WO2015082049A1 - Verfahren, ofeneinrichtung und anlage zum formhärten von werkstücken - Google Patents

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WO2015082049A1
WO2015082049A1 PCT/EP2014/003084 EP2014003084W WO2015082049A1 WO 2015082049 A1 WO2015082049 A1 WO 2015082049A1 EP 2014003084 W EP2014003084 W EP 2014003084W WO 2015082049 A1 WO2015082049 A1 WO 2015082049A1
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WO
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furnace
modules
workpieces
oven
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/003084
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Vervoort
Wilhelm Meyer
Axel WEIAND
Tobias Meint
Original Assignee
Eisenmann Se
Ruhstrat Gmbh
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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
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for the form hardening of workpieces, in which the workpieces are heated in a furnace device to a forming temperature before they are formed in a forming process.
  • the invention relates to a furnace device for ei ⁇ ne plant for the form hardening of workpieces, in which workpieces are heated to a forming temperature before they are formed in a forming process, and a plant for the form hardening of workpieces with a furnace device, in which workpieces to a forming temperature are heated, and a forming device, in which the heated
  • Hardening has been particularly established as a method for Warmumfor ⁇ mung of metal workpieces to form components, in particular in the automotive industry and is familiar Stamping under the terms press hardening or hot.
  • the workpieces to be reshaped are heated in a furnace device, transferred by means of a transfer device, such as a multi-axis robot, from the furnace device to a shaping device, where they are shaped by a pressing tool into the desired component.
  • a forming temperature between about 800 ° C and 1100 ° C during so-called austenitization.
  • the forming temperature for steel sheets made from common boron-manganese steel alloys is 930 ° C.
  • such steel sheets are provided with an aluminum-silicon coating (AISi).
  • AISi aluminum-silicon coating
  • Such a steel sheet workpiece for example a flat steel sheet or board or even in a previous step, for example by cold drawing, be preformed sheet steel part.
  • An ⁇ closing the heated workpiece in the processing ümformeinrich- is transformed with a cooled pressing tool and
  • the previously heated workpiece cools down.
  • the extent of this cooling depends on the period of time that elapses from the removal of the workpiece from the oven device to forming.
  • the quality of the components obtained in the case hardening can vary considerably when different workpieces with different temperatures are formed. It is therefore important that the time required for the removal from the furnace device to the forming in the forming and thereby prevailing ambient conditions are reproduction ⁇ ible as possible for all workpieces.
  • the removal point is always the same there, so that a reproducible handling of the workpieces from the removal ⁇ site is ensured until the transformation.
  • the space required for such a continuous furnace is relatively high.
  • the position and orientation of the workpieces on the rollers may change during transport through the oven. This is particularly the case with AlSi-coated steel sheets, as the AlSi coating may become loose on the rollers during transport and build up on the rollers over time. As a result, the rollers are deformed, which can lead to the rotation of the sheets during movement.
  • Another reason for a change of position of the workpieces on the rollers may be voltage changes in the workpieces and deformations caused thereby, whereby the contact areas of the workpieces may shift on the rollers. This in turn can lead to a movement of the workpieces on the rollers, by which they change their position.
  • Characterized must La ⁇ ge and orientation of the workpiece to be precisely determined in an automated sampling it, so that a robot can hold the workpiece correctly and a .einwandkaer transfer of the workpiece to Umformeinrich- tung including the positioning of the workpiece is ensured in the pressing tool.
  • the heated workpiece already comes into contact with the environment and can cool down, at least in peripheral areas. This in turn leads to quality losses in the resulting components.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned above in that individual workpieces or workpiece groups of two or more workpieces are heated separately in a separate, movable furnace module with its own module housing.
  • both a single workpiece and a workpiece group with two or more workpieces are referred to as a "batch".
  • movable furnace modules one or more workpieces can be reproducibly placed in the furnace module, possibly also with Hil ⁇ Fe a workpiece carrier, which is anchored stationary in the oven housing.
  • a complete furnace module can be moved to a robot, where it can also be reproducibly positioned to the robot, so that the orientation of the workpiece in the furnace relative to the robot is known. There is thus no delay in detecting and picking up a heated workpiece by a robot. In addition, can the space required compared to a continuous furnace can be reduced.
