EP3491154A1 - Vorrichtung zur wärmebehandlung - Google Patents

Vorrichtung zur wärmebehandlung

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EP3491154A1
EP3491154A1 EP17737222.4A EP17737222A EP3491154A1 EP 3491154 A1 EP3491154 A1 EP 3491154A1 EP 17737222 A EP17737222 A EP 17737222A EP 3491154 A1 EP3491154 A1 EP 3491154A1
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EP
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fluid flow
fluid
flow
heat
stage
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EP17737222.4A
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EP3491154B1 (de
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Manuel Anasenzl
Lucas Schulte-Vorwick
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • 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
    • C21D1/62—Quenching devices
    • 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
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material

Definitions

  • the present invention relates to a device for heat treatment, a use of a device and a method for heat treatment.
  • DE 10 2014 108 471 discloses a method for quenching workpieces, in which a fluid cooling medium in the form of individual drops is introduced into a gaseous cooling medium. The workpiece is acted upon by the combined cooling medium, in such a way that the droplets of the fluid cooling medium are transported by means of the gaseous cooling medium to the workpiece in order to arrive at the workpiece to the plant.
  • This object is achieved by a device according to claim 1, by a use according to claim 8 and by a method according to claim 9. Further advantages and features will become apparent from the dependent claims and the description and the accompanying figures.
  • a device for heat treatment in particular for quenching metals or materials with a fluid idstrom, comprises means for generating or transporting a fluid stream and a conditioning device, wherein the conditioning device is formed at least in two stages and designed such that the temperature the fluid flow is lowered in at least two stages.
  • the temperature of the fluid flow is thus sequentially, in particular in at least two steps, adjustable / changeable, in particular reducible.
  • the metal or workpiece is a metal or workpiece made of aluminum or an aluminum alloy, wherein the workpiece or the material / metal is quenched, for example, after a heat treatment at about 500 ° C and subsequently aged at about 200 ° C. becomes. In particular, it is for example a T6 or T7 heat treatment.
  • the device can also be used with other materials or materials, such as steel.
  • Decisive here is the two-stage temperature change, in particular the two-stage temperature reduction, which allows to provide extremely high Abkühlgradienten.
  • the fluid flow is meant in particular a coolant flow which is gaseous.
  • the conditioning device does not change the state of aggregation of the fluid flow. Conveniently, it is thus ensured that when the fluid stream impinges on the materials / workpieces to be cooled, there is a gaseous fluid flow. This can be prevented with advantage that, for example, in any undercuts of the workpieces to water retention or Wasserstromrungen.
  • the device for generating or transporting the fluid flow may be a fan, for example a fan or a fan a fan. It is also possible to use compressors, such as reciprocating compressors, flow compressors and / or turbocompressors.
  • the device may also be designed such that it comprises one or more of the aforementioned devices for generating or transporting the fluid flow.
  • the conditioning device is designed to increase a heat capacity of the fluid flow.
  • it is not just about the temperature or the temperature level of the fluid flow, but also about its heat capacity, which can be increased with advantage by the conditioning or by the process control.
  • a first stage is based on heat transfer between the fluid stream and a coolant, while a second stage is based on a change in the state of matter of a coolant which removes heat from the fluid stream.
  • the first stage is formed by a heat exchanger and the second stage by a Zumischeinrich- device, wherein the admixing device is designed to mix the fluid flow, mix a liquid medium, in particular to inject or inject.
  • a first temperature reduction takes place by a heat exchanger and a second temperature reduction by a fluid injection.
  • the admixing device comprises, for example, a suitable injection system comprising one or more injection or injection nozzles or generally a mixing unit.
  • droplets in a range of about 5 to 100 ⁇ , preferably in a range of about 10 to 80 ⁇ , injected.
  • the admixing unit comprises one or more valves for controlling or regulating the admixture of the medium. It is also possible to use an ultrasonic atomizer.
  • the way in which the medium is introduced is not critical here. It is crucial that it is introduced in the liquid state, since the enthalpy of vaporization is to be used in order to obtain the Cool fluid flow. In other words, the fluid flow is thus deprived of heat which is needed for the evaporation of the introduced liquid medium, for example in the form of the drops.
  • the medium is water and the fluid stream is air or an air stream.
  • Typical flow rates of the fluid flow are in a range of about 5 to 60 m / s.
  • the heat exchanger may be a DC or a countercurrent heat exchanger.
  • the heat exchanger is flowed through by a coolant, which may be liquid and / or gaseous.
  • the fluid flow can also consist of nitrogen or argon or comprise at least one of the aforementioned components.
