EP3350528A1 - Wärmebehandlungsanlage - Google Patents

Wärmebehandlungsanlage

Info

Publication number
EP3350528A1
EP3350528A1 EP16774874.8A EP16774874A EP3350528A1 EP 3350528 A1 EP3350528 A1 EP 3350528A1 EP 16774874 A EP16774874 A EP 16774874A EP 3350528 A1 EP3350528 A1 EP 3350528A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat treatment
width
region
treatment plant
area
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Withdrawn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
EP16774874.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Winkel
Frank WILDEN
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.)
Schwartz GmbH
Original Assignee
Schwartz GmbH
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 Schwartz GmbH filed Critical Schwartz GmbH
Publication of EP3350528A1 publication Critical patent/EP3350528A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace
    • F27B9/24—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace being carried by a conveyor
    • F27B9/2407—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace being carried by a conveyor the conveyor being constituted by rollers (roller hearth furnace)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace

Definitions

  • the invention relates to a heat treatment plant, in particular a
  • Reduction of fuel consumption is for example in the reduction of vehicle weight.
  • the body steels used have a higher strength at a lower weight. This is usually achieved by the process of so-called press-hardening.
  • a sheet metal part is heated to about 800 - 1000 ° C and then deformed in a cooled tool and quenched. The strength of the component thereby increases up to about three times.
  • a board is punched out of a coil, cold-formed and fed the thus preformed component of the heat treatment. After the heat treatment, the hot component is press fed into the press in an indirectly cooled tool. Subsequently, the components are trimmed again and sandblasted to remove any existing scaling.
  • a board is also punched out of a coil, however, there is no pre-deformation, but the board is fed directly to the furnace after the heat treatment in the hot state.
  • the hot board is deformed and simultaneously press-hardened by the cooling in the cooled tool. Subsequently, the molded components are trimmed again if necessary.
  • Roller hearth furnaces are continuous furnaces in which the components to be treated are conveyed either directly or by means of goods carriers on rollers through the furnace. The rollers are usually driven.
  • Procedure be equipped with inlet and outlet locks.
  • a furnace can be operated with inert gas.
  • the inlet and outlet locks are used to prevent the ingress of air into the oven, usually a rinse or replacement of the
  • Atmosphere in the locks takes place. Furthermore, the locks reduce the escape of furnace atmosphere into the environment and thus also reduce the heat loss to the environment. Continuous furnaces for this process must be equipped with a product carrier return conveyor system to ensure the circulation of product carriers. In the furnaces, for example, ceramic conveyor rollers are used. Only the entry and exit tables and the
  • Carrier return conveyors are in this case with metallic conveyor rollers
  • the use of goods carriers can be omitted. Therefore, the construction is somewhat simpler than that of the furnaces for the indirect process.
  • the boards can be placed directly on ceramic conveyor rollers in the direct process and be conveyed through the oven.
  • These ovens can be operated with and without inert gas. Again, the oven housing is designed as standard gas-tight.
  • Process is therefore preferably used with the use of continuous furnaces.
  • the plates used in vehicle construction should not rust as much as possible. Also, scaling should be avoided during the machining process, since such scaling for further processing, at the latest before the welding or painting process, must be removed consuming and costly.
  • Aluminum-silicon (AISi) coated sheets can be used.
  • Other coatings such as zinc alloy coatings, such as zinc-nickel coatings, are possible.
  • the coating prevents the rusting of the sheets, as well as a scaling of the hot sheets during the transfer from the oven to the press.
  • the ovens can be heated in different ways.
  • the heating is usually with burners, which are operated with fossil materials, such as gas. But other types of heating such as electric radiant heaters are possible.
  • Another problem is due to the mechanical strength of the rollers - especially when influenced by the heat treatment of metallic components
  • roller hearth furnaces For example, required for the press hardening process high temperatures in the roller hearth furnace - limited width of roller hearth furnaces.
  • conventional hearth furnaces therefore have a maximum internal width of about 2.70 m, i. a component to be heat treated in this roller hearth furnace may not have more than about 2,500 mm in one direction, the widthwise direction.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat treatment plant for
  • the heat treatment plant according to the invention has rollers for the passage of a heat-treated component through the heat treatment plant.
  • the component can have a steel material, for example 22MnB5, and be coated or uncoated. As a coating, for example, come
  • the heat treatment plant according to the invention has a work space with a first region having a width B1 and a second region having a width B2, wherein in the first region, the rollers are arranged and wherein the width B2 is greater than the width B1.
  • Width is understood here and below the dimension transverse to the direction of the furnace.
  • the width B1 is dimensioned so that the rollers have a length at which they even at a temperature prevailing in the oven for the heat treatment of metallic components such have mechanical stability that, for example, their deflection remains in the loaded state within reasonable tolerances.
  • the second region of the useful space extends with a greater width B2, so that even components with a maximum width B2 greater than B1 can be heat-treated.
