EP4143494B1 - Verfahren zum nachrüsten einer wärmebehandlungsanlage - Google Patents

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EP4143494B1
EP4143494B1 EP21718843.2A EP21718843A EP4143494B1 EP 4143494 B1 EP4143494 B1 EP 4143494B1 EP 21718843 A EP21718843 A EP 21718843A EP 4143494 B1 EP4143494 B1 EP 4143494B1
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EP
European Patent Office
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furnace
component
temperature
heat treatment
control station
Prior art date
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EP21718843.2A
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EP4143494A1 (de
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Andreas Reinartz
Frank WILDEN
Jörg Winkel
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Schwartz GmbH
Original Assignee
Schwartz GmbH
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    • F27B9/02—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity of multiple-track type; of multiple-chamber type; Combinations of furnaces
    • F27B9/029—Multicellular type furnaces constructed with add-on modules
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    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
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    • F27B9/028—Multi-chamber type furnaces

Definitions

  • the invention relates to a method for retrofitting a heat treatment plant.
  • the invention can be used in particular for retrofitting existing press hardening lines in which a press hardening tool is arranged downstream of a continuous furnace, in particular a roller hearth furnace.
  • the retrofitted heat treatment line advantageously allows partial heat treatment of metal components if required.
  • a and B pillars For several years now, efforts have been made to use press hardening to produce body components for motor vehicles, such as A and B pillars, side impact protection beams in doors, sills, frame parts, bumper guards, cross members for the floor and roof, front and rear longitudinal beams, which have different strengths in certain areas so that the body component can partially fulfil different functions.
  • the middle area of a vehicle's B pillar should have a high strength in order to protect the occupants in the event of a side impact.
  • the upper and lower end areas of the B pillar should have a comparatively low strength in order to be able to absorb deformation energy during a side impact and also to be able to withstand the impact during a side impact. to enable easy connection to other body components during assembly of the B-pillar.
  • the hardened component has different strength properties in the different areas.
  • the tempering station is designed and set up to set different temperatures in the different areas of the initially uniformly heated component, so that different strength properties are established in the different areas during the subsequent press hardening.
  • Optimum cycle times which play a particularly important role in the automotive industry, can be achieved in particular when the components oven, tempering station and press hardening tool are arranged "in line", i.e. directly one behind the other.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • a method for retrofitting a heat treatment plant is to be specified which allows both a partially different heat treatment of a metallic component to be carried out on an industrial scale, in particular as efficiently as possible, and also allows a conventional press hardening process to be carried out as efficiently as possible.
  • process steps a), b) and c) results from a regular process flow. Individual or several of the process steps can be carried out simultaneously, one after the other and/or at least partially in parallel.
  • the proposed method is preferably used for retrofitting a heat treatment system or heat treatment line with a continuous furnace and a press hardening tool.
  • the press hardening tool is arranged downstream of the continuous furnace (to be retrofitted).
  • the press hardening tool is in particular intended and set up to form the component simultaneously or at least partially in parallel and to quench it (at least partially).
  • the continuous furnace can be a roller hearth furnace.
  • the heat treatment system to be retrofitted and/or the retrofitted heat treatment system preferably have an "in line" arrangement.
  • the continuous furnace and the press hardening tool of the heat treatment system to be retrofitted or the first furnace, the tempering station, the second furnace and the press hardening tool (in the order mentioned) are preferably arranged directly one behind the other.
  • the metallic component (to be treated by means of the heat treatment system) is preferably a metallic plate, a steel sheet or an at least partially preformed semi-finished product.
  • the metallic component is preferably formed with or from a (hardenable) steel, for example a boron (manganese) steel, e.g. with the designation 22MnB5.
  • the metallic component is further preferably provided with or pre-coated at least to a large extent with a (metallic) coating.
  • the metallic coating can, for example, be a coating containing (primarily) zinc or a coating containing (primarily) aluminum and/or silicon. containing coating, in particular a so-called aluminum/silicon (Al/Si) coating.
  • an (existing) continuous furnace in particular a roller hearth furnace, is divided into a first furnace and a second furnace.
  • the division is preferably carried out in such a way that the first furnace and the second furnace each form a continuous furnace, in particular a roller hearth furnace.
  • the division can be carried out in such a way that the first furnace forms a continuous furnace and the second furnace forms a chamber furnace.
  • the division can be carried out by mechanical and/or thermal separation.
  • step a) an area of the continuous furnace is removed. This is done in particular in such a way that a free space is formed for the tempering station (in the continuous furnace).