  • the furnace modules are moved alternately between a loading position in which the furnace modules are loaded with a workpiece and a transfer position in which a workpiece is removed from the furnace modules.
  • the oven modules can be moved between the positions back and forth, for example, on a linear route.
  • the term "circulating path" is basically only to be understood as meaning that the path is closed, but does not mean that the oven modules also have to be moved in circulation and / or only in one direction on this circulating path.
  • the furnace modules are moved in circulation.
  • there is an effective delivery circuit which ensures ei ⁇ nen high throughput, which can be adapted to the throughput of the forming device.
  • the oven modules are moved in a horizontal plane on a horizontal circumferential path.
  • the oven modules may be moved in a vertical plane on a vertically circulating path.
  • the oven modules can also largely on the spot about a rotation axis, in particular about a vertical axis of rotation, are rotated.
  • the loading position and the transfer position are then defined by the orientation of the furnace modules with respect to the axis of rotation.
  • the above object is achieved in a furnace device of the type mentioned above in that the furnace device comprises a plurality of separate, movable furnace modules with their own module housing, wherein in each furnace module, a single workpiece or a group of workpieces from two or more workpieces can be heated.
  • a conveyor system having Wenig ⁇ least one conveyor is provided with a plurality of furnace modules are movable as a module group.
  • the at least one conveying device is preferably arranged such that the furnace modules alternating between a loading position, in which the furnace modules can be loaded with a workpiece, and a transfer position are be ⁇ wegbar, in which a workpiece from the oven modules can be removed.
  • the conveyor is set up such that the oven modules are movable on a revolving path.
  • the circulating track is a horizontal circumferential path in a horizontal plane.
  • the circulating path may be a vertical one To be track in a vertical plane.
  • the conveying device ⁇ direction comprises a rotating device, with which the furnace ⁇ module largely on the spot about a rotation axis, in particular about a vertical axis of rotation, are rotatable.
  • the throughput can be effectively increased if the conveyor comprises at least two floors in which oven modules are moved.
  • each floor is Güns ⁇ tig if each has its own circulating horizontal conveyor is present for at least two floors.
  • the throughput can be increased by having at least two furnace units, each comprising a conveyor and an associated module group.
  • two such Ofenein ⁇ units are operated in parallel.
  • the above-mentioned object is achieved in that the furnace device is a furnace device with some or all of the above mentioned furnace device features.
  • FIG. 1 shows a side view of a system for the form hardening of
  • a furnace unit according to a first embodiment comprises a module group of two furnace modules and a turntable on which the furnace modules are arranged in a common horizontal plane;
  • Figure 2 is a top view of the system of Figure 1;
  • Figure 3 is a top view of a modified plant with several furnace units according to Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a side view of a system with a furnace device with a furnace unit according to a second embodiment, comprising a module group of two furnace modules and a rotary column in which the furnace modules are arranged vertically one above the other;
  • Figure 5 is a top view of the plant of Figure 4, wherein two furnace units are present;
  • Figure 6 is a top view of a system with a
  • a furnace unit according to a third embodiment comprises a module group with a plurality of furnace modules, which are movable in a horizontal plane on a revolving path;
  • Figure 7 is a top view of a modified plant with a furnace unit of Figure 6 and a furnace unit according to a fourth embodiment, the furnace modules rotate on a longer horizontal orbit;
  • Figure 8 is a side view of a system with a furnace device, in which a furnace unit according to a fifth embodiment comprises a module group of a plurality of vertically stacked furnace modules, which is movable on a linear vertical path;
  • Figure 9 is a side view of a plant with a furnace device, in which a furnace unit according to a sixth embodiment comprises a module group of a plurality of furnace modules, which are movable in a vertical plane on a revolving path;
  • Figure 10 is a top view of the system of Figure 9 with two oven units;
  • Figure 11 is a side view of a modified plant, which corresponds to the system of Figures 9 and 10 and in which the circumferential path as a seventh embodiment is a circular path;
  • Figure 12 is a top view of the system of FIG.
  • FIG. 13 shows a side view of a modified installation which corresponds to the installation according to FIGS. 11 and 12 and in which the furnace units are designed as the eighth embodiment.
  • Figure 14 is a top view of the system of FIG.