  • the heat exchanger in relation to a flow direction of the fluid flow, is arranged in front of the device for generating or transporting the fluid flow. Conveniently, as it were, a "pre-cooling" realized.
  • the admixing device is arranged downstream of the device for generating or transporting the fluid flow, with respect to the flow direction of the fluid flow.
  • the at least one heat exchanger before the device for generating or transporting the fluid flow for example, the blower, arranged and the admixing device thereafter.
  • the great advantage is that by the arrangement of the heat exchanger, a pre-cooling can be achieved.
  • Transporting the fluid stream usually requires a temperature increase
  • This at first sight "detrimental" temperature increase can now be ideally converted into an advantage in connection with the admixing device, since this temperature increase results in more liquid medium, in particular water, being added to the fluid flow can.
  • the temperature of the fluid flow can now be lowered again in one step, namely by the water injection, wherein at the same time, by the addition of water, whose heat capacity is increased.
  • significantly higher cooling gradients can be achieved than merely lowering a temperature level of a fluid flow or coolant flow.
  • heat exchangers for example two, three or more, which are connected in series, for example, before and / or after the device for generating or transporting the fluid flow.
  • the positioning of the heat exchangers or else of the admixing device or, if appropriate, of several mixing devices or at least several admixing units, which make it possible to add water to the fluid flow at different locations or positions, is free.
  • the heat exchanger is accordingly arranged, relative to a flow direction of the fluid flow, downstream of the device for generating or transporting the fluid flow.
  • a corresponding sensor or detection system is provided in order to detect the physical properties such as pressure, temperature, humidity, etc. of the fluid flow and z. B. to be able to determine exactly how far a temperature level should be lowered in order to inject a certain amount of water, etc.
  • the device expediently comprises a control device which is designed to detect at least the moisture content of the fluid flow,
  • these data are used to adapt, control and / or regulate the at least two stages of the conditioning device.
  • the device makes it possible to increase the achievable quenching gradients.
  • it is possible to achieve very defined and controllable quenching gradients, in particular at the same volume flow.
  • the same volume flow is particularly important because it ensures that the components or materials or workpieces are always flowed around the same. So it is not easily possible to increase the cooling power by increasing the volume flow, since the flow and thus the heat transfer to the component, etc. change.
  • a means can be advantageously provided by the admixing device to be durable, more or less independent It has been shown that mechanical properties can be improved by this method: mechanical strength parameters such as yield strength and tensile strength can be increased with comparable static and dynamic deformation properties.
  • the device thus has the advantage that, for example, a basic conditioning takes place via the heat exchanger, while a fine adjustment is carried out via the admixing device, in which case changes with regard to the fluid flow, which is sucked in, for example, from an external environment, can be compensated.
  • the system also offers the advantage that the heat capacity of the fluid flow can be increased in an ideal manner, as a result of which significantly higher cooling gradients are possible than hitherto known.
  • the invention is further directed to a use of a device according to the invention for quenching materials, components or workpieces.
  • metal in particular aluminum or aluminum alloys.
  • the invention is directed to a method for heat treatment, in particular for quenching metals, comprising the steps:
  • the temperature change is such that the temperature and the heat capacity of the fluid stream are changed.
  • a first stage is expediently based on heat transfer between the fluid stream and a coolant, for example using a heat exchanger, and the second stage on a change in the state of aggregation of a medium, which extracts heat directly from the fluid flow.
  • a medium such as water
  • the method further comprises the steps:
  • Figure 1 a schematic view of a device for heat treatment.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a device for heat treatment, comprising a device 20 for generating or transporting a fluid flow F.
  • the reference symbol S is a flow direction outlined. Seen in the flow direction S, in front of the device 20, a heat exchanger 40 is arranged. As seen in the flow direction S after the device 20, a mixing device 60 is arranged, which is designed to introduce a medium M in the fluid flow F. The thus conditioned fluid flow F can then be applied to a workpiece or to a material or a component 80 in order to cool it, in particular quench it.
  • two-stage conditioning device which comprises the heat exchanger 40 in a first stage and the admixing device 60 in a second stage.
  • the device has the advantage that, for example, a basic conditioning takes place via the heat exchanger, while a fine adjustment is carried out via the admixing device, in which case changes with regard to the fluid flow, which is sucked in, for example, from an external environment, can be compensated.
  • the system also offers the advantage that the heat capacity of the fluid flow can be increased in an ideal manner, as a result of which significantly higher cooling gradients are possible than hitherto known.

