oder mehrere Werkstücke in den Übergaberaum einbringbar sind. Die Werkstücke gelangen dann nicht über die Ofeneinheit, die dann gegebenenfalls über einen vom
Übergaberaum abliegenden Einlass beschickt werden kann, sondern separat in den Übergaberaum, und können dort von der Übergabeeinrichtung gehandhabt werden.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn der Zugang als Zugangsschleuse ausgebildet ist, durch welche die Atmosphäre des Übergaberaums von der Umgebungsatmosphäre getrennt bleibt.
Es ist günstig, wenn zwischen der Ofeneinrichtung und der Übergabeeinrichtung ein Temperatur-Schleusenbereich ausgebildet ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich der Bereich des Übergaberaumes, in dem die Übergabeeinrichtung positioniert ist, so erhitzen kann, dass die Übergabeeinrichtung Schaden nehmen könnte. Ohne einen solchen Temperatur-Schleusenbereich könnte bei jeder Entnahme eines Werkstückes aus der Ofeneinheit zuviel heiße Ofenatmosphäre zur Übergabeeinrichtung gelangen.
Vorzugsweise umfasst der Temperatur-Schleusenbereich eine Strömungseinrichtung, mittels welcher ein Fluid-Strömungs- vorhang vor der Ofeneinrichtung erzeugbar ist.
Vorteilhaft umfasst das Gehäuse einen Ausgang, über welchen ein aus der Ofeneinrichtung entnommenes Werkstück an die Um- formeinrichtung übergebbar ist und welches durch eine
Toreinheit verschließbar oder freigebbar ist. Bei der Übergabe an die Umformeinrichtung lässt sich eine Verbindung des Übergaberaumes zur Umwelt nicht vermeiden. Durch einen Aus¬ gang mit einer Toreinheit kann diese Verbindung bei der Übergabe jedoch jeweils zeitlich so kurz wie möglich gehalten werden, so dass ein Atmosphärenverlust oder eine Temperaturänderung mit Auswirkungen auf die Betriebsbedingungen nur über den Zeitraum erfolgt, der für die Übergabe des Werkstückes an die Umformeinrichtung benötigt wird.
Die Übergabeeinrichtung ist vorzugsweise als Gelenkarmroboter ausgebildet. Vorzugsweise ist dieser am Boden positio¬ niert .
Alternativ kann die Übergabeeinrichtung auch als Hängesystem ausgebildet sein.
Es ist günstig, wenn das Volumen des Übergaberaumes so gering wie möglich ist. Um nicht benötigtes Leervolumen zu vermeiden, kann es von Vorteil sein, wenn in dem Übergaberaum ein oder mehrere Füllköper untergebracht sind.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass d) die Übergabe der Werkstücke in einem Übergaberaum erfolgt, welcher zumindest bereichsweise durch ein Gehäuse begrenzt ist und den Raum zwischen der Ofeneinrichtung und der Umformeinrichtung weitgehend überbrückt.
Die hierdurch erreichten Vorteile entsprechen den oben zu Anlage erläuterten Vorteilen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Anlage zum Formhärten von
Werkstücken mit einem Übergaberaum, welcher eine Ofeneinrichtung, die für ein jeweiliges Werkstück ein gesondertes Ofenmodul umfasst, und eine Umformeinrichtung verbindet;
Figur 2 eine Ansicht von oben auf die Anlage von Figur 1;
Figur 3 eine Seitenansicht einer abgewandelte Anlage zum
Formhärten von Werkstücken.
In den Figuren bezeichnet 2 insgesamt eine Anlage zum Formhärten, in welcher Werkstücke 4 in Bauteile 6 umgeformt werden. Bei den Werkstücken 4 handelt es sich beispielsweise um Werkstücke aus Stahlblech, wie es eingangs erläutert wurde.
Die Anlage 2 umfasst eine Ofeneinrichtung 8, in welcher die Werkstücke auf eine Umformtemperatur erwärmt werden. Wenn ein Werkstück 4 seine Umformtemperatur erreicht hat, wird es mit Hilfe einer Übergabeeinrichtung 10 aus der Ofeneinrichtung 8 entnommen und an eine Umformeinrichtung 12 übergeben. Diese umfasst in an und für sich bekannter Weise ein gekühltes Presswerkzeug 14, mit dem das Werkstück 4 in einem Um- formprozess in das Bauteil 6 umgeformt und abgeschreckt wird. Nach einer vorgegebenen Verweilzeit in dem Presswerkzeug 14, in welcher das nun erzeugte Bauteil 6 auf eine Endtemperatur abkühlt, wird das Bauteil 6 freigegeben und mit Hilfe einer Entnahmeeinrichtung 16 aus der Umformeinrichtung 12 entnommen und sodann seiner weiteren Bestimmung, wie beispielsweise einer mechanischen Nachbearbeitung, zugeführt.