  • Figure 15 is a top view of a modified plant with a furnace unit according to Figures 11 and 12, wherein two forming means are present;
  • Figure 16 is a top view of a system with a
  • Furnace device in which a furnace unit according to a ninth embodiment comprises a module group of a plurality of furnace modules, which are movable on a li ⁇ linear horizontal path;
  • Figure 17 is a top view of a system with a
  • a furnace unit according to a tenth embodiment comprises a module group with a plurality of furnace modules, which are movable in a horizontal plane on a revolving path, wherein a Beladelücke remains on the web.
  • a total of 2 denotes a system for mold hardening, in which workpieces 4 are formed in components 6 vice ⁇ .
  • the workpieces 4 are, for example, workpieces made of sheet steel, as explained above.
  • the plant 2 comprises a furnace device 8, in which the workpieces are heated to a forming temperature.
  • a workpiece 4 When a workpiece 4 has reached its forming temperature, it is removed from the oven device 8 with the aid of a transfer device 10 and transferred to a forming device 12.
  • the component 6 is released and removed with the aid of a removal device 16 from the forming device 12 and then its further determination, such as a mechanical post-processing , fed.
  • Both as a transfer device 10 and as a removal device 16 multi-axis articulated robot 18 can be used, as they are known in and of itself for handling workpieces; In the present case, therefore, a transfer robot 18a and a removal robot 18b are present.
  • the oven device 8 comprises a plurality of separate oven modules 20, each with its own module housing 22, which delimits a furnace chamber 24.
  • various furnace modules are also referred to below as 20a, 20b and so on. In the figures, not all furnace modules 20 are always provided with reference numerals.
  • the oven chamber 24 is accessible via an opening 26 in the module housing 22 from the outside, which can be released or closed via a module door 28.
  • a workpiece carrier 30 which stores a single workpiece 4 or a group of workpieces of two or more workpieces 4 during heating.
  • the workpiece carrier 30 ensures proper positioning of the workpiece or workpieces 4 with respect to the oven module 20.
  • the workpiece carrier 30 may in particular be made of reaction-bonded silicon-infiltrated silicon carbide SiSiC.
  • furnace modules 20 are illustrated, can be heated in de ⁇ NEN only a single workpiece. 4 This principle reflects the ideal case again, but can not always realize taking into account the requisite space ⁇ demand and throughput Appendix 2.
  • the module housing 22 may have a respective opening 26 at the level of each of these carrier levels and comprise a module door 28 for each of these openings 26.
  • the furnace modules 20 of a system 2 need not be identical. There may also be various furnace modules 20 whose dimensions, in particular the volume of the furnace chamber 24 and the cross section of the opening or openings 26, are respectively adapted to different types of workpieces 4 or to a different number of workpieces 4 to be accommodated.
  • Each furnace module 20 operates autonomously and for this purpose carries at least one own heating device 32 with it.
  • the heating device 32 may be, for example, an electric heating unit 34 with a heating coil 36.
  • IR radiators or gas burners or the like established heating techniques come into consideration.
  • a muffle may additionally be arranged in the furnace chamber 24 of a furnace module 20, which additionally encloses the workpiece carrier 30 tightly.
  • the muffle can provide a uniform temperature distribution and protect the furnace chamber 24 and there special components of the heater 32 from impurities such as scale or coating components that in the Oven module 20 may fall off of the workpieces 4.
  • a protection of heating components can be done without muffle on a Kapse ⁇ ment of the components in question; with a muffle this is not necessary, so that this structural complexity can be omitted and costs can be reduced if necessary.
  • Each oven module 20 is supplied via a line bundle 38 with necessary to operate electrical or fluid resources.
  • a separate furnace atmosphere can be generated in the furnace modules 20, in which the workpieces 4 are heated and which is different than the ambient atmosphere.
  • the trunk group also summarizes fluid lines through which injected an atmosphere gas into the furnace chamber 24 or the furnace atmosphere can be sucked.
  • the individual lines of the line bundle 38 leading to the individual versor ⁇ supply sources or conveyor components that are not specifically shown here.
  • Process controller 40 monitors the proper operation and the parame ⁇ ter the individual furnace modules 20.
  • Each furnace module 20 is equipped for this purpose with appropriate sensors, which monitor the operating parameters of the furnace module 20 and ent ⁇ speaking Aüsgangssignale to the Process control 40 sen ⁇ den.