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Abstract

Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen mit einem Fluidstrom, umfassend eine Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms, sowie umfassend eine Konditioniereinrichtung, wobei die Konditioniereinrichtung zumindest zweistufig ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass die Temperatur des Fluidstroms in zumindest zwei Stufen absenkbar ist.

Description

Vorrichtung zur Wärmebehandlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, eine Verwendung einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung.
Um die gewünschten Eigenschaften eines Materials darzustellen, sind in der metallverarbeitenden Industrie meist mehrere Wärmebehandlungsschritte als Elemente einer komplexen Herstellroute notwendig. Ein wichtiger Schritt ist hierbei das Abschrecken, also das mehr oder weniger schnelle Abkühlen eines zuvor erwärmten Materials bzw. Bauteils, um eine bestimmte Materialeigenschaft zu erzeugen. Typischerweise erfolgt das Abschrecken mit Wasser, Öl oder durch Anblasen mit Luft. In der DE 10 2014 108 471 ist beispielsweise ein Verfahren zum Abschrecken von Werkstücken offenbart, bei welchem ein fluides Kühlmedium in Form einzelner Tropfen in ein gasförmiges Kühlmedium eingebracht wird. Das Werkstück wird mit dem kombinierten Kühlmedium beaufschlagt, und zwar derart, dass die Tropfen des fluiden Kühlmediums mittels des gasförmigen Kühlmediums bis zum Werkstück transportiert werden, um am Werkstück zur Anlage zu gelangen. Insofern ist es aus dem Stand der Technik auch durchaus bekannt, unterschiedliche (Kühl-) Medien zu kombinieren. Bei der reinen Luftkühlung werden nur begrenzte Abkühlgradienten erreicht. Bei der LufWWasserabsch reckung kommt es lokal oft zu stark unterschiedlichen Abkühlgradienten, wodurch es zu Inhomogenitäten im Gefüge und zu Maßhaltigkeitsproblemen kommen kann. Nicht zu vergessen ist die Korrosionsgefahr.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, eine Verwendung einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere hohe Abkühlgradienten ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , durch eine Verwendung gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen bzw. Werkstoffen mit einem Flu- idstrom, eine Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms sowie eine Konditioniereinrichtung, wobei die Konditioniereinrich- tung zumindest zweistufig ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass die Temperatur des Fluidstroms in zumindest zwei Stufen absenkbar ist.
Zweckmäßigerweise ist die Temperatur des Fluidstroms also nacheinander, insbesondere in zumindest zwei Schritten, einstellbar/veränderbar, insbesondere reduzierbar. Bei dem Metall oder Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Metall oder Werkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei das Werkstück bzw. das Material/Metall zum Beispiel im Anschluss an eine Wärmebehandlung bei etwa 500 °C abgeschreckt und nachfolgend bei etwa 200 °C ausgelagert wird. Insbesondere handelt es sich beispielsweise um eine T6 bzw. T7-Wärmebehandlung. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch bei anderen Materialien bzw. Werkstoffen, beispielsweise Stahl, verwendet werden. Entscheidend ist vorliegend die zweistufige Temperaturänderung, insbesondere die zweistufige Temperaturabsenkung, welche ermöglicht, äußerst hohe Abkühlgradienten vorzusehen. Mit dem Fluidstrom ist insbesondere ein Kühlmittelstrom gemeint, welcher gasförmig ist. Vorteilhafterweise ändert die Konditioniereinrichtung den Aggregatzustand des Fluidstroms nicht. Zweckmäßigerweise ist also sichergestellt, dass beim Auftreffen des Fluidstroms auf die zu kühlenden Materialien/Werkstücke ein gasförmiger Fluidstrom vorliegt. Damit kann mit Vorteil verhindert werden, dass es beispielsweise in etwaigen Hinterschneidungen der Werkstücke zu Wassereinlagerungen oder Wasseranlagerungen kommt. Bei der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms kann es sich um einen Lüfter handeln, beispielsweise um einen Ventilator oder um ein Gebläse. Möglich ist auch die Verwendung von Verdichtern, wie beispielsweise Kolbenverdichtern, Strömungsverdichtern und/oder Turboverdichtern. Die Vorrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass sie ein o- der mehrere der vorgenannten Einrichtungen zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms umfasst.
