EP3262202A2 - Anlage für die serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter blechformteile, mit einer kühleinrichtung zur zwischenkühlung der platinen - Google Patents

Anlage für die serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter blechformteile, mit einer kühleinrichtung zur zwischenkühlung der platinen

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EP3262202A2
EP3262202A2 EP16702923.0A EP16702923A EP3262202A2 EP 3262202 A2 EP3262202 A2 EP 3262202A2 EP 16702923 A EP16702923 A EP 16702923A EP 3262202 A2 EP3262202 A2 EP 3262202A2
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EP
European Patent Office
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press
cooling
air
cooling device
plant
Prior art date
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Application number
EP16702923.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3262202B1 (de
Inventor
Markus Pfestorf
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3262202A2 publication Critical patent/EP3262202A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3262202B1 publication Critical patent/EP3262202B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0294—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a localised treatment
    • 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 of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for drawing, e.g. for deep-drawing
    • C21D8/0494—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for drawing, e.g. for deep-drawing involving a localised treatment

Definitions

  • the invention relates to a system for the mass production of press-hardened and corrosion-protected sheet metal parts by direct press hardening zinc coated sheet steel blanks, with an oven, a press hardening tool and a
  • Cooling device for intermediate cooling of the steel sheet blanks heated in the oven.
  • Press-hardened sheet metal parts are produced by rapidly cooling a steel sheet material previously heated to austenitizing temperature (or higher) and simultaneously molding in a press-hardening tool. Quench hardening in the press hardening tool achieves strengths of up to 1650 MPa and more. Such high-strength sheet metal parts are, for example, used as body or chassis components in vehicle construction. Various methods for producing press-hardened sheet-metal shaped parts are known from the prior art.
  • Corrosion protection coating is provided, which is in particular a zinc or zinc alloy coating.
  • Procedures for the production of press-hardened and corrosion-protected shaped sheet metal parts are known from the prior art, in which the starting sheet material already has a zinc or zinc alloy coating (referred to in the following only as
  • Zinc coating called) has. For this purpose, for example, on the
  • Press-hardening of zinc-precoated sheet metal materials can result in microcracks in the zinc coating that penetrate through the zinc coating into the Steel sheet material can extend.
  • DE 10 201 1 053 939 A1 discloses a method for producing a hardened steel component with a coating of zinc or a zinc alloy
  • the invention is intended to show ways in which the intermediate cooling of the heated blanks can be improved in mass production of press-hardened and corrosion-protected shaped sheet metal parts using zinc or zinc alloy coated steel sheets.
  • claim 1 relates to a first embodiment and claim 5, a second embodiment.
  • a plant or device comprises: a furnace or a furnace device (ie at least one furnace or at least one furnace device) in which the sheet steel blanks (hereinafter also referred to as blanks) can be heated or heated to austenitizing temperature (or higher);
  • a press-hardening tool i.e., at least one press-hardening tool typically installed in a press in which the heated platens can be directly hot-formed and press-hardened;
  • a cooling or intermediate cooling device that is to say at least one cooling device with which the blanks heated or heated in the oven can be completely or at least partially or partially intercooled before they are placed in the press hardening tool;
  • the first embodiment of a system according to the invention is characterized in that the cooling device comprises two oppositely arranged air knife, with which an air curtain to the active
  • the two air knives lie opposite each other. It is preferably provided that the cooling device has at least two air knives, which, in particular stationary, each other
  • Air knives moving through heated blanks allows.
  • the two air knives are arranged on opposite sides of a spacing gap and in particular arranged stationary, wherein the heated boards are moved through this spacing gap and thereby actively cooled by the air curtain generated by the air knife.
  • Particularly preferred is at least one upper and at least one lower air knife.
  • cooling air or possibly cooling gas, for example. Carbon dioxide, or steam
  • An air knife is understood to be a specially designed air nozzle or group of air nozzles with which a linear narrow air stream, which, for example, is only between 0.5 mm and 1.0 mm thin, can be produced.
  • the generated knife-like air flow can be referred to as air curtain.
  • Air knives are known from the prior art and are used in press shops, for example, for blowing off sheets and coils.
  • the air knives of the cooling device can be designed to produce an air curtain containing liquid drops and / or ice particles.
  • Liquid drops are, for. B. to water drops that, for example.
  • the ice particles may, for example, be dry ice particles or snowflakes that are added to the air curtain.
  • the admixed liquid droplets or ice particles cause an improvement in the cooling and allow, for example, higher cooling rates and / or shorter cycle times.
  • the cooling effect can be influenced.
  • the air knives of the cooling device are arranged in a sinker outlet region of the furnace, wherein provision is made, in particular, for a lower air knife to be arranged between transport rollers or transport rollers (a roller conveyor or the like).