Sowohl als Übergabeeinrichtung 10 als auch als Entnahmeeinrichtung 16 können mehrachsige Gelenkarmroboter 18 einge- setzt werden, wie sie an und für sich zum Handhaben von Werkstücken bekannt sind; vorliegend sind daher ein Übergaberoboter 18a und ein Entnahmeroboter 18b vorhanden. Wie in den Figuren zu erkennen ist, umfasst die Ofeneinrichtung 8 mehrere gesonderte Ofenmodule 20 mit jeweils einem eigenen Modulgehäuse 22, welches einen Ofenraum 24 begrenzt, welcher bei jeweils einem der Ofenmodule gestrichelt veranschaulicht ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Ofenmodule 20a, 20b gezeigt.
Der Ofenraum 24 ist über eine Öffnung 26 im Modulgehäuse 22 von außen zugänglich, die über einer Modultür 28 freigegeben oder verschlossen werden kann. Im Ofenraum 24 befindet sich ein nicht eigens gezeigter Werkstückträger, welcher ein einzelnes Werkstück 4 oder eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehreren Werkstücken 4 beim Erwärmen lagert. Der Werkstückträger stellt die einwandfreie Positionierung des oder der . Werkstücke 4 bezogen auf das Ofenmodul 20 sicher. Der Werk- stückträger kann insbesondere aus reaktionsgebundenem sili- ciuminfiltriertem Siliciumcarbid gefertigt sein.
Es sind Ofenmodule 20a, 20b veranschaulicht, in denen jeweils nur ein einzelnes Werkstück 4 erwärmbar ist. Dies spiegelt grundsätzlich den Idealfall wieder, lässt sich jedoch unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen Raumbedarfs und der Durchsatzrate der Anlage 2 nicht immer verwirklichen . Wenn daher eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehreren Werkstücken 4 in einem Ofenmodul 20 erwärmt werden sollen, baut das Modulgehäuse 22 jeweils entsprechend höher und der Werkstückträger gibt mehrere Trägeretagen vor. In diesem Fall kann das Modulgehäuse 22 auf Höhe jeder dieser Trägeretagen eine jeweilige Öffnung 26 aufweisen und für jede dieser Öff- nungen 26 eine Modultür 28 umfassen. Alternativ ist auch das Heranführen mehrerer Trägeretagen an eine einzige Öffnung 26 in einem Ofenmodul 20 möglich.
Die Ofenmodule 20 einer Anlage 2 müssen nicht baugleich sein. Es können auch verschiedene Ofenmodule 20 vorhanden sein, deren Abmessungen, insbesondere das Volumen des Ofenraums 24 und der Querschnitt der Öffnung oder Öffnungen 26, jeweils an verschiedene Arten von Werkstücken 4 oder an eine unterschiedliche Anzahl von unterzubringenden Werkstücken 4 angepasst sind.
Jedes Ofenmodul 20 arbeitet autark und führt hierfür zumindest eine eigene Heizeinrichtung 30 mit sich. Bei der Heizeinrichtung 30 kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Heizaggregat mit einer Heizspirale handeln. Alternativ kommen auch IR-Strahler oder Gasbrenner oder dergleichen etablierte Heiztechniken in Betracht.
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann in dem Ofenraum 24 eines Ofenmoduls 20 noch zusätzlich eine Muffel angeordnet sein, welche den Werkstückträger dicht umschließt. Die Muffel kann für eine gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen und den Ofenraum 24 und dort besonderes Komponenten der Heizeinrichtung 32 vor Verunreinigungen wie Zunder oder Beschichtungsbestandteilen schützen, die im Ofenmodul 20 von den Werkstücken 4 herabfallen können. Ein Schutz von Heizkomponenten kann ohne Muffel über eine Kapselung der fraglichen Bauteile erfolgen; mit einer Muffel ist dies nicht nötig, wodurch dieser bauliche Aufwand entfallen kann und Kosten gegebenenfalls gesenkt werden können.
Wenn eine Schutzgasatmosphäre benötigt wird, wird der
Schutzgasverbrauch verringert, da die Muffel ein kleineres Volumen hat als der Ofenraum 24. Auch müssen die Ofenwände nicht in dem Maße wie sonst üblich von Sauerstoff und Wasser befreit werden.