Zweckmäßigerweise ist die Konditioniereinrichtung ausgelegt, eine Wärmekapazität des Fluidstroms zu erhöhen. Vorteilhafterweise geht es also nicht alleine um die Temperatur bzw. das Temperaturniveau des Fluidstroms, sondern auch um dessen Wärmekapazität, wobei diese mit Vorteil durch die Konditioniereinrichtung bzw. durch die Verfahrensführung erhöht werden kann. Zweckmäßigerweise basiert eine erste Stufe auf einer Wärmeübertragung zwischen dem Fluidstrom und einem Kühlmittel, während eine zweite Stufe auf einer Änderung des Aggregatzustands eines Kühlmittels basiert, welche dem Fluidstrom Wärme entzieht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Stufe durch einen Wärmetauscher gebildet und die zweite Stufe durch eine Zumischeinrich- tung, wobei die Zumischeinrichtung ausgelegt ist, dem Fluidstrom ein flüssiges Medium zuzumischen, zuzugeben, insbesondere einzublasen oder einzuspritzen. Bevorzugt erfolgt eine erste Temperaturabsenkung durch einen Wärmetauscher und eine zweite Temperaturabsenkung durch eine Fluidein- spritzung. Hierzu umfasst die Zumischeinrichtung beispielsweise ein geeignetes Einspritzsystem, umfassend ein oder mehrere Einblase- oder Einspritzdüsen bzw. allgemein eine Zumischeinheit. Zweckmäßigerweise werden Tröpfchen in einem Bereich von etwa 5 bis 100 μιη, bevorzugt in einem Bereich von etwa 10 bis 80 μιτι, eingespritzt. Zweckmäßigerweise umfasst die Zumischeinheit ein oder mehrere Ventile zur Steuerung bzw. Regelung der Zumischung des Mediums. Möglich ist auch die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers. Die Art und Weise wie das Medium eingebracht wird ist vorliegend nicht kritisch. Entscheidend ist, dass es im flüssigen Zustand eingebracht wird, da die Verdampfungsenthalpie genutzt werden soll, um den Fluidstrom zu kühlen. Mit anderen Worten wird dem Fluidstrom also Wärme entzogen, welche für die Verdunstung des eingebrachten flüssigen Mediums, beispielsweise in Form der Tropfen, benötigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Medium um Wasser und bei dem Fluidstrom um Luft bzw. um einen Luftstrom. Typische Strömungsgeschwindigkeiten des Fluidstroms liegen in einem Bereich von etwa 5 bis 60 m/s.
Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen Gleichstrom- oder um einen Gegenstromwärmetauscher handeln. Zweckmäßigerweise wird der Wärmetauscher von einem Kühlmittel durchströmt, wobei dieses flüssig und/oder gasförmig sein kann.
Alternativ kann der Fluidstrom auch aus Stickstoff oder Argon bestehen bzw. zumindest eines der vorgenannten Bestandteile umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher, bezogen auf eine Strömungsrichtung des Fluidstroms, vor der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet. Zweckmäßigerweise wird dadurch sozusagen eine„Vorkühlung" realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zumischeinrichtung, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluidstroms, nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet.
Zweckmäßigerweise ist also der zumindest eine Wärmetauscher vor der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms, beispielsweise des Gebläses, angeordnet und die Zumischeinrichtung danach. Der große Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung des Wärmetauschers eine Vorkühlung erreicht werden kann. Die Einrichtung zum Erzeugen bzw.
Transportieren des Fluidstroms bedingt in der Regel eine Temperaturerhö- hung des„vorgekühlten" Fluidstroms. Diese auf den ersten Blick„schädliche" Temperaturerhöhung kann nun in idealer Weise im Zusammenhang mit der Zumischeinrichtung in einen Vorteil umgewandelt werden, da diese Temperaturerhöhung darin resultiert, dass dem Fluidstrom mehr flüssiges Medium, insbesondere Wasser, beigemischt werden kann. Insofern kann nun in einem Schritt, nämlich durch die Wassereinblasung, die Temperatur des Fluidstroms wieder gesenkt werden, wobei gleichzeitig, durch die Wasserbeimengung, dessen Wärmekapazität erhöht wird. Damit können deutlich höhere Abkühlgradienten erreicht werden als durch eine alleinige Senkung eines Temperaturniveaus eines Fluidstroms bzw. Kühlmittelstroms.
Gemäß einer Ausführungsform können auch mehrere Wärmetauscher, beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein, welche beispielsweise in Reihe geschaltet sind, ggf. vor und/oder nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms. Grundsätzlich ist die Positionierung der Wärmetauscher bzw. auch der Zumischeinrichtung, bzw. ggf. mehrerer Zu- mischeinrichtungen bzw. zumindest mehrerer Zumischeinheiten, welche ermöglichen, an unterschiedlichen Stellen bzw. Positionen dem Fluidstrom Wasser beizumengen, frei. Alternativ bevorzugt ist der Wärmetauscher dementsprechend, bezogen auf eine Strömungsrichtung des Fluidstroms, nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet.
Zweckmäßigerweise ist ein entsprechendes Sensor- bzw. Erfassungssystem vorgesehen, um die physikalischen Eigenschaften wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit etc. des Fluidstroms zu erfassen zu können und um z. B. genau bestimmen zu können, wie weit ein Temperaturniveau gesenkt werden soll, um eine bestimmte Wassermenge einzuspritzen zu können etc.
Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, zumindest den Feuchtegehalt des Fluidstroms zu erfassen, wobei mit Vorteil diese Daten genutzt werden, um die zumindest zwei Stufen der Konditioniereinrichtung anzupassen, zu steuern und/oder zu regeln. Mit Vorteil ist durch die Vorrichtung eine Steigerung der erzielbaren Abschreckgradienten ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, sehr definierte und regelbare Abschreckgradienten, insbesondere bei gleichem Volumenstrom, zu erzielen. Der gleiche Volumenstrom ist insbesondere deshalb wichtig, da damit sichergestellt ist, dass die Bauteile bzw. Materialien oder Werkstücke immer gleich angeströmt/umströmt werden. So ist es nicht einfach möglich, durch Steigerung des Volumenstroms, die Abkühlleistung zu erhöhen, da sich die Strömung und damit die Wärmeübertragung um das Bauteil etc. ändern. Um nun beispielsweise Schwankungen des Fluidstroms auszugleichen, beispielsweise durch den Unterschied„Außen- oder Innenansau- gung" bzw. durch Temperaturschwankungen im Jahreszyklus (Winter/Sommer), kann mit Vorteil durch die Zumischeinrichtung ein Mittel bereitgestellt werden, um dauerhaft, mehr oder weniger unabhängig von äußeren Einflüssen, konstante Kühlleistungen bzw. Abkühlgradienten bereitzustellen. Es hat sich gezeigt, dass damit die mechanischen Bauteileigenschaften verbessert werden können: Mechanische Festigkeitskennwerte wie z. B. Dehngrenze und Zugfestigkeit können gesteigert werden, bei vergleichbaren statischen sowie dynamischen Verformungseigenschaften.
Die Vorrichtung bringt damit den Vorteil mit sich, dass beispielsweise über den Wärmetauscher eine Grundkonditionierung erfolgt, während über die Zumischeinrichtung eine Feinjustierung durchgeführt wird, wobei hierbei Änderungen hinsichtlich des Fluidstroms, welcher beispielsweise aus einer Außenumgebung angesaugt wird, kompensiert werden können. Zusätzlich bietet das System aber auch den Vorteil, dass in idealer Weise die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden kann, wodurch deutlich höhere Abkühlgradienten möglich sind als bisher bekannt.
Die Erfindung richtet sich weiter auf eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abschrecken von Materialien, Bauteilen oder Werk- stücken aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines, insbesondere gasförmigen, Fluidstroms;
- Verringern der Temperatur des Fluidstroms in zumindest Stufen bzw.
(Verfahrens-) Schritten.
Bevorzugt erfolgt die Temperaturänderung derart, dass die Temperatur und die Wärmekapazität des Fluidstroms geändert werden.
Dabei basiert zweckmäßigerweise eine erste Stufe auf einer Wärmeübertragung zwischen dem Fluidstrom und einem Kühlmittel, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmetauschers, und die zweite Stufe auf einer Änderung des Aggregatszustands eines Mediums, welche dem Fluidstrom direkt Wärme entzieht. Durch Einbringen eines Mediums, wie Wasser, in den Fluidstrom, kann die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden.
Das Verfahren umfasst weiter die Schritte:
- Aufbringen, Lenken des Fluidstroms auf ein zu kühlendes, insbesondere abzuschreckendes Bauteil/Werkstück/Material etc.
Im Übrigen gelten für die Verwendung wie auch für das Verfahren die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden, skizzenhaften Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung mit Bezug auf die beigefügte Figur.
Es zeigt: Figur 1 : eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung, umfassend eine Einrichtung 20 zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms F. Mit dem Bezugszeichen S ist eine Strömungsrichtung skizziert. In Strömungsrichtung S gesehen, vor der Einrichtung 20, ist ein Wärmetauscher 40 angeordnet. In Strömungsrichtung S nach der Einrichtung 20 gesehen, ist eine Zumischeinrichtung 60 angeordnet, welche ausgelegt ist, ein Medium M in den Fluidstrom F einzubringen. Der so konditionierte Fluidstrom F kann dann auf ein Werkstück bzw. auf einen Werkstoff oder ein Bauteil 80 aufgebracht werden, um diesen zu kühlen, insbesondere abzuschrecken. Deutlich erkennbar ist also eine, in der hier gezeigten Ausführungsform, zweistufige Konditioniereinrichtung, welche in einer ersten Stufe den Wärmetauscher 40 und in einer zweiten Stufe die Zumischeinrichtung 60 umfasst.
Die Vorrichtung bringt den Vorteil mit sich, dass beispielsweise über den Wärmetauscher eine Grundkonditionierung erfolgt, während über die Zumischeinrichtung eine Feinjustierung durchgeführt wird, wobei hierbei Änderungen hinsichtlich des Fluidstroms, welcher beispielsweise aus einer Außenumgebung angesaugt wird, kompensiert werden können. Zusätzlich bietet das System aber auch den Vorteil, dass in idealer Weise die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden kann, wodurch deutlich höhere Abkühlgradienten möglich sind als bisher bekannt. Bezugszeichenliste
20 Einrichtung zum Erzeugen/Transportieren eines Fluidstroms
40 Wärmetauscher
60 Zumischeinrichtung
80 Werkstück-/Stoff, Bauteil
F Fluidstrom
S Strömungsrichtung
M (flüssiges) Medium