  • the cooling device for the intermediate cooling can thus be arranged virtually neutral in space in the system.
  • the air knives of the cooling device are arranged in a sinker outlet region of the furnace, wherein provision is made, in particular, for a lower air knife to be arranged between transport rollers or transport rollers (a roller conveyor or the like).
  • the cooling device for the intermediate cooling can thus be arranged virtually neutral in space in the system.
  • the cooling device for the intermediate cooling can thus be arranged virtually neutral in space in the system
  • the second possible embodiment of a system according to the invention is characterized in that the cooling device has an air nozzle arrangement, with which an air cushion can be generated, which carry the boards and thereby also an active intermediate cooling (according to the above definition) selbiger can allow.
  • the cooling device can furthermore have lateral guide elements for the boards.
  • An air nozzle arrangement is understood to mean a multiplicity of air nozzles (that is to say at least two air nozzles) which are designed and arranged such that the generation of an air cushion is possible.
  • the air nozzles are arranged in particular stationary.
  • a two-sided air or possibly also gas admission is made possible, in particular from below and above, so that the preferably relative to the air nozzle arrangement moving boards can be actively cooled simultaneously from both sides.
  • Air nozzle assembly for generating a liquid droplet and / or ice particles containing air cushion may be formed.
  • the air nozzle arrangement can be arranged in the outlet region of the furnace.
  • Both the air nozzle arrangement of the second embodiment possibility and the air knife of the first embodiment possibility can / be designed such that it can be switched on and off and / or changeable in the achievable cooling performance or cooling effect / are.
  • the air nozzle assembly or the air knife is only turned on when a previously heated board should be cooled. In the cycle time intervals, the air nozzle assembly or the air knife can be turned off, for example, to reduce energy consumption (switching on and off in the production cycle clock cycle).
  • Turning off is also a sleep mode or the like conceivable.
  • the switching on and off and / or changing the cooling capacity can, for example, be accomplished by means of a control device.
  • the system according to the invention can have devices for measuring the temperature of the boards in order to be able to detect or measure, for example, the insertion temperature of the intermediately cooled boards on the press-hardening tool. It is preferably provided that the system according to the invention comprises at least one thermal imaging camera or the like arranged in particular in the region of the cooling device (for example an infrared or thermographic camera) and / or at least one and
  • cooling device thermal line scanner or the like eg., Line pyrometer
  • Cooling over time can be detected during intermediate cooling of the boards or can be detected.
  • the system according to the invention comprises a control device for
  • Control of the air nozzle assembly or the air knife is designed, in particular, to be able to control the intercooling of the boards in a control loop with the aid of the thermal imaging camera or the thermal line scanners.
  • Such a regulation can, for example, be such that at each
  • cooling board detects the cooling progress and, where appropriate, the cooling capacity of the air nozzle assembly or the air knife is changed to achieve a desired or required cooling and / or cooling rate.
  • Both embodiments of a system according to the invention allow mass production of press-hardened and corrosion-protected sheet metal parts by direct press hardening of zinc coated blanks (by this is meant steel blanks precoated with a zinc or zinc alloy plating).
  • Direct press hardening is understood to mean that a heated blank without preforming is shaped directly into a sheet metal part in the press hardening tool and at the same time a hardening or strength increase is brought about by rapid cooling (see also corresponding explanations in US Pat
  • Intermediate cooling system according to the invention makes it possible to eliminate or at least reduce the risk of cracking otherwise present in direct press hardening of zinc-coated blanks.
  • the invention is also suitable for retrofitting existing systems.
  • Fig. 1 shows schematically the first possible embodiment of a
  • inventive plant for mass production of press-hardened and corrosion-protected sheet metal parts.
  • Fig. 2 shows schematically the second possible embodiment of a
  • inventive plant for mass production of press-hardened and corrosion-protected sheet metal parts.
  • Fig. 1 shows a system 100 for producing press-hardened sheet metal parts 210 in series.
  • the plant 100 comprises a furnace 1 10 and a press hardening tool 130, which is installed in a press 140.
  • the plant 00 may further comprise a robot or the like, with which automatically heated in the oven 110 Boards 200 can be added in the outlet region 1 15 of the furnace 110 and inserted into the press-hardening tool 130.
  • the furnace 10 is a continuous furnace, although other suitable types of furnace are known from the prior art.
  • the arrow DR gives the
  • the boards 200 have a particular applied on both sides zinc coating, as explained above, so that the produced press-hardened sheet metal moldings 210 are corrosion protected.
  • the printed circuit boards 200 can also be tailor-made boards, so-called tailored blanks (for example rolled tailored blanks or welded tailored blanks).