  • the first area with the rollers is thus arranged in the lower region of the work space, so that a component directly or on a goods carrier on at least one role lying transportable through the heat treatment plant.
  • Heat treatment plant a graded usable space width, so that on the one hand, the criterion of limited due to the mechanical strength roller length, on the other hand, the criterion of heat-treatability of a wider component is met. It is advantageous if the heat treatment plant in the second region of the useful space alswesit several heat sources, wherein the plurality of heat sources are arranged in the furnace flow direction behind the other.
  • the heat treatment system further comprises a product carrier, wherein the product carrier has a first and a second region having a width W1 and a third region having a width W2, the width W1 being smaller than the width B1 of the first region of the useful space and the width W2 is smaller than the width B2 of the second region of the work space, and wherein the product support is in contact with at least one of the rollers with its first region.
  • the goods carrier has in other words a likewise
  • the second region of the goods carrier serves as height compensation and the third region of the goods carrier is designed as a support of the component.
  • the word height compensation means balancing the different distances of the working plane of the heat treatment plant, i. the level of the upper peripheral lines of the rollers, and the level at which the working space widened, for example, a hall floor, on which the heat treatment plant is placed.
  • Heat treatment plant widens in its second area opposite the first area, wherein the second area is located above the first area.
  • the third region of the product carrier which comes into contact with the component during operation, contains a ceramic material.
  • the first area of the goods carrier is in operation of the heat treatment plant on at least one role.
  • the heat treatment plant has at least one heat source in the first region in addition to the plurality
  • the at least one heat source arranged in the first region of the useful space can be arranged below the rollers, for example.
  • gas burners with flame tubes are provided as heat sources.
  • Gas burners are characterized by their energy efficiency.
  • a gas infrastructure is usually present in the production facilities for the heat treatment of metallic components. All other heat sources, such as radiant electric heat sources are also possible.
  • Heat sources are arranged, wherein the plurality of heat sources in
  • Furnace flow direction are arranged one behind the other and protrude alternately from the lateral boundaries of the work space in the second region of the work space.
  • burners for fossil fuels in flame tubes in which the flame burns are typically arranged.
  • the flame tubes can have a shorter length despite the possible large width B2 of the second region of the useful space
  • At least at least one roller has a ceramic material.
  • all roles in the working space have a ceramic material and only the roles in the inlet and outlet zone, in which in the furnace operation lower temperatures than in
  • rollers have a ceramic material, they can be more heat-resistant than steel rollers.
  • the heat treatment plant has an inlet and an outlet lock.
  • the furnace operation is also possible for strongly curved in space preforms for the indirect process with inert gas, without inert gas to a significant extent in the
  • Furnace atmosphere may also contain dried air, the escape of which would at least also have a negative economic effect.
  • locks can be made by minimizing the atmosphere exchange between
  • the heat treatment plant according to the invention is suitable for processing boards on goods carriers in direct process, which are treated in the second, wider area of the work space.
  • the heat treatment plant is also suitable for treating preforms on goods carriers in the indirect process in the second, wider area of the work space with heat.
  • both boards can be processed on goods carriers in direct or preformed on goods carriers in the indirect process.
  • the boards or preforms even if they do not have the width B1 of the first Be useful area, in the second, wide area of the useful space or in the first, narrower area of the useful space processed.
  • an alternative goods carrier in which at least the second area for height compensation is missing or only very short, must be used.
  • This may have a third region for supporting the component, for example of a ceramic material, in which case this third region has a width which is smaller than the width of the first region of the usable space B1. In this case, however, the components can also be placed directly on the first area of the goods carrier.
  • the heat treatment system according to the invention can also be used to hang boards without goods carrier in the first area of the usable space directly on the rollers and to process in a direct process.
  • Fig. 1 shows a cross section through a heat treatment plant according to the invention
  • FIG. 1 shows a cross section through a heat treatment system 100 according to the invention.
  • the heat treatment plant 100 has rollers 101 for the passage of a heat-treatment component 150 through the heat treatment plant 100.
  • the heat treatment system 100 has a working space 110 with a first area 11 1 having a width B1 and a second area 112 having a width B2, the rollers 101 being arranged in the first area 11, and the width B2 is greater than the width B1.
  • the width B1 can
  • the heat treatment system 100 also has a Goods carrier 120, wherein the product carrier 120 has a first region 121 and a second region 122 having a width W1 and a third region 123 having a width W2, wherein the width W1 is smaller than the width B1 of the first region 1 1 1 of the usable space 10 and the width W2 is smaller than the width B2 of the second region 1 12 of the work space 1 10 and wherein the product carrier 120 is in contact with at least one of the rollers 101 with its first region 121.
  • the second area 122 is used for height compensation and the third area 123 of the support of the component 150.
  • the heights of the three areas 121, 122, 123 add to the height of the goods carrier HW, which may be 420 mm, for example.