Jedes Ofenmodul 20 wird über ein Leitungsbündel 32 mit zum Betrieb notwendigen elektrischen oder fluiden Betriebsmitteln versorgt. Hierzu zählt insbesondere die Energie- oder BrennstoffVersorgung der Heizeinrichtung 30, wozu das Leitungsbündel 32 entsprechend eine elektrische Leitung und/oder eine Brennstoffleitung umfasst. In besonderen Fällen kann in den Ofenmodulen 20 eine eigene Ofenatmosphäre erzeugt werden, in welcher die Werkstücke 4 erwärmt werden und welche anders als die Umgebungsatmosphäre ist. In diesem Fall umfasst das Leitungsbündel 32 auch Fluidleitungen, über welche ein Atmosphärengas in den Ofenraum 24 eingeblasen o- der die Ofenatmosphäre abgesaugt werden kann. Die einzelnen Leitungen des Leitungsbündels 32 führen zu den einzelnen Versorgungsquellen, die hier nicht eigens gezeigt sind.
Eine nicht eigens gezeigte Prozesssteuerung überwacht den einwandfreien Betrieb und die Parameter der einzelnen Ofenmodule 20. Jedes Ofenmodul 20 ist zu diesem Zweck mit entsprechenden Sensoren bestückt, welche die Betriebsparameter des Ofenmoduls 20 überwachen und entsprechende Ausgangssignale an diese Prozesssteuerung senden. Das Leitungsbündel 32 umfasst hierzu neben den erwähnten Versorgungsleitungen entsprechende Datenleitungen.
Wenn bei einem bestimmten Ofenmodul 20 eine Störung auftritt, beispielsweise wenn die Heizeinrichtung 30 eines bestimmten Ofenmoduls 20 ausfällt, kann dieses Ofenmodul 20 selektiv erkannt werden. Das defekte Ofenmodul 20 kann dann aus dem Arbeitsprozess ausgegliedert und separat gewartet werden, ohne dass dies den sonstigen Ablauf des Umformungsprozesses merklich beeinflusst oder gar vorübergehend zu einem Stillstand des Ablaufs führt. Durch die einzelnen Ofenmodule 20 kann von jedem Werkstück 4 ein individueller Erwärmvorgang durchlaufen werden, der für jedes Werkstück 4 separat über die Prozesssteuerung gesteuert werden kann.
Die Ofenmodule 20 bilden eine Ofeneinheit 34, welche bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen auch mehr als zwei Ofenmodule 20 oder auch nur ein einziges Ofenmodul 20 umfassen kann.
Die Übergabeeinrichtung 10, d.h. beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Übergaberoboter 18a, ist in einem Übergaberaum 36 angeordnet, welcher den Raum zwischen der Ofeneinrichtung 8 und der Umformeinrichtung 12 weitgehend überbrückt .
Der Übergaberaum 36 ist durch ein Gehäuse 38 mit Gehäusewänden 40 begrenzt, wobei die Ofenmodule 20 derart durch eine Gehäusewand 40 in den Übergaberaum 36 hineinragen, dass deren Öffnungen 26 von der Übergabeeinrichtung 10 erreicht werden können. Die Gehäusewände 40 sind thermisch isoliert und können gegebenenfalls durch eine gesonderte Einrichtung gekühlt werden.
In dem Übergaberaum 36 kann eine andere Atmosphäre herrschen, als im den Übergabebereich 36 umgebenden Umfeld der Anlage 2. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung sind außerdem Mittel vorhanden, mit denen eine gesonderte Arbeitsatmosphäre in dem Übergaberaum 36 aufgebaut und/oder aufrechterhalten werden kann.
Im laufenden Betrieb heizt sich die Atmosphäre im Übergaberaum durch die heißen, aus der Ofeneinrichtung 8 kommenden Werkstücke 4 und gegebenenfalls durch die austretende heiße Ofenatmosphäre auf, bis sich eine weitgehend konstante Betriebstemperatur einstellt. Gegebenenfalls kann ergänzend eine Temperiereinrichtung vorgesehen sein, durch welche eine bestimmte Betriebstemperatur in dem Übergaberaum 36 erzeugt und/oder aufrechterhalten werden kann.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen der Ofeneinrichtung 8 und der Übergabeeinrichtung 10 ein Temperatur- Schleusenbereich 42 ausgebildet. Hierzu ist eine Strömungseinrichtung 44 vorgesehen, mittels welcher ein Fluid- Strömungsvorhang 46 vor der Ofeneinheit 8 erzeugt werden kann. Als Fluid wird dabei in der Praxis ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff verwendet. Durch den Fluid- Strömungsvorhang 46 ist ein Temperaturschott zwischen den Ofenmodulen 20 und der Übergabeeinrichtung 10 ausgebildet. So wird verhindert, dass die Übergabeeinrichtung 10 mit der heißen Atmosphäre der Ofenmodule 20 in Kontakt kommt, die freigesetzt wird, wenn die Modultüren 28 geöffnet sind.