  • the plant 100 further comprises a in the outlet region 115 of the furnace 1 10
  • planar sinkers 210 with concomitant press hardening is also referred to as direct press hardening.
  • the produced press-hardened sheet-metal shaped parts 210 may be completely or even partially or partially press-hardened.
  • Fig. 1 In the first embodiment shown in Fig. 1 comprises the
  • Cooling device 120 an upper air knife 121 and a between the
  • Transport rollers or rollers 116 arranged lower air knife 122.
  • the two air knives 121/122 are arranged stationary. With these opposing air knives 121/122, an air curtain L for active intermediate cooling of the moving between these air knives 121/122 boards 200 can be generated.
  • the air flows generated by the air knives 121/122 can be
  • the air knife 121/122 can also be arranged offset to each other in the horizontal direction. Furthermore, a plurality of upper and / or lower air knives may be provided.
  • Cooling device 120 quasi blown off and here, for example, cooled down from above 900 ° C to 700 ° C.
  • the blow-off can also have the advantage that any adhering contaminants are removed. Blowing off can also be oblique
  • the system 100 further comprises two thermal line scanners 141 and 142, which are spaced apart in the direction of passage DR between the
  • Transport rollers or rollers 116 are arranged in the outlet region 115.
  • the scanners 141/142 are connected to an evaluation and control device 150.
  • the control device 150 is also designed for a control and, in particular, regulation of the air knives 121/122.
  • using the control device 150 and the flow rate of the boards 200 are changed.
  • a component-specific documentation can be done.
  • Plant 100 according to the invention comprises the cooling device 120 in the
  • Outlet region 1 15 of the furnace 110 fixedly arranged air nozzle assembly 125 with upper and lower air nozzles.
  • no transport rollers or rollers 116 are provided (i.e., the respective conveyor section in FIG.
  • Outlet area 1 15 is transport roller or transport roller free).
  • Air nozzle assembly 125 an air cushion or air cushion K can be generated, on which the from the oven 110 coming boards 200 are moved through the cooling device 120 more or less contactless and thereby cooled down by air supply on both sides.
  • the boards are 200,
  • Cooling 120 looking thermal imaging camera 145 or the like provided.
  • the camera 145 can be designed as a line scan camera. Otherwise, the preceding explanations apply analogously to the first possible embodiment according to FIG. 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (100) für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile (210) durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Stahlblechplatinen (200). Die Anlage (100) umfasst einen Ofen (110), ein Presshärtewerkzeug (130) und eine Kühleinrichtung (120). Mit der Kühleinrichtung (120) können die im Ofen (110) erwärmten Stahlblechplatinen (200) zwischengekühlt werden, bevor diese in das Presshärtewerkzeug (130) eingelegt werden. Zur Verbesserung der Zwischenkühlung wird vorgeschlagen, dass die Kühleinrichtung (120) wenigstens zwei sich einander gegenüberliegende Luftmesser (121, 122) aufweist, mit denen ein Luftvorhang (L) zur aktiven Zwischenkühlung der Platinen (200) erzeugbar ist, oder dass die Kühleinrichtung (120) eine Luftdüsenanordnung aufweist, mit der ein Luftkissen erzeugbar ist, welches die Platinen (200) tragen kann und dabei auch eine aktive Zwischenkühlung der Platinen (200) ermöglicht.

Description

Beschreibung
Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile, mit einer Kühleinrichtung zur Zwischenkühlung der Platinen
Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Stahlblechplatinen, mit einem Ofen, einem Presshärtewerkzeug und einer
Kühleinrichtung zur Zwischenkühlung der im Ofen erwärmten Stahlblechplatinen.
Pressgehärtete Blechformteile werden durch rasches Abkühlen eines zuvor auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmten Stahlblechmaterials und gleichzeitiger Formgebung in einem Presshärtewerkzeug hergestellt. Durch die Abschreckhärtung im Presshärtewerkzeug werden Festigkeiten von bis zu 1650 MPa und mehr erreicht. Solche hochfesten Blechformteile werden bspw. als Karosserieoder Fahrwerkbauteile im Fahrzeugbau eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahrensweisen zur Herstellung pressgehärteter Blechformteile bekannt.
Ferner können solche pressgehärteten Blechformteile mit einer metallischen
Korrosionsschutzbeschichtung versehen werden, wobei es sich insbesondere um eine Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung handelt. Aus dem Stand der Technik sind Verfahrensweisen zur Herstellung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile bekannt, bei denen das Ausgangsblechmaterial bereits eine Zinkoder Zinklegierungsbeschichtung (im folgenden zusammenfassend nur als
Zinkbeschichtung bezeichnet) aufweist. Hierzu wird bspw. auf die
DE 10 2009 016 852 A1 der Anmelderin hingewiesen.