  • the third area 123 of the product carrier 120 there is a preforming part as a component 150, which for example has a thickness HB of, for example, 200 mm.
  • Goods carrier 120 has a first region 121, with which the product carrier 120 is in contact with at least one roller 101, a second region 122 for
  • the heat treatment plant 100 has a working height AH, for example 1 .150 mm.
  • the working height is understood to be the height of the upper circumferential line of the rollers 101, i. the height at which the goods carriers 120 and / or the components 150 run through the heat treatment plant 100 during operation without goods carrier 120, measured from a base, for example a hall floor, on which the heat treatment plant 100 is set up.
  • the heat treatment plant 100 has heat sources 102 in the form of
  • a homogeneous heating 5 of the component 150 is given by heat input from above and from below.
  • the gas burners in the second region 1 12 of the working space 1 10 are in
  • Furnace flow direction arranged one behind the other and protrude alternately from the lateral boundaries 1 15 of the working space in the second region of the working space 1 10 into it.
  • the heat treatment system 100 has a stepped usable space width B1, B2.
  • the heat treatment plant 100 is suitable for processing of components 150 in the form of boards on goods carriers 120 in the direct process, which are treated in the second, wider area 1 12 of the usable space 1 10.
  • the heat treatment plant 100 but also suitable to treat components 150 in the form of preforms on goods carriers 120 in the indirect process in the second, wider area 1 12 of the work space 1 10 with heat.
  • components 150 in the form of blanks as well as in the form of preforms, which have a width not exceeding the width B1 of the first working space 1 1 1 width, on goods carriers 120 in the second, wide area 1 12 of the usable space 1 10 or in the first , narrower area 1 1 1 of the usable space 1 10 are processed.
  • an alternative product carrier 120 in which at least the second region 122 for height compensation is missing or has only a very short design, must be used.
  • This may have a third region 123 for supporting the component 150, for example of a ceramic material, in which case this third region 123 has a width that is smaller than the width B1 of the first region 1 1 1 of the work space 1 10.
  • the components 150 can also be placed directly on the first region 121 of the goods carrier 120.
  • the heat treatment system 100 can also be used to hang components 150 in the form of boards without goods carrier 120 in the first area 1 1 1 of the usable space 1 10 directly on the rollers 101 and to process in a direct process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage, insbesondere einen Rollenherdofen. Die Wärmebehandlungsanlage weist einen Nutzraum mit einem ersten Bereich mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich mit einer Breite B2 auf, wobei in dem ersten Bereich die Rollen angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1. Unter Breite wird hier und im Folgenden die Dimension quer zur Ofendurchlaufrichtung verstanden. Die Breite B1 ist dabei so bemessen, dass die Rollen eine Länge aufweisen, bei der sie auch bei einer im Ofen herrschenden Temperatur für die Wärmebehandlung metallischer Bauteile noch eine solche mechanische Stabilität aufweisen, dass beispielsweise ihre Durchbiegung auch im belasteten Zustand innerhalb vertretbarer Toleranzen verbleibt. Oberhalb des ersten Bereichs des Nutzraums erstreckt sich der zweite Bereich des Nutzraums mit größerer Breite B2, so dass auch Bauteile mit einer maximalen Breite B2 größer B1 wärmebehandelbar sind.

Description

Wärmebehandlungsanlage
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage, insbesondere einen
Rollenherdofen.
Im Bereich der Fahrzeugindustrie ist es das Bestreben, Fahrzeuge mit einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu entwickeln. Ein übliches Mittel zur
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs liegt dabei beispielsweise in der Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Um jedoch steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, müssen die verwendeten Karosseriebaustähle bei geringerem Gewicht eine höhere Festigkeit aufweisen. Dies wird üblicherweise durch den Prozess des sogenannten Presshärtens erreicht. Dabei wird ein Blechteil auf etwa 800 - 1000°C erwärmt und anschließend in einem gekühlten Werkzeug verformt und abgeschreckt. Die Festigkeit des Bauteils nimmt dadurch bis auf etwa das Dreifache zu.
Aus Gründen der Prozesssicherheit und der Wirtschaftlichkeit haben sich
Durchlauföfen für die Wärmebehandlung durchgesetzt. Dabei werden die zu behandelnden Metallteile kontinuierlich durch den Ofen hindurchgefördert. Beim Presshärten unterscheidet man grundsätzlich das direkte und das indirekte
Verfahren.