  • a tempering station is arranged in the heat treatment system, wherein the tempering station is arranged (immediately) downstream of the first furnace and (immediately) upstream of the second furnace.
  • the tempering station is provided and set up to set a temperature difference between at least a first partial area and at least a second partial area of a metallic component to be treated (by means of the heat treatment system).
  • the tempering station can have one or more nozzles that are provided and set up to discharge a (cooling) fluid to the at least one first partial area of the component.
  • the tempering station is arranged between the first oven and the second oven.
  • the tempering station is arranged so that the first oven, the tempering station and the second oven (in the order mentioned) in particular, they are placed directly one behind the other.
  • Directly one behind the other here means in particular that no further components used for heat treatment are provided between the tempering station and the corresponding oven.
  • a (minimum) distance of at least 0.5 m [meters] can be provided between the tempering station and the first oven and/or the second oven.
  • the tempering station is arranged in line with the first oven and the second oven.
  • step c an operating mode of the heat treatment plant is adapted. If several operating modes are planned for the heat treatment plant to be retrofitted, one or more of the operating modes or even all of the operating modes of the heat treatment plant can be adapted or changed in step c).
  • the operating mode of the heat treatment plant is adapted such that a throughput speed through the first furnace is reduced compared to a throughput speed through the continuous furnace, in particular when partial heat treatment, in particular hardening, is carried out by means of the (retrofitted) heat treatment plant or the (retrofitted) heat treatment plant is operated in a first operating mode in which a temperature difference between a first partial area and a second partial area of the component is set in at least one metallic component by means of the tempering station.
  • the throughput speed through the first furnace is preferably reduced to a speed in the range from 0.01 to 1 m/s [meters per second], in particular in the range from 0.08 to 0.3 m/s.
  • the reduced throughput speed which is preferably set when partial heat treatment is carried out using the (retrofitted) heat treatment system, does indeed result in an extension of the achievable cycle time, but this is a perfectly reasonable concession in the event that only relatively few components are to be partially heat treated if the process can be carried out "in line".
  • the operating mode of the heat treatment system is adapted such that an internal furnace temperature in the second furnace is higher than a (maximum or highest) internal furnace temperature of the (retrofitted) continuous furnace, in particular if no partial heat treatment is carried out by means of the (retrofitted) heat treatment system or the (retrofitted) heat treatment system is operated in a second operating mode in which no temperature difference is set between a first partial area and a second partial area of the component.
  • the internal furnace temperature in the second furnace is increased by at least 10 K or even by at least 20 K compared to the (maximum) internal furnace temperature of the (retrofitted) continuous furnace.
  • Increasing the internal temperature of the second furnace has the particular advantage that the conventional process of press hardening can continue to be carried out using the (retrofitted) heat treatment system, with as little loss of cycle time as possible.
  • the tempering station regularly results in a considerable amount of usable furnace length being lost.
  • increasing the temperature in the second furnace is a preferred approach. In this way, the required final temperature can be achieved despite the reduced furnace length.
  • increasing (only) the temperature in the second furnace offers the advantage that in the event of a standstill, which can result in the parts in a furnace with an increased temperature If the components reach a temperature that is too high, only the few components in the second furnace need to be discarded, so that the damage can be limited. If the temperatures in the first furnace and the second furnace were increased due to the overall reduction in furnace length, the entire furnace load would have to be discarded. In addition to the loss of material, the failure during the "emptying" of the furnaces would also have to be accepted.
  • step c) the operating mode of the heat treatment plant is adapted such that an internal furnace temperature in the second furnace is lower than or as high as a (maximum) internal furnace temperature of the (retrofitted) continuous furnace.
  • the (adapted) operating mode provides that a cycle end is selected during (targeted) interruptions so that the second furnace is empty. Then, if necessary, no component needs to be discarded. Temperature measurement data from, for example, the first furnace and/or the second furnace downstream pyrometers are particularly preferably used to determine the cycle end.
  • first oven and/or the second oven which can each be designed as a continuous oven.
  • different temperature zones are set in the first oven (in the direction of flow), whereas an essentially homogeneous internal oven temperature is set in the second oven.
  • a method is also proposed for operating a heat treatment plant retrofitted according to a method proposed here, wherein a first operating mode of the heat treatment system in at least one metallic component, a temperature difference between a first partial area and a second partial area of the component is set by means of the tempering station, and wherein in a second operating mode of the heat treatment system in at least one further metallic component, no (targeted or consciously set) temperature difference is set between a first partial area and a second partial area of the component by means of the tempering station.