Beim Presshärten zinkvorbeschichteter Blechmaterialien kann es zu Mikrorissen in der Zinkbeschichtung kommen, die durch die Zinkbeschichtung hindurch bis in das Stahlblechmaterial hineinreichen können. Diesbezüglich wird auf die entsprechenden Erläuterungen in der DE 10 201 1 053 939 A1 hingewiesen.
In der DE 10 201 1 053 939 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils mit einer Beschichtung aus Zink oder einer Zinklegierung
vorgeschlagen, bei dem die vorbeschichtete Platine (ohne Vorformen) erhitzt und in einem Presshärtewerkzeug umgeformt bzw. warmumgeformt und pressgehärtet wird (so genanntes direktes Presshärten), wobei die Platine oder Teile der Platine nach dem Erhitzen und vor dem Umformen und Presshärten mittels einer Kühleinrichtung rasch zwischengekühlt werden (Zwischenkühlschritt). Durch Einstellung als
Umwandlungsverzögerer wirkender Legierungselemente kann trotz dieser
Zwischenkühlung eine Abschreckhärtung (im Presshärtewerkzeug) noch sicher erreicht werden. Mit dieser Verfahrensweise gelingt es, beim Presshärten von zink- oder zinklegierungsbeschichteten Stahlblechen einerseits eine Abschreckhärtung herbeizuführen und andererseits Rissbildung zu vermeiden oder zu vermindern.
Ausgehend von dem in der DE 10 2011 053 939 A1 beschriebenen Stand der Technik soll die Erfindung Möglichkeiten aufzeigen, wie bei der Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile unter Verwendung von zink- oder zinklegierungsbeschichteten Stahlblechen das Zwischenkühlen der erwärmten Platinen verbessert werden kann.
Dies gelingt mit einer erfindungsgemäßen Anlage entsprechend den unabhängigen Patentansprüchen, wobei Patentanspruch 1 eine erste Ausführungsmöglichkeit und Patentanspruch 5 eine zweite Ausführungsmöglichkeit betrifft. Bevorzugte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen und aus den nachfolgenden Erläuterungen. Die
Ausführungsmöglichkeiten bzw. deren Weiterbildungen, Ausgestaltungen und Merkmale sind ausdrücklich auch miteinander kombinierbar.
Eine erfindungsgemäße Anlage bzw. Vorrichtung umfasst: - einen Ofen bzw. eine Ofeneinrichtung (d. h. wenigstens ein Ofen bzw. wenigstens eine Ofeneinrichtung), in dem bzw. in der die Stahlblechplatinen (im Folgenden auch nur als Platinen bezeichnet) auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmt bzw. aufgeheizt werden können;
- ein Presshärtewerkzeug (d. h. wenigstens ein Presshärtewerkzeug), welches typischerweise in einer Presse eingebaut ist, in dem die erwärmten Platinen direkt umgeformt bzw. warmumgeformt und pressgehärtet werden können;
- eine Kühl- bzw. Zwischenkühleinrichtung (d. h. wenigstens eine Kühleinrichtung), mit der die im Ofen erwärmten bzw. aufgeheizten Platinen vor dem Einlegen in das Presshärtewerkzeug vollständig oder zumindest bereichsweise bzw. abschnittsweise zwischengekühlt werden können; und
- gegebenenfalls (wenigstens) einen Roboter oder dergleichen für das automatisierte Verbringen bzw. Transportieren der Platinen.
Die erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zwei einander gegenüberliegend angeordnete Luftmesser aufweist, mit denen ein Luftvorhang zur aktiven
Zwischenkühlung der Platinen erzeugbar ist. Die beiden Luftmesser liegen sich, einander gegenüber. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens zwei Luftmesser aufweist, die, insbesondere ortsfest, sich einander
gegenüberliegend angeordnet sind und mit denen ein Luftvorhang erzeugbar ist, wobei dieser Luftvorhang eine aktive Zwischenkühlung der zwischen diesen
Luftmessern hindurchbewegten erwärmten Platinen ermöglicht. Bevorzugt sind die beiden Luftmesser auf gegenüberliegenden Seiten eines Beabstandungsspalts angeordnet und insbesondere ortsfest angeordnet, wobei die erwärmten Platinen durch diesen Beabstandungsspalt hindurchbewegt und dabei durch den mithilfe der Luftmesser erzeugten Luftvorhang aktiv zwischengekühlt werden können. Besonders bevorzugt handelt es sich um wenigstens ein oberes und wenigstens ein unteres Luftmesser. Unter einer aktiven Zwischenkühlung wird eine gezielte Abkühlung bzw. ein definiertes Herunterkühlen der erwärmten Platinen durch Beaufschlagung mit kühlender Luft (oder gegebenenfalls kühlendem Gas, bspw. Kohlendioxid, oder auch Dampf) verstanden. Mit dieser, durch die Kühleinrichtung bewerkstelligten
Zwischenkühlung sollen die zuvor im Ofen auf Austenitisierungstemperatur (oder höher) erwärmten bzw. erhitzten Platinen rasch und gezielt heruntergekühlt werden, wobei bspw. eine Abkühlung von über 900 °C auf ca. 750 °C oder sogar nur auf ca. 700 °C stattfindet und Abkühlgeschwindigkeiten von mindestens 10 K/sec, bevorzugt mindestens 20 K sec und insbesondere mindestens 30 K/sec erreicht werden können.