Beim indirekten Verfahren wird eine Platine aus einem Coil herausgestanzt, kalt verformt und das so vorgeformte Bauteil der Wärmebehandlung zugeführt. Nach der Wärmebehandlung wird das heiße Bauteil der Presse zugeführt in einem indirekt gekühlten Werkzeug pressgehärtet. Anschließend werden die Bauteile noch einmal getrimmt und zur Entfernung eventuell vorhandener Verzunderungen gesandstrahlt. Beim direkten Verfahren wird ebenfalls eine Platine aus einem Coil herausgestanzt, allerdings findet hier keine Vorverformung statt, sondern die Platine wird nach der Wärmebehandlung im heißen Zustand direkt dem Ofen zugeführt. In einem indirekt beispielsweise wassergekühlten Werkzeug wird die heiße Platine verformt und durch die Abkühlung im gekühlten Werkzeug gleichzeitig pressgehärtet. Anschließend werden die geformten Bauteile noch einmal erforderlichenfalls getrimmt.
Für beide Verfahren haben sich aus Gründen der Prozesssicherheit und der
Wirtschaftlichkeit sogenannte Rollenherdöfen durchgesetzt. Rollenherdöfen sind Durchlauföfen, bei denen die zu behandelnden Bauteile entweder direkt oder mittels Warenträgern auf Rollen durch den Ofen hindurch gefördert werden. Die Rollen sind üblicherweise angetrieben.
Da die Bauteile beim indirekten Prozess vorgeformt sind, müssen sie auf Grund ihrer komplexen Form auf Warenträgern durch den Ofen gefördert bzw. in die
Ofenkammer verbracht werden. Weiterhin können Durchlauföfen für dieses
Verfahren mit Ein- und Auslaufschleusen ausgerüstet sein. Um eine Verzunderung der Bauteiloberfläche zu vermeiden, kann ein solcher Ofen mit Schutzgas betrieben werden. Die Ein- und Auslaufschleusen dienen zur Vermeidung des Lufteintrittes in den Ofen, wobei üblicherweise ein Spülen beziehungsweise Austausch der
Atmosphäre in den Schleusen erfolgt. Weiterhin vermindern die Schleusen den Austritt von Ofenatmosphäre in die Umgebung und vermindern damit auch den Wärmeverlust an die Umgebung. Durchlauföfen für dieses Verfahren müssen mit einem Warenträger-Rückfördersystem ausgestattet werden, um den Kreislauf der Warenträger zu gewährleisten. In den Öfen werden beispielsweise keramische Förderrollen eingesetzt. Nur die Ein- und Auslauftische sowie der
Warenträgerrückförderer sind in diesem Fall mit metallischen Förderrollen
ausgestattet. Je nach Anwendungsfall sind aber auch Förderrollen aus anderen Materialien möglich.
Bei Durchlauföfen für das direkte Verfahren kann der Einsatz von Warenträgern entfallen. Daher ist die Konstruktion etwas einfacher als die der Durchlauföfen für den indirekten Prozess. Statt mittels Warenträger befördert zu werden, können die Platinen beim direkten Verfahren unmittelbar auf keramische Förderrollen aufgelegt und durch den Ofen gefördert werden. Diese Öfen können mit und ohne Schutzgas betrieben werden. Auch hier ist das Ofengehäuse serienmäßig gasdicht ausgeführt. Ein weiterer Vorteil dieser Bauart ist in dem positiven Effekt der Förderrolle auf die gleichmäßige Erwärmung der zu behandelnden Metallteile zu sehen: Die durch die Ofenheizung mit aufgewärmten ortsfesten Rollen erwärmen über Strahlung und Wärmeleitung das auf ihnen transportierte und daher mit ihnen in Kontakt stehende Metallteil zusätzlich auf. Darüber hinaus sind diese Öfen mit einem deutlich niedrigeren Energieeinsatz zu betreiben, da es keine Warenträger gibt, die auf dem Rücktransport nach dem Ofendurchlauf auskühlen können und daher im Ofen bei einem erneuten Durchlauf wieder mit aufgeheizt werden müssen. Das direkte
Verfahren wird daher mit der Verwendung von Durchlauföfen bevorzugt verwendet.
Die im Fahrzeugbau verwendeten Bleche sollen möglichst nicht rosten. Auch soll eine Verzunderung während des Bearbeitungsprozesses vermieden werden, da solche Verzunderungen zur Weiterverarbeitung, spätestens vor dem Schweiß- oder Lackierprozess, aufwändig und kostspielig entfernt werden müssen. Da
unbehandelte Stahlbleche aber bei den beim Presshärten erforderlichen hohen Temperaturen unter Anwesenheit von Sauerstoff unweigerlich verzundern würden, ist es üblich, beschichtete Bleche zu verwenden und / oder den
Wärmebehandlungsprozess bei Abwesenheit von Sauerstoff durchzuführen. Dabei können beispielsweise Aluminium-Silizium-(AISi-)beschichtete Bleche verwendet werden. Auch andere Beschichtungen, wie beispielsweise Zinklegierungsüberzüge, beispielsweise Zink-Nickel-Beschichtungen, sind möglich. Die Beschichtung verhindert das Rosten der Bleche, ebenso wie ein Verzundern der heißen Bleche während des Transfers von dem Ofen zur Presse.