  • the tempering station is usually equipped with a component-specific insert that enables different temperature control of the first and second areas of a component with partially different strengths.
  • the unit can be replaced by a tunnel element that thermally shields the component from the environment. This reduces the radiation of heat from the component and thus reduces the temperature loss of the component on the way from the first oven to the second oven.
  • additional heating devices can be provided that keep the interior of the tunnel element at an elevated temperature in order to achieve a significant reduction in heat loss due to the smaller temperature difference to the environment.
  • the tunnel element can be heated in such a way that the internal temperature approximately corresponds to the internal temperature of the first oven or the second oven. This largely prevents a drop in the temperature of the component.
  • the internal temperature of the tunnel element even slightly higher than the temperature in the first furnace in order to achieve a further reduction in cycle time. Similar to a possible temperature increase in the second furnace, this should be achieved by means of a suitable Component tracking in the control system can be used to ensure that the maximum permissible dwell time of the component in the tunnel element is not exceeded, which could lead to an unacceptable increase in temperature in the component itself. Using this method, it would be possible to avoid having to increase the throughput time for components that do not require different temperature control in the first and second areas compared to the original system. If necessary, increasing the internal temperature of the tunnel element and/or the second furnace can even reduce the overall throughput time compared to the original system.
  • the component (in step a1) is moved at a speed in the range of 0.01 to 1 m/s
  • the component is moved through the first furnace at a speed in the range of 0.08 to 0.3 m/s.
  • Fig. 1 shows a schematic of a known heat treatment plant 1 that can be retrofitted with a method proposed here.
  • the heat treatment plant 1 has a continuous furnace 2, which is (immediately) followed by a press hardening tool 7.
  • the heat treatment plant 1 thus represents a press hardening line here.
  • Fig. 2 shows the heat treatment plant 1 according to Fig. 1 , which was retrofitted with a method proposed here.
  • the continuous furnace was divided into a first furnace 3 and a second furnace 4.
  • a tempering station 5 was then arranged in the heat treatment plant 1, with the tempering station 5 being arranged (immediately) downstream of the first furnace 3 and (immediately) upstream of the second furnace 4.
  • the tempering station 5 is intended and set up to set a temperature difference between at least a first partial area and at least a second partial area of a metallic component 6 to be treated.
  • a method for retrofitting a heat treatment plant is thus provided which at least partially solves the problems described with reference to the state of the art.
  • the method allows the retrofitting of a heat treatment plant which can be carried out on an industrial scale, in particular as efficiently as possible, with partially different Heat treatment of a metallic component as well as the most efficient possible implementation of a conventional press hardening process.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage. Die Erfindung kann insbesondere zur Nachrüstung bestehender Presshärtelinien zur Anwendung kommen, in denen einem Durchlaufofen, insbesondere Rollenherdofen, ein Presshärtewerkzeug nachgeordnet ist. Die nachgerüstete Wärmebehandlungslinie erlaubt in vorteilhafter Weise eine bedarfsweise partielle Wärmebehandlung metallischer Bauteile.
  • Zur Herstellung sicherheitsrelevanter Fahrzeug-Karosseriebauteile aus Stahlblech ist es regelmäßig erforderlich das Stahlblech während oder nach der Umformung zu dem Karosseriebauteil zu härten. Hierzu hat sich ein Wärmebehandlungsverfahren etabliert, das als "Presshärten" bezeichnet wird. Dabei wird das Stahlblech, das regelmäßig in der Form einer Platine bereitgestellt wird zunächst in einem Ofen aufgeheizt und anschließend während der Umformung in einer Presse abgekühlt und dadurch gehärtet.
  • Seit einigen Jahren besteht nun das Bestreben mittels des Presshärtens Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen, wie z. B. A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile, Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger, bereitzustellen, die in Teilbereichen unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, sodass das Karosseriebauteil partiell unterschiedliche Funktionen erfüllen kann. So soll zum Beispiel der mittlere Bereich einer B-Säule eines Fahrzeugs eine hohe Festigkeit aufweisen, um die Insassen im Falle eines Seitenaufpralls zu schützen. Gleichzeitig sollen der obere und untere Endbereich der B-Säule eine vergleichsweise geringe Festigkeit aufweisen, um zum einen Verformungsenergie während eines Seitenaufpralls aufnehmen zu können und zum anderen während der Montage der B-Säule eine einfache Verbindbarkeit mit anderen Karosseriebauteilen zu ermöglichen.