Durch eine entsprechende Steuerung des Fluid-Strömungsvor- hanges 46 werden negative Einflüsse, wie insbesondere eine Abkühlung, auf das Werkstück 4 vermindert, wenn das Werkstück 4 den Strömungsvorhang 46 erreicht. Dies kann zum Beispiel durch eine Änderung der Strömungsrichtung und/oder der Strömungsgeschwindigkeit erfolgen .
Das Gehäuse 38 des Übergaberaumes 36 umfasst ferner einen Zugang 48, über welchen Werkstücke 4 in den Übergaberaum 36 eingebracht werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Zugang 48 einen Magazinträger 50, welcher mehrere zu bearbeitende Werkstücke 4 aufnehmen kann. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann auch immer nur ein einzelnes Werkstück 4 von außen über den Zugang 48 in den Übergaberaum 36 eingebracht werden.
Außerdem umfasst das Gehäuse 38 einen Ausgang 52, über wel- chen ein aus einem Ofenmodul 20 entnommenes Werkstück 4 an die Umformeinrichtung 12 übergeben werden kann. Der Ausgang 52 kann durch eine Toreinheit 54 verschlossen oder geöffnet werden.
In Figur 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Anlage 2' gezeigt, bei welcher Komponenten und Bauteile, die Komponenten und Bauteilen der Anlage 2 nach den Figuren 1 und 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen tragen. Dort gibt es keinen Ofen-Schleusenbereich 42 mit einer Strömungseinrichtung 44. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann ein Ofen-Schleusenbereich 42 aber in entsprechender Art und Weise wie bei der Anlage 2 vorgesehen sein.
Im Unterschied zur Anlage 2 ist die Übergabeeinrichtung 10 nicht als Gelenkarmroboter 18, sondern als Hängesystem 56 mit einem verfahrbaren Teleskoparm 58 ausgebildet, der mit Hilfe eines Antriebs 60 in Schienen 62 verfahren und um eine vertikale Achse verdreht werden kann. Die Schienen 62 sind an der Decke des Übergaberaumes 36 angeordnet. Der Teleskoparm 58 führt an seinem unteren Ende eine Greifeinheit 64, mit welcher Werkstücke 4 gegriffen werden können.
Der Zugang 48 ist bei der Anlage 2' als Zugangsschleuse 66 ausgebildet, so dass die Atmosphäre des Übergaberaums dort von der Umgebungsatmosphäre getrennt bleibt. Eine entsprechende Zugangsschleuse kann auch bei der Anlage 2 nach den Figuren 1 und 2 vorgesehen sein.
Um das Betriebsvolumen des Übergaberaumes 36 möglichst klein zu halten, können im Übergaberaum 36 Füllkörper 68 unterbracht sein, von denen beispielhaft lediglich in Figur 1 drei Füllkörper 68 gezeigt sind.
Die Anlagen 2, 2' arbeiten wie folgt: Werkstücke 4 werden durch den Zugang 48 in den Übergaberaum 36 eingebracht. Die Übergabeeinrichtung 10 nimmt ein Werk¬ stück 4 von dem Magazinträger 50 auf und legt das Werkstück 4 in einem Ofenmodul 20 ab. Während dieses Werkstück 4 auf seine Umformtemperatur gebracht wird, beschickt die Übergabeeinrichtung 10 das zweite Ofenmodul 20 mit einem weiteren Werkstück 4.
Wenn das erste Werkstück 4 seine Umformtemperatur erreicht hat, entnimmt die Übergabeeinrichtung 10 das Werkstück 4 und übergibt es durch die geöffnete Toreinheit 54 am Ausgang 52 an die Umformeinrichtung 12, wo das Werkstück 4 in ein Bauteil 6 umgeformt und hiernach von der Entnahmeeinrichtung 16 weiter gefördert wird.