Die Öfen können auf unterschiedliche Art beheizt werden. Üblich ist die Beheizung mit Brennern, die mit fossilen Stoffen, beispielsweise Gas, betrieben werden. Aber auch andere Beheizungsarten wie beispielsweise elektrische Strahlungsheizungen sind möglich.
Die Rollen eines Rollenherdofens sind üblicherweise an ihren Enden drehbar gelagert, beispielsweise in den seitlichen Begrenzungswänden des Ofens. Dabei treten Schwierigkeiten auf, die Lagerung wegen der im Ofen herrschenden großen Temperaturen und der teilweise aggressiven Gase der Ofenatmosphäre für lange, wirtschaftliche Wartungsintervalle auszulegen. Lösungsvorschläge in Form von gasdichten und gekühlten Lagerungen in den Ofenwänden sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE10 201 1 006 171 A1 bekannt.
Ein weiteres Problem stellt die wegen der mechanischen Festigkeit der Rollen - gerade bei Einfluss der für die Wärmebehandlung metallischer Bauteile
beispielsweise für das Presshärteverfahren erforderlichen hohen Temperaturen in dem Rollenherdofen - begrenzte Baubreite von Rollenherdöfen dar. Heute übliche Rollenherdöfen weisen daher eine maximale Innenbreite von ca. 2,70 m auf, d.h. ein in diesem Rollenherdofen Wärme zu behandelndes Bauteil darf in einer Richtung, der Breitenrichtung, nicht mehr als ca. 2.500 mm aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wärmebehandlungsanlage für die
Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen mit einer größeren Nutzbreite anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wärmebehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Wärmebehandlungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 9.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage weist Rollen für den Durchlauf eines Wärme zubehandelnden Bauteils durch die Wärmebehandlungsanlage auf. Das Bauteil kann dabei einen Stahlwerkstoff, beispielsweise 22MnB5, aufweisen und beschichtet oder unbeschichtet sein. Als Beschichtung kommen dabei beispielsweise
Aluminium-Silizium-(AISi)-Beschichtungen, Zinklegierungsüberzüge, beispielsweise Zink-Nickel-Beschichtungen oder ein Zunderschutzlack in Betracht. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage einen Nutzraum mit einem ersten Bereich mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich mit einer Breite B2 auf, wobei in dem ersten Bereich die Rollen angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1 . Unter Breite wird hier und im Folgenden die Dimension quer zur Ofendurchlaufrichtung verstanden. Die Breite B1 ist dabei so bemessen, dass die Rollen eine Länge aufweisen, bei der sie auch bei einer im Ofen herrschenden Temperatur für die Wärmebehandlung metallischer Bauteile noch eine solche mechanische Stabilität aufweisen, dass beispielsweise ihre Durchbiegung auch im belasteten Zustand innerhalb vertretbarer Toleranzen verbleibt. Oberhalb des ersten Bereichs des Nutzraums erstreckt sich der zweite Bereich des Nutzraums mit größerer Breite B2, so dass auch Bauteile mit einer maximalen Breite B2 größer B1 warmebehandelbar sind. Der erste Bereich mit den Rollen ist also im unteren Bereich des Nutzraums angeordnet, so dass ein Bauteil direkt oder auf einem Warenträger auf mindestens einer Rolle aufliegend durch die Wärmebehandlungsanlage transportierbar ist. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße
Wärmebehandlungsanlage eine abgestufte Nutzraumbreite auf, so dass einerseits das Kriterium der wegen der mechanischen Festigkeit begrenzten Rollenlänge, andererseits das Kriterium der Wärmebehandelbarkeit auch eines breiteren Bauteils erfüllt ist. Es ist von Vorteil, wenn die Wärmebehandlungsanlage im zweiten Bereich des Nutzraums mehrere Wärmequellen aufwesit, wobei die mehreren Wärmequellen in Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Wärmebehandlungsanlage weiterhin einen Warenträger auf, wobei der Warenträger einen ersten und einen zweiten Bereich mit einer Breite W1 und einen dritten Bereich mit einer Breite W2 aufweist, wobei die Breite W1 kleiner als die Breite B1 des ersten Bereichs des Nutzraums und die Breite W2 kleiner als die Breite B2 des zweiten Bereichs des Nutzraums ist und wobei der Warenträger mit seinem ersten Bereich in Kontakt mit mindestens einer der Rollen steht. Der Warenträger weist mit anderen Worten ein ebenfalls
abgestuftes Profil auf, wobei mit dem zweiten, breiteren Bereich des Warenträgers, Bauteile, die breiter als die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs sind, aufnehmbar sind.