  • Zur Ausbildung eines solchen partiell gehärteten Karosseriebauteils ist es erforderlich, dass das gehärtete Bauteil in den Teilbereichen unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweist. Hierzu besteht bei Neuanlangen z. B. die Möglichkeit, eine oder mehrere Temperierstation(en) zwischen dem Ofen und dem Presshärtewerkzeug anzuordnen. Die Temperierstation ist hierbei dazu vorgesehen und eingerichtet, in den Teilbereichen des zunächst uniform aufgeheizten Bauteils unterschiedliche Temperaturen einzustellen, so dass während des anschließenden Presshärtens sich unterschiedliche Festigkeitseigenschaften in den Teilbereichen einstellen. Optimale Taktzeiten, die insbesondere in der Fahrzeugindustrie eine wesentliche Rolle spielen, können hierbei insbesondere dann erreicht werden, wenn die Komponenten Ofen, Temperierstation und Presshärtewerkzeug "in Linie", d.h. unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
  • Sollen nun Bestandsanlagen mit einer Temperierstation nachgerüstet werden, so ist regelmäßig zu beobachten, dass der benötigte Raum für eine Anordnung "in Linie" nicht gegeben ist, sodass die Temperierstation andernorts, beispielsweise (in Durchlaufrichtung betrachtet) seitlich versetzt zu dem Ofen und/oder dem Presshärtewerkzeug platziert werden muss. Mit solchen Anordnungen können optimale Taktzeiten nur schwer bis gar nicht erreicht werden.
  • Selbst wenn im Falle einer Nachrüstung der erforderliche Raum für eine Anordnung "in Linie" besteht, so ergeben sich Probleme, da auf nachgerüsteten Anlagen in der Regel noch das herkömmliche Presshärteverfahren (alternativ) durchführbar sein soll. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass es durch die Anordnung der (im herkömmlichen Betrieb ausgeschalteten) Temperierstation zwischen dem Ofenausgang und dem Presshärtewerkzeug zu Verzögerungen beim Transfer vom Ofen in das Presshärtewerkzeug kommt, die eine ungewünscht starke Abkühlung vor Eintritt in das Presshärtewerkzeug bewirken können.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage angegeben werden, die sowohl eine im industriellen Maßstab, insbesondere möglichst effizient durchführbare partiell unterschiedliche Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils als auch ein insbesondere möglichst effizientes Durchführen eines herkömmlichen Presshärteverfahrens erlaubt.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage weist zumindest folgende Schritte auf:
    1. a) Teilen eines Durchlaufofens in einen ersten Ofen und einen zweiten Ofen,
    2. b) Anordnen einer Temperierstation in der Wärmebehandlungsanlage, wobei die Temperierstation dem ersten Ofen nachgeordnet und dem zweiten Ofen vorgeordnet wird und wobei die Temperierstation dazu vorgesehen und eingerichtet ist, eine Temperaturdifferenz zwischen mindestens einem ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich eines zu behandelnden metallischen Bauteils einzustellen,
    3. c) Anpassen einer Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage.
  • Die angedeutete Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) ergibt sich bei einem regulären Ablauf des Verfahrens. Einzelne oder mehrere der Verfahrensschritte können zeitgleich, nacheinander und/oder zumindest teilweise parallel durchgeführt werden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren dient vorzugsweise zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage oder Wärmebehandlungslinie mit einem Durchlaufofen und einem Presshärtewerkzeug. Das Presshärtewerkzeug ist dem (nachzurüstenden) Durchlaufofen nachgeordnet. Das Presshärtewerkzeug ist insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet, das Bauteil gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel umzuformen und (zumindest teilweise) abzuschrecken. Der Durchlaufofen kann ein Rollenherdofen sein. Bevorzugt weisen die nachzurüstende Wärmebehandlungsanlage und/oder die nachgerüstete Wärmebehandlungsanlage eine Anordnung "in Linie" auf. Hierbei sind vorzugsweise der Durchlaufofen und das Presshärtewerkzeug der nachzurüstenden Wärmebehandlungsanlage beziehungsweise der erste Ofen, die Temperierstation, der zweite Ofen und das Presshärtewerkzeug (in der genannten Reihenfolge) insbesondere unmittelbar hintereinander angeordnet.