  • the bundle of cables 38 comprises, in addition to the mentioned ten supply lines corresponding data lines.
  • a fault occurs in a particular furnace module 20, for example if the heater 32 of a particular furnace module 20 fails, that furnace module 20 can be selectively detected. The defective furnace module 20 can then be separated from the working process and maintained separately, without this significantly affecting the other course of the forming process or even temporarily leading to a standstill of the process.
  • an individual heating process can be run through from each workpiece 4, which can be controlled separately for each workpiece 4 via the process control 40.
  • the furnace modules 20 are guided past the transfer robot 18a by means of a conveyor system 42.
  • the conveyor system 42 includes one or more conveyors 44, each of which may each move a plurality of oven modules 20 as a module group 46.
  • a conveyor 44 and the associated module group 46 in turn form 'a furnace unit 48 of the oven device 8.
  • Various embodiments of the oven ⁇ units 48 are in the figures with 48.1, 48.2, 48.3, etc. referred to.
  • the conveyor 44 is set up, as mentioned at the outset, such that the oven modules 20 alternate between a loading position in which the oven modules 20 module 20 can be loaded with a workpiece 4, and a transfer position can be moved, in which a workpiece 4 can be removed from the furnace modules 20.
  • the loading can be done manually by a worker or automatically; a loading device, with which a workpiece 4 can be moved into a furnace module 20, is not specifically shown in the figures.
  • the conveyor system 42 and the respective conveyors 44 are illustrated only very schematically in the figures; Drive or guide components or means for powering the conveyors 44 are not shown.
  • the drive of the furnace modules 20 can be done for example by chain or cables. If necessary, a roller conveyor is also suitable, on the rollers of which the oven modules 20 are discontinued, wherein the. Furnace modules 20 are optionally guided laterally to prevent a change in position currency ⁇ rend the transport. Also, in each case of a furnace module 20 entrained drive comes into consideration, so that the furnace modules 20 can even be designed driving with a corresponding ⁇ the chassis.
  • each furnace unit 48 defines a respective own transfer position and loading ⁇ loading position for the furnace modules 20 of the oven unit, a furnace unit 48 for various oven modules 20 ih ⁇ rer module group 46 can specify different transfer positions and loading positions. This is the case, for example, in the embodiment of FIG. 4 explained below.
  • the workpiece 4 located therein is heated to its forming temperature.
  • the transfer robot 18a can simultaneously work as a loading device and bring workpieces 4 into furnace modules 20 from a workpiece depot.
  • the loading position and the transfer position can also be identical; The robot then first removes a heated workpiece 4 from a furnace module 20, transfers this workpiece 4 to the forming device 12, removes a fresh workpiece 4 from a workpiece depot and introduces it into the now empty oven module 20.
  • the module door 28 of a furnace module 20 can be operated by a motor and opened via a control command when the furnace module 20 reaches its transfer position in front of the transfer robot 18a.
  • the module door 28 is closed again.
  • the module door 28 can be actuated, for example, via a gate in which a stationary actuator at the transfer position causes the module door 28 to open when the furnace module 20 reaches its transfer position.
  • the module door 28 is again separated from the actuator and closes the opening 26.
  • a furnace device 8 with a furnace unit 48.1 is now shown in a system 2.
  • the conveyor device 44 of the oven unit 48. 1 is a rotary table 50 with a rotary table.
  • Ler 52 which is rotatable by a motor about a vertical axis of rotation.
  • the turntable 52 carries two furnace modules 20a, 20b, the module doors 28, and thus also their openings 26, facing radially outward.
  • the module group 46 thus comprises two furnace modules 20 there; However, more than two oven modules 20 may be positioned on the turntable 52.
  • the movement of the oven modules 20 thus takes place in a horizontal plane on a horizontally circulating path, which is a circular path on the basis of the turntable 50.
  • the wire bundle 38 of each oven module 20 is passed in a manner known per se through rotary feedthroughs through the rotary plate 52.
  • the power supply and data transmission can also be done via sliding contacts.
  • the oven module 20a assumes its transfer position while the opposite oven module 20b is in the loading position. While a workpiece 4 is introduced into this furnace module 20b, an already heated workpiece 4 can be removed from the furnace module 20a and transferred to the forming device 12. Then, the turntable 50 is rotated and the furnace module 20b is moved to the transfer position and the furnace module 20a to the loading position.