Es hat sich vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Bereich des Warenträgers als Höhenausgleich dient und der dritte Bereich des Warenträgers als Auflage des Bauteils ausgebildet ist. Das Wort Höhenausgleich bedeutet dabei den Ausgleich der unterschiedlichen Entfernungen der Arbeitsebene der Wärmebehandlungsanlage, d.h. der Ebene der oberen Umfangslinien der Rollen, und der Ebene, in der sich der Nutzraum verbreitert, gegenüber beispielsweise einem Hallenboden, auf dem die Wärmebehandlungsanlage aufgestellt ist. Der Nutzraum der
Wärmebehandlungsanlage verbreitert sich in seinem zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich, wobei der zweite Bereich oberhalb des ersten Bereichs angeordnet ist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der dritte Bereich des Warenträgers, der im Betrieb in Kontakt mit dem Bauteil kommt, einen keramischen Werkstoff enthält. Der erste Bereich des Warenträgers liegt im Betrieb der Wärmebehandlungsanlage auf mindestens einer Rolle auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Wärmebehandlungsanlage mindestens eine Wärmequelle im ersten Bereich zusätzlich zu den mehreren
Wärmequellen im zweiten Bereich des Nutzraums auf. Die mindestens eine im ersten Bereich des Nutzraums angeordnete Wärmequelle kann beispielsweise unterhalb der Rollen angeordnet sein. Durch das Vorsehen von jeweils mindestens einer Wärmequelle im ersten und im zweiten Bereich des Nutzraums wird ein Wärme zu behandelndes Bauteil von beiden Seiten, d.h. von oben und von unten erwärmt, wodurch eine besonders schnelle und homogene Aufheizung des Bauteils gegeben ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind als Wärmequellen Gasbrenner mit Flammrohren vorgesehen. Gasbrenner zeichnen sich durch ihre Energieeffizienz aus. Darüber hinaus ist eine Gasinfrastruktur üblicherweise in den Produktionsstätten für die Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen vorhanden. Alle anderen Wärmequellen, wie beispielsweise elektrische Strahlungswärmequellen sind ebenso möglich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im zweiten Bereich des Nutzraums mehrere
Wärmequellen angeordnet sind, wobei die mehreren Wärmequellen in
Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind und alternierend von den seitlichen Begrenzungen des Nutzraums in den zweiten Bereich des Nutzraums ragen. Üblicherweise wirken Brenner für fossile Brennstoffe in Flammrohre, in denen die Flamme brennt. Durch diese Ausführungsform können die Flammrohre trotz der möglichen großen Breite B2 des zweiten Bereichs des Nutzraums eine kürzere
Länge aufweisen, so dass Durchbiege- beziehungsweise einseitige Biegeeffekte keine kritische Größenordnung erreichen, und trotzdem eine über der Breite des Bauteils ausreichend homogene Bauteilaufheizung ermöglichen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest zumindest eine Rolle einen keramischen Werkstoff aufweist. Insbesondere ist von Vorteil, wenn alle Rollen im Nutzraum einen keramischen Werkstoff aufweisen und nur die Rollen in der Ein- und Auslaufzone, in denen im Ofenbetrieb niedrigere Temperaturen als im
Ofennutzraum herrschen, aus anderen Werkstoffen, beispielsweise einem
Stahl Werkstoff, bestehen. Weisen die Rollen einen keramischen Werkstoff auf, können sie wärmeformbeständiger als Stahlrollen sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wärmebehandlungsanlage eine Eingangs- und eine Ausgangsschleuse auf. Durch die Schleusen ist der Ofenbetrieb auch für stark im Raum gekrümmte Vorformteile für den indirekten Prozess auch mit Schutzgas möglich, ohne dass Schutzgas in nennenswertem Umfang in die
Umgebungsatmosphäre entweicht. Einerseits könnte in die Umgebungsatmosphäre entweichendes Schutzgas schädliche gesundheitliche Folgen für etwaiges
Bedienpersonal, das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist, haben, andererseits sind die üblichen Schutzgase relativ teuer, so dass das Entweichen von Schutzgas aus der Wärmebehandlungsanlage negative wirtschaftliche Folgen hätte. Die
Ofenatmosphäre kann auch getrocknete Luft enthalten, deren Entweichen zumindest ebenfalls einen negativen wirtschaftlichen Effekt hätte. Darüber hinaus können Schleusen durch die Minimierung des Atmosphärentauschs zwischen
Wärmebehandlungsanlage und Umgebung den Wärmeverlust der
Wärmebehandlungsanlage minimieren. Soll die Wärmebehandlungsanlage hingegen für flache Platinen oder Vorformteile beispielsweise mit einer Luftatmosphäre betrieben werden, stören die Schleusen nicht.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage ist geeignet zur Verarbeitung von Platinen auf Warenträgern im direkten Prozess, die im zweiten, breiteren Bereich des Nutzraums behandelt werden. Ebenso ist die Wärmebehandlungsanlage aber auch dazu geeignet, Vorformteile auf Warenträgern im indirekten Prozess im zweiten, breiteren Bereich des Nutzraums mit Wärme zu behandeln.