  • Bei dem (mittels der Wärmebehandlungsanlage zu behandelnden) metallischen Bauteil handelt es sich vorzugsweise um eine metallische Platine, ein Stahlblech oder ein zumindest teilweise vorgeformtes Halbzeug. Das metallische Bauteil ist bevorzugt mit beziehungsweise aus einem (härtbaren) Stahl, beispielweise einem Bor-(Mangan-)Stahl, z. B. mit der Bezeichnung 22MnB5, gebildet. Weiter bevorzugt ist das metallische Bauteil zumindest zu einem Großteil mit einer (metallischen) Beschichtung versehen beziehungsweise vorbeschichtet. Bei der metallischen Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine (vorrangig) Zink enthaltende Beschichtung oder eine (vorrangig) Aluminium und/oder Silizium enthaltende Beschichtung, insbesondere eine sogenannte Aluminium/Silizium(Al/Si)-Beschichtung handeln.
  • In Schritt a) erfolgt ein Teilen eines (bestehenden) Durchlaufofens, insbesondere Rollenherdofens, in einen ersten Ofen und einen zweiten Ofen. Vorzugsweise erfolgt das Teilen so, dass der erste Ofen und der zweite Ofen jeweils einen Durchlaufofen, insbesondere Rollenherdofen, bilden. Alternativ kann das Teilen so erfolgen, dass der erste Ofen einen Durchlaufofen und der zweite Ofen einen Kammerofen bilden. Das Teilen kann durch ein mechanisches und/oder thermisches Trennen erfolgen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt a) ein Bereich des Durchlaufofens entfernt wird. Dies erfolgt insbesondere so, dass ein Freiraum für die Temperierstation (in dem Durchlaufofen) gebildet wird.
  • In Schritt b) erfolgt ein Anordnen einer Temperierstation in der Wärmebehandlungsanlage, wobei die Temperierstation dem ersten Ofen (unmittelbar) nachgeordnet und dem zweiten Ofen (unmittelbar) vorgeordnet wird. Die Temperierstation ist dazu vorgesehen und eingerichtet, eine Temperaturdifferenz zwischen mindestens einem ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich eines (mittels der Wärmebehandlungsanlage) zu behandelnden metallischen Bauteils einzustellen. Hierzu kann die Temperierstation eine oder mehrere Düse(n) aufweisen, die zum Austragen eines (kühlenden) Fluids hin zu dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils vorgesehen und eingerichtet ist beziehungsweise sind.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) die Temperierstation zwischen dem ersten Ofen und dem zweiten Ofen angeordnet wird. Bevorzugt wird die Temperierstation so angeordnet, dass der erste Ofen, die Temperierstation und der zweite Ofen (in der genannten Reihenfolge) insbesondere unmittelbar hintereinander platziert sind. "Unmittelbar hintereinander" bedeutet hier insbesondere, dass keine weiteren zur Wärmebehandlung dienenden Komponenten zwischen der Temperierstation und dem entsprechenden Ofen vorgesehen sind. Jedoch kann ein (Mindest-)Abstand von mindestens 0,5 m [Meter] zwischen der Temperierstation und dem ersten Ofen und/oder dem zweiten Ofen vorgesehen werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es bevorzugt, dass in Schritt b) die Temperierstation in Linie mit dem ersten Ofen und dem zweiten Ofen angeordnet wird.
  • In Schritt c) erfolgt ein Anpassen einer Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage. Wenn mehrere Betriebsweisen bei der nachzurüstenden Wärmebehandlungsanlage vorgesehen sind, können in Schritt c) eine oder mehrere der Betriebsweisen oder sogar alle Betriebsweisen der Wärmebehandlungsanlage angepasst beziehungsweise geändert werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) die Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage derart angepasst wird, dass eine Durchlaufgeschwindigkeit durch den ersten Ofen gegenüber einer Durchlaufgeschwindigkeit durch den Durchlaufofen reduziert wird, insbesondere, wenn mittels der (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage ein partielles Wärmebehandeln, insbesondere Härten, ausgeübt wird beziehungsweise die (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage in einer ersten Betriebsart, in der in mindestens einem metallischen Bauteil mittels der Temperierstation eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird, betrieben wird. Bevorzugt wird die Durchlaufgeschwindigkeit durch den ersten Ofen auf eine Geschwindigkeit im Bereich von 0,01 bis 1 m/s [Meter pro Sekunde], insbesondere im Bereich von 0,08 bis 0,3 m/s reduziert.