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen mit einem Fluidstrom (F),
umfassend eine Einrichtung (20) zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms (F), sowie umfassend eine Konditioniereinrichtung, wobei die Konditioniereinrichtung zumindest zweistufig ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass die Temperatur des Fluidstroms (F) in zumindest zwei Stufen absenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei eine erste Stufe durch einen Wärmetauscher (40) gebildet ist, und wobei eine zweite Stufe durch eine Zumischeinrichtung (60) gebildet ist, welche ausgelegt ist, dem Fluidstrom (F) ein flüssiges Medium (M) zu- zumischen/zuzugeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei das Medium (M) Wasser ist, und
wobei der Fluidstrom (F) ein Luftstrom ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Wärmetauscher (40), bezogen auf eine Strömungsrichtung (S), vor der Einrichtung (20) zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms (F) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4,
wobei die Zumischeinrichtung (60), bezogen auf eine Strömungsrichtung (S), nach der Einrichtung (20) zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms (F) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest zwei Wärmetauscher (40) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend eine Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, den
gehalt des Fluidstroms (F) zu erfassen.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abschrecken von Materialien oder Werkstücken aus Metall, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
9. Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen,
umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Fluidstroms (F);
- Verringern der Temperatur des Fluidstroms (F) in zumindest zwei Stufen.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei eine erste Stufe auf einer Wärmeübertragung zwischen dem Flu- idstrom (F) und einem Kühlmittel basiert, und
wobei eine zweite Stufe auf einer Änderung des Aggregatzustands eines Mediums basiert, welche dem Fluidstrom (F) Wärme entzieht.
EP17737222.4A 2016-08-01 2017-06-26 Vorrichtung zur wärmebehandlung Active EP3491154B1 (de)

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WO (1) WO2018024408A1 (de)

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