  • the turning time into account ⁇ And this feature, the time required for the heating of the workpiece. 4
  • FIG. 3 shows a plant 2 in which the furnace device 8 comprises several, in the concrete case four, oven units 48a.1, 48b.1, 48c.1 and 48d.l with turntable 50, which are arranged in a circle around the transfer robot 18a.
  • the transfer ⁇ positions in the individual furnace units 48.1 are chosen so that the time required for the movement of a workpiece 4 by the transfer robot 18a of a Ofenmo ⁇ module 20 in the pressing tool 14 of the forming device 12, is always largely the same , independently thereof, of which 48.1 furnace unit, the workpiece 4 was entnom ⁇ men.
  • the process control 40 which also communicates with the transfer robot 18a. This is then programmed for each transfer position with different movement patterns whose duration until the deposition of the workpiece 4 in the pressing tool 14, however, is the same length. This applies in principle to a system 2 for the purpose of hardening workpieces and thus also for all embodiments and modifications described herein.
  • a furnace device 8 is shown with a furnace unit 48.2 according to a secondforsbei ⁇ game ⁇
  • This as a conveying device 44 comprises a rotating device, which is designed here in the form of a rotary column 54 with two floors 56a, 56b.
  • the furnace modules 20 are largely rotated in place about a vertical axis of rotation.
  • a furnace module 20a and 20b is arranged, wherein the module doors 28 have in opposite directions and the lower furnace module 20a in the e- days 56a its transfer and the upper furnace module 20b in the floor 56b assumes its loading position , Generally, in the respective loading position of the oven modules 20, their module modules Doors 28 away from the transfer robot 18a, whereas they are facing this in the respective transfer position.
  • each floor 56a and 56b also a plurality of furnace modules 20 may be arranged, each forming a module group 46. Then the furnace modules 20 are again aligned so that their module doors 28 point radially outward. Then the movement of the oven modules 20 of a module group 46 is again a movement on a horizontally circulating path.
  • the height level of the floors 56a and 56b are adjusted so that the path of movement, the workpiece 4 from the lower furnace module 20a and the upper furnace module 20b travels toward the order ⁇ molding device 12, in the ideal case is aptsymmet ⁇ driven to a horizontal plane is at the level of the position in which the workpiece 4 is located during forming in the pressing tool 14.
  • ⁇ warrants a simple manner that the workpieces 4 have the same residence time in the ambient atmosphere, regardless of the floor 56a or 5.6b. the oven unit 48.2, from which they are removed.
  • the rotary column 54 comprises, for each floor 56a, 56a, a support plate 58 on which the respective furnace module 20a or 20b rests.
  • a support plate 58 on which the respective furnace module 20a or 20b rests.
  • non-egg ⁇ gene modification shown can dispense with such support plates 58 and two oven modules 20 placed immediately aufein ⁇ other and be secured together.
  • FIG. 5 shows a plant 2 in which the furnace device 8 comprises several, in the concrete case two, oven units 48a.2 and 48b.2 with rotary column 54. These are related to the transfer robot 18a now arranged such that the time ⁇ space, for the movement of a workpiece 4 by the transfer robot 18a from a furnace module 20 in the press shop- 14 of the forming device 12 is required, is always the same, regardless of which rotary column 54 and which floors 56a, 56b, the workpiece 4 has been removed.
  • FIG. 6 shows a plant 2 in which the furnace device 8 has a furnace unit 48.3 as a third exemplary embodiment.
  • the conveyor 44 is designed as a circulating horizontal conveyor 60, by means of which the oven modules 20 of the local module group 46 are moved in a horizontal plane on a horizontal circulating path 62.
  • the Publ ⁇ voltages 26 to the module door 28 of the furnace modules 20 are in circulation with respect to the web 62 always radially outwards.
  • the loading of the furnace modules 20 can take place there at various positions in the circulation direction downwards from the transfer position, which can be selected, for example, depending on the duration for the heating of the workpieces 4 and the duration for one full revolution of a furnace module 20.
  • furnace units 48.3 with circulating horizontal conveyors 60 can be arranged next to each other and assigned to the transfer robot 18a, comparable to the arrangement according to FIG. 5, where two rotary columns 54 are present.