  • Die reduzierte Durchlaufgeschwindigkeit, die vorzugsweise eingestellt wird, wenn mittels der (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage ein partielles Wärmebehandeln ausgeübt wird, bewirkt zwar eine Verlängerung der erreichbaren Taktzeit, dies ist für den Fall, dass nur verhältnismäßig wenige Bauteile partiell wärmebehandelt werden sollen aber ein durchaus sinnvolles Zugeständnis, wenn dafür der Prozess "in Linie" realisiert werden kann.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt c) die Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage derart angepasst wird, dass eine Ofeninnentemperatur im zweiten Ofen höher ist, als eine (maximale beziehungsweise höchste) Ofeninnentemperatur des (nachzurüstenden) Durchlaufofens, insbesondere, wenn mittels der (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage kein partielles Wärmebehandeln ausgeübt wird beziehungsweise die (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage in einer zweiten Betriebsart, in der keine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird, betrieben wird. Bevorzugt wird die Ofeninnentemperatur im zweiten Ofen um mindestens 10 K oder sogar um mindestens 20 K gegenüber der (maximalen) Ofeninnentemperatur des (nachzurüstenden) Durchlaufofens erhöht.
  • Die Erhöhung der Ofeninnentemperatur im zweiten Ofen erlaubt den besonderen Vorteil, dass der herkömmliche Prozess des Presshärtens möglichst ohne Taktzeiteinbußen weiterhin mittels der (nachgerüsteten) Wärmebehandlungsanlage realisiert werden kann. Durch die Temperierstation geht regelmäßig eine beachtliche Strecke an nutzbarer Ofenlänge verloren. Um dies zu kompensieren, ist die Erhöhung der Temperatur im zweiten Ofen ein bevorzugter Ansatz. So kann die geforderte Endtemperatur trotz reduzierter Ofenlänge erreicht werden. Zudem bietet die Erhöhung (nur) der Temperatur im zweiten Ofen den Vorteil, dass im Falle eines Stillstands, bei dem es dazu kommen kann, dass die in einem Ofen mit erhöhter Temperatur befindlichen Bauteile eine zu hohe Temperatur annehmen, nur diese wenigen, im zweiten Ofen befindlichen Bauteile verworfen werden müssen, sodass der Schaden begrenzt werden kann. Würde man die Temperaturen im ersten Ofen und im zweiten Ofen aufgrund der insgesamt reduzierten Ofenlänge erhöhen, wäre gegebenenfalls die gesamte Ofenladung zu verwerfen. Neben dem Materialverlust wäre gegebenenfalls zusätzlich der Ausfall während des "Leerfahrens" der Öfen in Kauf zu nehmen.
  • Alternativ wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass in Schritt c) die Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage derart angepasst wird, dass eine Ofeninnentemperatur im zweiten Ofen niedriger ist, als oder genauso hoch ist, wie eine (maximale) Ofeninnentemperatur des (nachzurüstenden) Durchlaufofens.
  • Bevorzugt ist es, wenn in der (angepassten) Betriebsweise vorgesehen wird, dass ein Taktende bei (gezielten) Unterbrechungen so gewählt wird, dass der zweite Ofen leer ist. Dann muss gegebenenfalls kein Bauteil verworfen werden. Besonders bevorzugt werden Temperaturmessdaten von beispielsweise dem ersten Ofen und/oder dem zweiten Ofen nachgeordneten Pyrometern zur Bestimmung des Taktendes genutzt.
  • Es kann sinnvoll sein, im ersten Ofen und/oder im zweiten Ofen, die jeweils als Durchlaufofen ausgeführt sein können, über die jeweilige Ofenlänge ein inhomogenes Temperaturprofil beziehungsweise unterschiedliche Temperaturzonen einzustellen. Vorzugsweise werden im ersten Ofen (in Durchlaufrichtung) unterschiedliche Temperaturzonen eingestellt, wohingegen im zweiten Ofen eine im Wesentlichen homogene Ofeninnentemperatur eingestellt wird.
  • Vorgeschlagen wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer nach einem hier vorgeschlagenen Verfahren nachgerüsteten Wärmebehandlungsanlage, wobei in einer ersten Betriebsart der Wärmebehandlungsanlage in mindestens einem metallischen Bauteil mittels der Temperierstation eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird und wobei in einer zweiten Betriebsart der Wärmebehandlungsanlage in mindestens einem weiteren metallischen Bauteil mittels der Temperierstation keine (gezielt beziehungsweise bewusst eingestellte) Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird.