Unter einem Luftmesser wird eine speziell gestaltete Luftdüse oder Gruppe von Luftdüsen verstanden, mit der ein linienförmiger schmaler Luftstrom, der bspw. nur zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm dünn ist, erzeugbar ist. Der erzeugte messerartige Luftstrom kann als Luftvorhang bezeichnet werden. Vereinfachend kann davon ausgegangen werden, dass die beiden gegenüberliegenden Luftmesser einen Luftvorhang erzeugen, der aus unterschiedlichen Luftströmen besteht. Luftmesser sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Presswerken bspw. zum Abblasen von Blechen und Coils verwendet.
Die Luftmesser der Kühleinrichtung können zur Erzeugung eines Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel enthaltenden Luftvorhangs ausgebildet sein. Bei den
Flüssigkeitstropfen handelt es sich z. B. um Wassertropfen, die, bspw. als
Wasserdampf oder Sprühnebel, dem Luftvorhang beigemischt werden. Bei den Eispartikeln kann es sich bspw. um Trockeneispartikel oder Schneeflocken handeln, die dem Luftvorhang beigemischt werden. Die beigemischten Flüssigkeitstropfen oder Eispartikel bewirken eine Verbesserung der Abkühlung und ermöglichen bspw. höhere Abkühlgeschwindigkeiten und/oder kürzere Taktzeiten. Ferner kann durch Verändern der Dosierung die Abkühlwirkung beeinflusst werden. Bevorzugt sind die Luftmesser der Kühleinrichtung in einem Platinen-Auslaufbereich des Ofens angeordnet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass ein unteres Luftmesser zwischen Transportrollen bzw. Transportwalzen (einer Rollenbahn oder dergleichen) angeordnet ist. Die Kühleinrichtung für das Zwischenkühlen kann somit quasi platzneutral in der Anlage angeordnet werden. Außerdem kann die
Auslaufbewegung der Platinen für das Hindurchbewegen zwischen den Luftmessern mitgenutzt werden, so dass die Zwischenkühlung zeitneutral erfolgen kann.
Die zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Luftdüsenanordnung aufweist, mit der ein Luftkissen erzeugbar ist, welches die Platinen tragen und dabei auch eine aktive Zwischenkühlung (gemäß obenstehender Definition) selbiger ermöglichen kann. Die Kühleinrichtung kann femer seitliche Führungselemente für die Platinen aufweisen.
Unter einer Luftdüsenanordnung wird eine Vielzahl von Luftdüsen (d. h. wenigstens zwei Luftdüsen) verstanden, die derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass damit die Erzeugung eines Luftkissens möglich ist. Die Luftdüsen sind insbesondere ortsfest angeordnet. Bevorzugt wird mit den Luftdüsen eine beidseitige Luft- oder gegebenenfalls auch Gasbeaufschlagung ermöglicht, insbesondere von unten und oben, so dass die vorzugsweise relativ zur Luftdüsenanordnung bewegten Platinen gleichzeitig von beiden Seiten aktiv gekühlt werden können. Analog zur ersten Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Anlage kann die
Luftdüsenanordnung zur Erzeugung eines Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel enthaltenden Luftkissens ausgebildet sein. Ebenso kann die Luftdüsenanordnung im Auslaufbereich des Ofens angeordnet sein.
Sowohl die Luftdüsenanordnung der zweiten Ausführungsmöglichkeit als auch die Luftmesser der ersten Ausführungsmöglichkeit kann/können derart ausgebildet sein, dass diese ein- und ausschaltbar und/oder in der erbringbaren Kühlleistung bzw. Kühlwirkung veränderbar ist/sind. Bevorzugt wird die Luftdüsenanordnung bzw. werden die Luftmesser nur dann eingeschaltet, wenn eine zuvor erwärmte Platine zwischengekühlt werden soll. In den Taktzeitpausen kann die Luftdüsenanordnung bzw. können die Luftmesser ausgeschaltet werden, um bspw. den Energiebedarf zu senken (Ein- und Ausschalten im Fertigungstaktzeitrhythmus). Anstelle des
Ausschaltens ist auch ein Schlummermodus oder dergleichen denkbar. Das Ein- und Ausschalten und/oder das Verändern der Kühlleistung kann bspw. mithilfe einer Steuereinrichtung bewerkstelligt werden.