Währenddessen nimmt die Übergabeeinrichtung 10 ein weiteres Werkstück 4 auf und legt dieses in dem nun freien Ofenmodul 20 ab. Ein solcher Zyklus wiederholt sich nun, wobei die Ofenmodule 20 entsprechend alternierend beschickt und geleert werden.
Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen umfasst die Ofeneinrichtung 8 Ofenmodule 20, in welche der Übergaberoboter 18a hineingreifen muss, um ein Werkstück 4 zu entnehmen. Alternativ kann auch ein Modulkonzept umgesetzt werden, bei welchem das Werkstück 4 bereits aus dem Ofenraum 24 herausgebracht ist, bevor der Übergaberoboter 18a das Werkstück 4 aufnimmt. Dies kann beispielsweise durch eine Art Schubladenlösung realisiert werden, bei welcher eine Trägerschublade zusammen mit dem Werkstück 4 aus dem Ofenraum 24 herausfahren kann, so dass der Übergaberoboter 18a außerhalb des Ofenraumes 24 einen Zugang zum Werkstück 4 erhält.
Die Ofeneinrichtung 8 kann bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung auch als kontinuierlich arbeitender Rollenofen ausgebildet sein, wie es eingangs bereits angesprochen wurden.
Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Übergabeeinrichtung 10 mit allen wesentlichen Komponenten und Bauteilen innerhalb des Übergaberaumes 36 angeordnet. Bei einer weiteren nicht eigens gezeigten Abwandlung kann vorgesehen sein, dass sich lediglich die beweglichen Komponenten der Übergabeeinrichtung 10 in dem Übergaberaum 36 befinden. Bei dem Übergaberoboter 18a sind diese beweglichen Komponenten zum Beispiel durch den Roboterarm gegeben, welcher kein eigenes Bezugszeichen trägt. Eine Funktionsverbindung zwischen den Bauteilen außerhalb und innerhalb des Übergaberaumes 36 kann durch eine Gehäusewand 40 hindurch ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit a) einer Ofeneinrichtung (8), in welcher Werkstücke (4) auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind; b) einer Umformeinrichtung (12) , in welcher die erwärmten Werkstücke (4) formbar sind; c) einer Übergabeeinrichtung (10), mittels welcher Werkstücke (4) von der Ofeneinrichtung (8) an die Umformeinrichtung (12) übergebbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass d) die Übergabeeinrichtung (10) in einem Übergaberaum (36) angeordnet ist, welcher zumindest bereichsweise durch ein Gehäuse (38) begrenzt ist und den Raum zwischen der Ofeneinrichtung (8) und der Umformeinrichtung (12) weitgehend überbrückt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) einen Zugang (48) umfasst, über welchen ein oder mehrere Werkstücke (4) in den Übergaberaum (36) einbringbar sind.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugang (48) als Zugangsschleuse (66) ausgebildet ist, durch welche die Atmosphäre des Übergaberaums (36) von der Umgebungsatmosphäre getrennt bleibt.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ofeneinrichtung (8) und der Übergabeeinrichtung (10) ein Temperatur-Schleusenbereich (42) ausgebildet ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Schleusenbereich (42) eine Strömungseinrichtung (44) umfasst, mittels welcher ein Fluid-Strömungs- vorhang (46) vor der Ofeneinrichtung (8) erzeugbar ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) einen Ausgang (52) umfasst, über welchen ein aus der Ofeneinrichtung (8) entnommenes Werkstück (4) an die Umformeinrichtung (12) übergebbar ist und welches durch eine Toreinheit (54) verschließbar oder freigebbar ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabeeinrichtung (10) als Gelenkarmroboter (18a) ausgebildet ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabeeinrichtung (10) als' Hängesystem (56) ausgebildet ist.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergaberaum (36) ein oder mehrere Füllköper (68) untergebracht sind.
10. Verfahren zum Formhärten von Werkstücken, bei dem a) die Werkstücke (4) in einer Ofeneinrichtung (8) auf eine Umformtemperatur erwärmt werden; b) die Werkstücke (4) in einer Umformeinrichtung (12) geformt werden; c) die Werkstücke (4) von der Ofeneinrichtung (8) an die Umformeinrichtung (12) übergeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass d) die Übergabe der Werkstücke (4) in einem Übergaberaum (36) erfolgt, welcher zumindest bereichsweise durch ein Gehäuse (38) begrenzt ist und den Raum zwischen der Ofeneinrichtung (8) und der Umformeinrichtung (12) weitgehend überbrückt.
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