  • Üblicherweise wird die Temperierstation mit einem bauteilspezifischen Einsatz bestückt, der die unterschiedliche Temperaturführung der ersten und zweiten Bereiche eines partiell unterschiedlich festen Bauteils ermöglicht. Für den Fall, dass Bauteile produziert werden sollen, die keine unterschiedlichen ersten und zweiten Bereiche haben, sondern über das gesamte Bauteil eine annähernd homogenen Festigkeit besitzen, kann die Einheit durch ein Tunnelelement ersetzt werden, welches das Bauteil von der Umgebung thermisch abschirmt. Dies reduziert die Abstrahlung von Wärme aus dem Bauteil und verringert somit den Temperaturverlust des Bauteils auf dem Weg von ersten Ofen zum zweiten Ofen. Bevorzugt können zusätzlich Beheizungseinrichtungen vorgesehen werden, die das Innere des Tunnelelements auf erhöhter Temperatur halten um durch die geringere Temperaturdifferenz zur Umgebung eine deutliche Reduzierung de Wärmeverluste zu erreichen. Besonders bevorzugt kann das Tunnelelement derart beheizt werden, dass die Innentemperatur annähernd der Innentemperatur des ersten Ofens oder des zweiten Ofens entspricht. Dadurch kann ein Temperaturabfall des Bauteils weitgehend vermieden werden.
  • Alternativ wird vorgeschlagen, die Innentemperatur des Tunnelelements sogar noch etwas höher einzustellen als die Temperatur im ersten Ofen, um eine weitere Taktzeitverkürzung zu erreichen. Ähnlich wie bei einer eventuellen Temperaturerhöhung im zweiten Ofen sollte hierbei durch eine geeignete Bauteilverfolgung in der Steuerung überwacht werden, dass in diesem Fall eine maximal zulässige Verweilzeit des Bauteils im Tunnelelement nicht überschritten wird, die zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung im Bauteil selbst führen könnte. Nach diesem Verfahren wäre es möglich, die Durchlaufzeit für Bauteile, die keine unterschiedliche Temperaturführung der ersten und zweiten Bereiche benötigen, im Vergleich zur ursprünglichen Anlage nicht erhöhen zu müssen. Gegebenenfalls ist bei Erhöhung der Innentemperatur des Tunnelelements und/oder des zweiten Ofens sogar eine Reduzierung der gesamten Durchlaufzeit im Vergleich zur ursprünglichen Anlage erreichbar.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass während der ersten Betriebsart zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    • a1) Erwärmen des (gesamten) Bauteils in dem ersten Ofen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion, bevorzugt um mindestens 500 K [Kelvin], insbesondere um mindestens 650 K oder sogar um mindestens 750 K,
    • b1) Bewegen des Bauteils in die Temperierstation,
    • c1) insbesondere konvektives Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils in der Temperierstation, wobei eine Temperaturdifferenz von vorzugsweise mindestens 50 K oder sogar mindestens 100 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird,
    • d1) Bewegen des Bauteils von der Temperierstation in den zweiten Ofen,
    • e1) Erwärmen zumindest des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils in dem zweiten Ofen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion, bevorzugt um mindestens 100 K, insbesondere um mindestens 150 K oder sogar um mindestens 200 K.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Bauteil (in Schritt a1) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,01 bis 1 m/s
  • [Meter pro Sekunde] durch den ersten Ofen bewegt wird. Bevorzugt wird das Bauteil mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,08 bis 0,3 m/s durch den ersten Ofen bewegt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass während der zweiten Betriebsart zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    • a2) Erwärmen des Bauteils in dem ersten Ofen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion,
    • e2) Erwärmen des Bauteils in dem zweiten Ofen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion.
  • Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zwischen den Schritten a2 und e2 zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    • b2) Bewegen des Bauteils in die Temperierstation,
    • c2) Reduzieren einer Abkühlgeschwindigkeit des Bauteils oder Erwärmen des Bauteils in der Temperierstation, insbesondere mittels Strahlungswärme,
    • d2) Bewegen des Bauteils von der Temperierstation in den zweiten Ofen.
  • Die im Zusammenhang mit dem zuerst vorgestellten Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1:
    eine bekannte Wärmebehandlungsanlage, die mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren nachgerüstet werden kann, und
    Fig. 2:
    die Wärmebehandlungsanlage gemäß Fig. 1, die mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren nachgerüstet wurde.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte Wärmebehandlungsanlage 1, die mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren nachgerüstet werden kann. Die Wärmebehandlungsanlage 1 weist einen Durchlaufofen 2 auf, dem (unmittelbar) ein Presshärtewerkzeug 7 nachgeordnet ist. Somit stellt die Wärmebehandlungsanlage 1 hier eine Presshärtelinie dar.