Weiterhin können sowohl Platinen auf Warenträgern im direkten oder Vorformteile auf Warenträgern im indirekten Prozess verarbeitet werden. Dabei können die Platinen oder Vorformteile, auch wenn sie nicht über die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs hinausgehen, im zweiten, breiten Bereich des Nutzraums oder auch im ersten, schmaleren Bereich des Nutzraums verarbeitet werden. Sollen die Bauteile im ersten Bereich des Nutzraums verarbeitet werden, muss ein alternativer Warenträger, bei dem zumindest der zweite Bereich für den Höhenausgleich fehlt oder nur sehr kurz ist, eingesetzt werden. Dieser kann einen dritten Bereich zur Auflage des Bauteils, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aufweisen, wobei in diesem Fall dieser dritte Bereich eine Breite aufweist, die kleiner der Breite des ersten Bereichs des Nutzraums B1 ist. Die Bauteile können in diesem Fall aber auch unmittelbar auf ersten Bereich des Warenträgers aufgelegt werden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage auch dazu genutzt werden, Platinen ohne Warenträger im ersten Bereich des Nutzraums unmittelbar auf die Rollen aufzulegen und im direkten Prozess zu verarbeiten.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels anhand der Abbildung.
Von den Abbildungen zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage 100 gezeigt. Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist Rollen 101 für den Durchlauf eines Wärme zu behandelnden Bauteils 150 durch die Wärmebehandlungsanlage 100 auf. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsanlage 100 einen Nutzraum 1 10 mit einem ersten Bereich 1 1 1 mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich 1 12 mit einer Breite B2 auf, wobei in dem ersten Bereich 1 1 1 die Rollen 101 angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1 . Die Breite B1 kann
beispielsweise 2.500 mm betragen, während die Breite B2 beispielsweise 3.500 mm betragen kann. Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist weiterhin einen Warenträger 120 auf, wobei der Warenträger 120 einen ersten Bereich 121 und einen zweiten Bereich 122 mit einer Breite W1 und einen dritten Bereich 123 mit einer Breite W2 aufweist, wobei die Breite W1 kleiner als die Breite B1 des ersten Bereichs 1 1 1 des Nutzraums 1 10 und die Breite W2 kleiner als die Breite B2 des 5 zweiten Bereichs 1 12 des Nutzraums 1 10 ist und wobei der Warenträger 120 mit seinem ersten Bereich 121 in Kontakt mit mindestens einer der Rollen 101 steht. Der zweite Bereich 122 dient zum Höhenausgleich und der dritte Bereich 123 der Auflage des Bauteils 150. Insgesamt addieren sich die Höhen der drei Bereich 121 , 122, 123 zur Höhe des Warenträgers HW, die beispielsweise 420 mm betragen kann. Auf dem0 dritten Bereich 123 des Warenträgers 120 liegt ein Vorfornnteil als Bauteil 150 auf, der beispielsweise eine Dicke HB von beispielsweise 200 mm aufweist. Der
Warenträger 120 weist einen ersten Bereich 121 , mit dem der Warenträger 120 in Kontakt mit mindestens einer Rolle 101 steht, einen zweiten Bereich 122 zum
Höhenausgleich und einen dritten Bereich 123 zur Auflage des Bauteils 150 auf. Die5 Wärmebehandlungsanlage 100 weist eine Arbeitshöhe AH, beispielsweise 1 .150 mm, auf. Dabei wird unter Arbeitshöhe die Höhe der oberen Umfangslinie der Rollen 101 verstanden, d.h. die Höhe, auf der die Warenträger 120 beziehungsweise die Bauteile 150 bei Betrieb ohne Warenträger 120 durch die Wärmebehandlungsanlage 100 hindurch laufen, gemessen von einer Basis, beispielsweise einem Hallenboden, o auf dem die Wärmebehandlungsanlage 100 aufgestellt ist.
Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist Wärmequellen 102 in Form von
Gasbrennern mit Flammrohren im ersten Bereich 1 1 1 als auch im zweiten Bereich 1 12 des Nutzraums 1 10 auf. Durch diese Anordnung ist eine homogene Aufheizung 5 des Bauteils 150 durch Wärmeeinbringung von oben und von unten gegeben. Die Gasbrenner im zweiten Bereich 1 12 des Nutzraums 1 10 sind in
Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet und ragen alternierend von den seitlichen Begrenzungen 1 15 des Nutzraums in den zweiten Bereich des Nutzraums 1 10 hinein.