Die erfindungsgemäße Anlage kann Einrichtungen zur Temperaturmessung der Platinen aufweisen, um bspw. am Presshärtewerkzeug die Einlegetemperatur der zwischengekühlten Platinen erfassen bzw. messen zu können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Anlage wenigstens eine, insbesondere im Bereich der Kühleinrichtung angeordnete, Wärmebildkamera oder dergleichen (bspw. eine Infrarot- oder Thermographiekamera) und/oder wenigstens einen und
insbesondere mehrere im Bereich der Kühleinrichtung angeordnete thermische Linienscanner oder dergleichen (bspw. Zeilenpyrometer) aufweist, mit der bzw. mit denen die Abkühlung und insbesondere der Abkühlungsfortschritt
(Abkühlungsverlauf über der Zeit) beim Zwischenkühlen der Platinen erfasst werden kann bzw. erfassbar ist.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Steuereinrichtung zur
Steuerung der Luftdüsenanordnung oder der Luftmesser. Diese Steuereinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, mithilfe der Wärmebildkamera oder den thermischen Linienscannern die Zwischenkühlung der Platinen in einem Regelkreis regeln zu können. Eine solche Regelung kann bspw. derart erfolgen, dass bei jeder
zwischenzukühlenden Platine der Abkühlungsfortschritt erfasst und gegebenenfalls die Kühlleistung der Luftdüsenanordnung oder der Luftmesser verändert wird, um eine gewünschte bzw. erforderliche Abkühlung und/oder Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen.
Beide Ausführungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Anlage ermöglichen die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Platinen (hiermit sind mit einer Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung vorbeschichtete Stahlblechplatinen gemeint). Unter einem direkten Presshärten wird verstanden, dass eine erwärmte Platine ohne Vorformen direkt im Presshärtewerkzeug zu einem Blechformteil umgeformt und gleichzeitig durch rasches Abkühlen eine Härtung bzw. Festigkeitserhöhung herbeigeführt wird (siehe hierzu auch entsprechende Erläuterungen in der
DE 10 2011 053 939 A1 ). Im Vergleich zum indirekten Presshärten, das ein
Vorformen des Blechmaterials vorsieht, sind beim direkten Presshärten der Aufwand und die damit verbundenen Kosten (insbesondere Werkzeugkosten aufgrund mehrerer erforderlicher Werkzeuge) deutlich geringer. Durch die in der
erfindungsgemäßen Anlage ermöglichte Zwischenkühlung wird die sonst beim direkten Presshärten zinkbeschichteter Platinen vorhandene Rissgefahr beseitigt oder zumindest verringert. Die Erfindung eignet sich auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiden in den Figuren gezeigten
Ausführungsmöglichkeiten näher erläutert. Die Merkmale dieser
Ausführungsmöglichkeiten sind im Rahmen der Erfindung auch zu weiteren
Ausführungsmöglichkeiten kombinierbar.
Fig. 1 zeigt schematisch die erste Ausführungsmöglichkeit einer
erfindungsgemäßen Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile.
Fig. 2 zeigt schematisch die zweite Ausführungsmöglichkeit einer
erfindungsgemäßen Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile.
Fig. 1 zeigt eine Anlage 100 zum Herstellen pressgehärteter Blechformteile 210 in Serie. Die Anlage 100 umfasst einen Ofen 1 10 und ein Presshärtewerkzeug 130, welches in einer Presse 140 eingebaut ist. Die Anlage 00 kann ferner einen Roboter oder dergleichen umfassen, mit dem automatisiert die im Ofen 110 erwärmten Platinen 200 im Auslaufbereich 1 15 des Ofens 110 aufgenommen und in das Presshärtewerkzeug 130 eingelegt werden können. Bei dem Ofen 1 0 handelt es sich beispielhaft um einen Durchlaufofen, wobei aus dem Stand der Technik auch andere geeignete Ofenbauarten bekannt sind. Der Pfeil DR gibt die
Durchlaufrichtung der Platinen 200 an. Die Platinen 200 weisen eine insbesondere beidseitig aufgebrachte Zinkbeschichtung auf, wie obenstehend erläutert, so dass die hergestellten pressgehärteten Blechformteile 210 korrosionsgeschützt sind. Bei den Platinen 200 kann es sich ausdrücklich auch um maßgeschneiderte Platinen, so genannte Tailored Blanks (bspw. Rolled Tailored Blanks oder Welded Tailored Blanks), handeln.