  • Fig. 2 zeigt die Wärmebehandlungsanlage 1 gemäß Fig. 1, die mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren nachgerüstet wurde. Der Durchlaufofen wurde hierzu in einen ersten Ofen 3 und einen zweiten Ofen 4 geteilt. Anschließend wurde eine Temperierstation 5 in der Wärmebehandlungsanlage 1 angeordnet, wobei die Temperierstation 5 dem ersten Ofen 3 (unmittelbar) nachgeordnet und dem zweiten Ofen 4 (unmittelbar) vorgeordnet wurde. Die Temperierstation 5 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, eine Temperaturdifferenz zwischen mindestens einem ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich eines zu behandelnden metallischen Bauteils 6 einzustellen.
  • Es wird somit ein Verfahren zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage angegeben, das die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere erlaubt das Verfahren das Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage, die sowohl eine im industriellen Maßstab, insbesondere möglichst effizient durchführbare partiell unterschiedliche Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils als auch ein insbesondere möglichst effizientes Durchführen eines herkömmlichen Presshärteverfahrens erlaubt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmebehandlungsanlage
    2
    Durchlaufofen
    3
    erster Ofen
    4
    zweiter Ofen
    5
    Temperierstation
    6
    Bauteil
    7
    Presshärtewerkzeug

Claims (10)

  1. Verfahren zum Nachrüsten einer Wärmebehandlungsanlage (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Teilen eines Durchlaufofens (2) in einen ersten Ofen (3) und einen zweiten Ofen (4),
    b) Anordnen einer Temperierstation (5) in der Wärmebehandlungsanlage (1), wobei die Temperierstation (5) dem ersten Ofen (3) nachgeordnet und dem zweiten Ofen (4) vorgeordnet wird und wobei die Temperierstation (5) dazu vorgesehen und eingerichtet ist, eine Temperaturdifferenz zwischen mindestens einem ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich eines zu behandelnden metallischen Bauteils (6) einzustellen,
    c) Anpassen einer Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) ein Bereich des Durchlaufofens (2) entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt b) die Temperierstation (5) zwischen dem ersten Ofen (3) und dem zweiten Ofen (4) angeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) die Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage (1) derart angepasst wird, dass eine Durchlaufgeschwindigkeit durch den ersten Ofen (3) gegenüber einer Durchlaufgeschwindigkeit durch den Durchlaufofen (2) reduziert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) die Betriebsweise der Wärmebehandlungsanlage (1) derart angepasst wird, dass eine Ofeninnentemperatur im zweiten Ofen (4) höher ist, als eine Ofeninnentemperatur des Durchlaufofens (2).
  6. Verfahren zum Betreiben einer nach einem der vorhergehenden Verfahren nachgerüsteten Wärmebehandlungsanlage (1), wobei in einer ersten Betriebsart der Wärmebehandlungsanlage (1) in mindestens einem metallischen Bauteil (6) mittels der Temperierstation (5) eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils (6) eingestellt wird und wobei in einer zweiten Betriebsart der Wärmebehandlungsanlage (1) in mindestens einem weiteren metallischen Bauteil (6) mittels der Temperierstation (5) keine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich des Bauteils (6) eingestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei während der ersten Betriebsart zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    a1) Erwärmen des Bauteils (6) in dem ersten Ofen (3),
    b1) Bewegen des Bauteils (6) in die Temperierstation (5),
    c1) Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils (6) in der Temperierstation (5), wobei eine Temperaturdifferenz zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils (6) eingestellt wird,
    d1) Bewegen des Bauteils (6) von der Temperierstation (5) in den zweiten Ofen (4),
    e1) Erwärmen zumindest des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils (6) in dem zweiten Ofen (4).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bauteil (6) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,01 bis 1 m/s durch den ersten Ofen (3) bewegt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei während der zweiten Betriebsart zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    a2) Erwärmen des Bauteils (6) in dem ersten Ofen (3),
    e2) Erwärmen des Bauteils (6) in dem zweiten Ofen (4).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen den Schritten a2 und e2 zumindest folgende Schritte ausgeführt werden:
    b2) Bewegen des Bauteils (6) in die Temperierstation (5),
    c2) Reduzieren einer Abkühlgeschwindigkeit des Bauteils (6) oder Erwärmen des Bauteils (6) in der Temperierstation (5),
    d2) Bewegen des Bauteils (6) von der Temperierstation (5) in den zweiten Ofen (4).
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