0
Somit weist die Wärmebehandlungsanlage 100 eine abgestufte Nutzraumbreite B1 , B2 auf. Damit ist die Wärmebehandlungsanlage 100 geeignet zur Verarbeitung von Bauteilen 150 in Form von Platinen auf Warenträgern 120 im direkten Prozess, die im zweiten, breiteren Bereich 1 12 des Nutzraums 1 10 behandelt werden. Ebenso ist die Wärmebehandlungsanlage 100 aber auch dazu geeignet, Bauteile 150 in Form von Vorformteilen auf Warenträgern 120 im indirekten Prozess im zweiten, breiteren Bereich 1 12 des Nutzraums 1 10 mit Wärme zu behandeln. Weiterhin können Bauteile 150 in Form von Platinen als auch in Form von Vorformteilen, die eine nicht über die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs 1 1 1 hinausgehende Breite aufweisen, auf Warenträgern 120 im zweiten, breiten Bereich 1 12 des Nutzraums 1 10 oder auch im ersten, schmaleren Bereich 1 1 1 des Nutzraums 1 10 verarbeitet werden. Sollen die Bauteile 150 im ersten Bereich 1 1 1 verarbeitet werden, muss ein alternativer Warenträger 120, bei dem zumindest der zweite Bereich 122 für den Höhenausgleich fehlt oder nur sehr kurz ausgeführt ist, eingesetzt werden. Dieser kann einen dritten Bereich 123 zur Auflage des Bauteils 150, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aufweisen, wobei in diesem Fall dieser dritte Bereich 123 eine Breite aufweist, die kleiner der Breite B1 des ersten Bereichs 1 1 1 des Nutzraums 1 10 ist. Die Bauteile 150 können in diesem Fall aber auch unmittelbar auf den ersten Bereich 121 des Warenträgers 120 aufgelegt werden.
Schließlich kann die Wärmebehandlungsanlage 100 auch dazu genutzt werden, Bauteile 150 in Form von Platinen ohne Warenträger 120 im ersten Bereich 1 1 1 des Nutzraums 1 10 unmittelbar auf die Rollen 101 aufzulegen und im direkten Prozess zu verarbeiten.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind
gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste:
100 Wärmebehandlungsanlage
101 Rolle
102 Wärmequelle
1 10 Nutzraum
1 1 1 erster Bereich des Nutzraums
1 12 zweiter Bereich des Nutzraums
1 15 seitliche Nutzraumbegrenzung
120 Warenträger
121 erster Bereich des Warenträgers
122 zweiter Bereich des Warenträgers
123 dritter Bereich des Warenträgers
150 Bauteil
B1 Breite des ersten Bereichs des Nutzraums
B2 Breite des zweiten Bereichs des Nutzraums
HB Bauteilhöhe
HW Warenträgerhöhe
W1 Breite des ersten Bereichs des Warenträgers
W2 Breite des zweiten Bereichs des Warenträgers

Claims

Patentansprüche:
1. Wärmebehandlungsanlage (100), aufweisend Rollen (101 ) für den Durchlauf eines Wärme zu behandelnden Bauteils (150) durch die
Wärmebehandlungsanlage (100),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmebehandlungsanlage (100) einen Nutzraum (110) mit einem ersten Bereich (111) mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich (112) mit einer Breite B2 aufweist, wobei in dem ersten Bereich (111) die Rollen (101 ) angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1 , wobei die Wärmebehandlungsanlage (100) im zweiten Bereich (112) des Nutzraums (110) mehrere Wärmequellen (102) angeordnet sind, wobei die mehreren Wärmequellen (102) in Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind.
2. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmebehandlungsanlage (100) weiterhin einen Warenträger (120) aufweist, wobei der Warenträger (120) einen ersten Bereich (121) und einen zweiten Bereich (122) mit einer Breite W1 und einen dritten Bereich (123) mit einer Breite W2 aufweist, wobei die Breite W1 kleiner als die Breite B1 des ersten Bereichs (111) des Nutzraums (110) und die Breite W2 kleiner als die Breite B2 des zweiten Bereichs (112) des Nutzraums (110) ist und wobei der Warenträger (120) mit seinem ersten Bereich (121) in Kontakt mit mindestens einer der Rollen (101) steht.
3. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Warenträger (120) einen ersten Bereich (121 ), mit dem der
Warenträger (120) in Kontakt mit mindestens einer Rolle (101) steht, einen zweiten Bereich (122) zum Höhenausgleich und einen dritten Bereich (123) zur Auflage des Bauteils (150) aufweist.
4. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der dritte Bereich (123) des Warenträgers (120) einen keramischen Werkstoff enthält.
5. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
die Wärmebehandlungsanlage (100) weiterhin mindestens eine Wärmequelle (102) im ersten Bereich (111) aufweist.
6. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
die Wärmequellen (102) Gasbrenner mit Flammrohren sind.
7. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die mehreren Wärmequellen (102) alternierend von den seitlichen Begrenzungen des Nutzraums (110) in den zweiten Bereich (112) des Nutzraums (110) ragen.
8. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass zumindest eine Rolle (101) einen keramischen Werkstoff aufweist.
9. Wärmebehandlungsanlage (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmebehandlungsanlage (100) eine Eingangs- und eine
Ausgangsschleuse aufweist.
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