Die Anlage 100 umfasst ferner eine im Auslaufbereich 115 des Ofens 1 10
angeordnete Kühleinrichtung 120, mit der die im Ofen 110 auf
Austenitisierungstemperatur erwärmten zinkbeschichteten Platinen 200
zwischengekühlt werden können, bevor diese in das Presshärtewerkzeug 130 eingelegt und dort zu korrosionsgeschützten Blechformteilen 200 umgeformt bzw. warmumgeformt werden. Das direkte Umformen der ebenen Platinen 210 mit einer einhergehenden Presshärtung wird auch als direktes Presshärten bezeichnet. Die hergestellten pressgehärteten Blechformteile 210 können vollständig oder auch nur teilweise bzw. partiell pressgehärtet sein. Das Zwischenkühlen und die dadurch erzielten Effekte sind obenstehend ausführlich erläutert.
Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsmöglichkeit umfasst die
Kühleinrichtung 120 ein oberes Luftmesser 121 und ein zwischen den
Transportrollen bzw. -walzen 116 angeordnetes unteres Luftmesser 122. Die beiden Luftmesser 121/122 sind ortsfest angeordnet. Mit diesen sich gegenüberliegenden Luftmessern 121/122 ist ein Luftvorhang L zur aktiven Zwischenkühlung der zwischen diesen Luftmessern 121/122 hindurchbewegten Platinen 200 erzeugbar. Den von den Luftmessern 121/122 erzeugten Luftströmen können
Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel beigemischt sein. Die Luftmesser 121/122 können in horizontaler Richtung auch zueinander versetzt angeordnet sein. Ferner kann eine Mehrzahl oberer und/oder unterer Luftmesser vorgesehen sein.
Mithilfe der den Luftvorhang L bildenden linienförmigen schmalen Luftströme werden die aus dem Ofen 110 kommenden Platinen 200 beim Durchlaufen der
Kühleinrichtung 120 quasi abgeblasen und hierbei bspw. von über 900 °C auf 700 °C heruntergekühlt. Das Abblasen kann zudem den Vorteil haben, dass evtl. anhaftende Verunreinigungen entfernt werden. Das Abblasen kann auch aus schrägen
Richtungen erfolgen. Durch Ein- und Ausschalten der Luftmesser 121/ 22 und/oder durch Verändern der von diesen erbrachten Kühlleistung ist eine nur bereichsweise erfolgende Zwischenkühlung oder eine unterschiedliche Temperaturbereiche erzeugende Zwischenkühlung der Platinen 200 möglich.
Die Anlage 100 weist ferner zwei thermische Linien- bzw. Zeilenscanner 141 und 142 auf, die in Durchlaufrichtung DR zueinander beabstandet zwischen den
Transportrollen bzw. -walzen 116 im Auslaufbereich 115 angeordnet sind. Mithilfe dieser ortsfest angeordneten Scanner 141/142 kann der Abkühlungsfortschritt an den vorbeibewegten Platinen 200 in Echtzeit erfasst werden. Die Scanner 141/142 sind mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 150 verbunden. Die Steuereinrichtung 150 ist auch für eine Steuerung und insbesondere Regelung der Luftmesser 121/122 ausgebildet. Gegebenenfalls kann mithilfe der Steuereinrichtung 150 auch die Durchlaufgeschwindigkeit der Platinen 200 verändert werden. Zudem kann eine bauteilindividuelle Dokumentation erfolgen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsmöglichkeit einer
erfindungsgemäßen Anlage 100 umfasst die Kühleinrichtung 120 eine im
Auslaufbereich 1 15 des Ofens 110 ortsfest angeordnete Luftdüsenanordnung 125 mit oberen und unteren Luftdüsen. In diesem Abschnitt sind keine Transportrollen bzw. -walzen 116 vorgesehen (d. h. der betreffende Förderabschnitt im
Auslaufbereich 1 15 ist transportrollen- bzw. transportwalzenfrei). Mit der
Luftdüsenanordnung 125 ist ein Luftkissen bzw. Luftpolster K erzeugbar, auf dem die aus dem Ofen 110 kommenden Platinen 200 mehr oder weniger berührungslos durch die Kühleinrichtung 120 hindurchbewegt und dabei durch beidseitige Luftbeaufschlagung heruntergekühlt werden. Die Platinen 200 werden,
gegebenenfalls unter Einsatz von Führungselementen, von dem Luftkissen K getragen (ganz oder zumindest teilweise), und dadurch quasi berührungslos bzw. schwebend durch die Kühleinrichtung 120 hindurchbefördert, so dass aufgrund des fehlenden Rollen- bzw. Walzenkontakts etwaige Oberflächenbeeinträchtigungen vermieden werden können.