  • the transfer positions of the oven units 48.3 with circulating horizontal conveyor 60 are then again tuned so that the residence time of the workpieces 4 in the ambient atmosphere regardless of their sampling point can be the same size.
  • the conveyor 44 of a furnace unit 48.3 may also comprise two or more circulating horizontal conveyors 60 which are verti ⁇ cal arranged one above the other and furnace modules 20 respectively to promote height levels corresponding to those of the two floors 56a, 56b in the rotary column 54 (see Figure 4).
  • at least two floors each have their own circulating horizontal conveyor 60 and the conveyor 44 thus comprises at least two floors in which oven modules 20 are moved. In this way, the oven modules 20 per floor can be moved independently of the one or the other floors.
  • FIG. 7 shows an installation 2 in which the oven unit 8, in addition to the oven unit 48.3 with a circulating horizontal conveyor 60 as a fourth exemplary embodiment, comprises a furnace unit 48.4, in which the conveyor 44 is designed as a long-distance circulating horizontal conveyor 64.
  • the conveyor 44 is designed as a long-distance circulating horizontal conveyor 64.
  • the required number of cycles of the system 2 specifies it, during the time in which the furnace module 20 of the long-distance circulating horizontal conveyor 64 is guided past the transfer robot 18a, a workpiece 4 from the transfer robot 18a from the circulating horizontal conveyor 60 and removed the forming device 14 are transferred.
  • workpieces 4 can be removed after forming in the forming device 12 and placed in an empty furnace module 20 of the long-distance circulation horizontal conveyor 64 in order to be promoted with this, to a further treatment station.
  • the workpiece 4 can be reheated on the way there again to a certain temperature.
  • the wide ⁇ ren treatment station may optionally be a second shaping device 12, which converts the component then obtained from the first shaping device 12 again.
  • two forming devices may be present, to which workpieces can be fed via a common oven unit 48 or a plurality of oven units 48.
  • FIG. 8 shows a plant 2 in which the furnace device 8 comprises a furnace unit 48.5 according to a fifth exemplary embodiment.
  • the subsidy der worn 44 a linear-vertical conveyor 66, which receives a plurality of furnace modules 20 arranged one above the other and can move the module group 46 thus formed in a composite on a linear vertical path.
  • the linear vertical conveyor 66 thus defines a number of floors 68a, 68b, etc. corresponding to the number of furnace modules 20 present. In the present embodiment, there are four floors 68a, 68b, 68c and 68d.
  • the individual oven modules 20 rest on support plates 70, which may optionally be dispensed with if the oven modules 20 can be stacked directly on top of each other.
  • the transfer robot 18a is located at ground level. Since ⁇ with the furnace modules 20 in the vertical direction past the Kochga ⁇ beroboter 18 a. can be, a pit 72 is present, in which the module group 46 can be moved down, so that each furnace module 20 can reach the transfer ⁇ position before the transfer robot 18a.
  • the furnace device 8 comprises a furnace unit 48.6 according to a sixth exemplary embodiment.
  • the conveyor 44 has a circulation vertical conveyor 74, in which a module group 46 of a plurality of furnace modules 20 in a vertical orbital plane on a vertically revolving path 76 are movable.
  • the oven modules 20 are mounted in such a way that they always remain aligned horizontally during circulation.
  • the vertically circulating path 76 defines a lower Conveyor line 78a and an upper conveyor line 78b in which the oven modules 20 are moved in a horizontal direction, and two vertical conveyor lines 80a, 80b connecting them, in which the oven modules 20 are moved in a vertical direction.
  • an oven module 20 engages with a horizontal movement on the lower conveying path 78a in the Sprintga ⁇ beposition before the transfer robot 18a; in FIG. 9, the furnace module labeled 20a assumes the transfer position.
  • the oven modules 20 are aligned so that their opening 26 with the module door 28 crosses the vertical orbital plane so that the opening 26 always faces the transfer robot 18a.
  • the furnace modules 20 may also be rotatable about a verti ⁇ cal axis rotatably mounted on the rotary vertical conveyor 74, so that they so to feed with a workpiece 14. can be turned that the. j e election opening 26 is arranged parallel to the orbital plane.