Zur Überwachung des Abkühlungsfortschritts ist wenigstens eine in die
Abkühleinrichtung 120 blickende Wärmebildkamera 145 oder dergleichen vorgesehen. Die Kamera 145 kann als Zeilenkamera (Line Scan Camera) ausgebildet sein. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen zur ersten Ausführungsmöglichkeit gemäß Fig. 1.
Bezugszeichenliste
Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile, mit einer Kühleinrichtung zur Zwischenkühlung der Platinen
100 Anlage
110 Ofen
115 Auslaufbereich
116 Transportrollen, Transportwalzen
120 Kühleinrichtung
121 Luftmesser
122 Luftmesser
125 Luftdüsenanordnung
130 Presshärtewerkzeug
131 Werkzeugoberteil
132 Werkzeugunterteil
133 Werkzeugkühlung
140 Presse
141 thermischer Linienscanner
142 thermischer Linienscanner
145 Wärmebildkamera
150 Steuereinrichtung
200 Platine
210 pressgehärtetes Blechformteil
DR Durchlaufrichtung
K Luftkissen
L Luftvorhang

Claims

Patentansprüche Anlage für die Serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter Blechformteile, mit einer Kühleinrichtunq zur Zwischenkühlunq der Platinen
1. Anlage (100) für die Serienfertigung pressgehärteter und
korrosionsgeschützter Blechformteile (210) durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Stahlblechplatinen (200), umfassend:
- einen Ofen ( 10), in dem die Platinen (200) auf Austenitisierungstemperatur erwärmt werden können;
- ein Presshärtewerkzeug (130), in dem die erwärmten Platinen (200) direkt umgeformt und pressgehärtet werden können; und
- eine Kühleinrichtung (120), mit der die im Ofen (1 10) erwärmten Platinen (200) vor dem Einlegen in das Presshärtewerkzeug (130) zwischengekühlt werden können;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung (120) wenigstens zwei sich einander gegenüberliegende Luftmesser (121 , 122) aufweist, mit denen ein Luftvorhang (L) zur aktiven Zwischenkühlung der Platinen (200) erzeugbar ist.
2. Anlage (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftmesser (121 , 122) der Kühleinrichtung (120) zur Erzeugung eines Flüssigkeitstropfen und/oder Eispartikel enthaltenden Luftvorhangs (L) ausgebildet sind.
3. Anlage (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftmesser (121 , 122) der Kühleinrichtung (120) in einem Auslaufbereich (1 15) des Ofens (110) angeordnet sind.
4. Anlage (100) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein unteres Luftmesser (122) zwischen Transportrollen (1 16) angeordnet ist.
5. Anlage (100) für die Serienfertigung pressgehärteter und
korrosionsgeschützter Blechformteile (210) durch direktes Presshärten zinkbeschichteter Stahlblechplatinen (200), umfassend:
- einen Ofen (1 10), in dem die Platinen (200) auf Austenitisierungstemperatur erwärmt werden können;
- ein Presshärtewerkzeug (130), in dem die erwärmten Platinen (200) direkt umgeformt und pressgehärtet werden können; und
- eine Kühleinrichtung (120), mit der die im Ofen (1 10) erwärmten Platinen (200) vor dem Einlegen in das Presshärtewerkzeug (130) zwischengekühlt werden können;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung (120) eine Luftdüsenanordnung (125) aufweist, mit der ein Luftkissen (K) erzeugbar ist, welches die Platinen (200) tragen kann und dabei auch eine aktive Zwischenkühlung der Platinen (200) ermöglicht.
6. Anlage (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung (120) seitliche Führungselemente für die Platinen (200) aufweist.
7. Anlage (100) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftdüsenanordnung (125) in einem Auslaufbereich (1 15) des Ofens (110) angeordnet ist.
8. Anlage (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftdüsenanordnung (125) oder die Luftmesser (121 , 122) ein- und ausschaltbar und/oder in der Kühlleistung veränderbar ist/sind.
9. Anlage (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine im Bereich der Kühleinrichtung (120) angeordnete
Wärmebildkamera (145) oder dergleichen und/oder mehrere im Bereich der Kühleinrichtung (120) angeordnete thermische Linienscanner (141 , 142) oder dergleichen, mit der bzw. mit denen die Abkühlung und insbesondere der Abkühlungsfortschritt beim Zwischenkühlen erfassbar ist.
10. Anlage (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (150) zur Steuerung der Luftdüsenanordnung (125) oder der Luftmesser (121 , 122), wobei diese Steuereinrichtung (150) insbesondere dazu ausgebildet ist, mithilfe der Wärmebildkamera (145) oder den thermischen Linienscannern (141 , 142) gemäß Anspruch 9 die
Zwischenkühlung der Platinen (200) regeln zu können.
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