  • all the oven modules 20 may be arranged such that the openings 26 are arranged parallel to the circulating plane, without in this case a
  • the loading position can be, for example, the position at the top on the vertical conveying path 80a above the transfer position, which is assumed in Figure 9 by the oven module designated 20b.
  • a furnace module 20 can also be loaded in other positions in the conveying direction away from the transfer position with a workpiece 4.
  • FIG. 10 shows a plant 2 in which the furnace device 8 comprises two such furnace units 48a.6, 48b.6 with circulating vertical conveyors 74. There, the average of each three oven modules 20 to be recognized in the conveying planes 78a and 78b are omitted.
  • the two furnace units 48a.6, 48b.6 are again arranged so that the paths of movement of the workpieces 4 of both furnace units 48a.6, 48b.6 are largely the same.
  • FIG. 11 shows a modified system 2, in which as a seventh exemplary embodiment a furnace unit 48.7 defines a circulating vertical conveyor 82, a circular path 84 running vertically around it.
  • the circulating vertical conveyor 82 may, for example, comprise a type of vertical rotary carousel 86 with support arms 88 which may be rotated about a horizontal axis with a furnace module 20 suspended from the end of each support arm 86. Again, the furnace modules 20 always remain horizontally aligned during circulation.
  • the oven modules 20 are arranged such that the openings 26 and the module doors 28 are arranged parallel to the circulating plane.
  • the access of the transfer robot 18a to a furnace module 20a in the over ⁇ transfer position thus to a certain extent from the side.
  • FIG. 12 shows a plant 2 in which the furnace device 8 comprises two such furnace units 48a.7, 48b.7 with circulating vertical conveyors 82.
  • the two oven units 48a.7, 48b.7 are here laterally due to the access from the side arranged offset to the transfer robot 18a, so that the paths of movement of the workpieces 4 of both furnace units 48a.7, 48b.7 are substantially equal.
  • FIG. 13 shows a modified system 2 in which, as the eighth exemplary embodiment, a furnace unit 48.8 comprises a modified circulating vertical conveyor 90, which corresponds to the circulating vertical conveyor 82 according to FIG. 11, but additionally has a front cover 92 which encloses the openings 26 of all the oven modules 20 of FIG Module group 46 covers.
  • one or more module doors 28 can be dispensed with in the case of the oven modules 20.
  • the front cover 92 has a loading passage 94 matching the loading position and a removal passage 96 matching the transfer position, whose cross-sections are complementary to the openings 26 of the module housing 22.
  • the furnace modules 20 carry sealing means 98, which are identified in FIG. 14 and which surround the respective opening 26 of a furnace module 20 and seal against the front cover 92 during the movement of the module group 46.
  • a functionally corresponding cover or Operaeinhau- solution may also be provided in the other above-mentioned conveyors 4.
  • a cover In the turntable 50 and the rotary column 54 such a cover would, for example, a hollow cylinder and the respective module group 46 would be radially surrounded.
  • FIG. 14 shows an installation 2 in which the oven device 8 comprises two such oven units 48a.8, 48b.8 with circulating vertical conveyor 90 and front cover 92.
  • the two oven units 48a.8, 48b.8 are here again due to the access laterally offset from the side to the transfer robot 18a, so that the paths of movement of the workpieces 4 of both furnace units 48a.8, 48b.8 are largely the same.
  • FIG. 15 again shows a modified plant 2 with a furnace device 8, in which a furnace unit 48. 7 operates with a circulating vertical conveyor 82 according to FIG.
  • two forming devices 12a, 12b are present, which has already been mentioned above. In principle, more than one forming device 12 can be present in all systems 2 explained above.
  • FIG. 16 illustrates a plant 2 in which the furnace device 8 comprises a furnace unit 48. 9 according to a ninth exemplary embodiment.
  • the conveyor 44 comprises a linear horizontal conveyor 100, which can move a module group 46 of a plurality of juxtaposed furnace modules 20 in a composite on a linear horizontal path.
  • the loading position is located there next to the transfer position, which is occupied by the oven module 20a.
  • the loading position can be provided directly next to the transfer position or even further away.
  • FIG. 17 shows a plant 2 in which the furnace device 8 has a furnace unit 48.10 as the tenth exemplary embodiment.
  • the conveyor 44 is designed as a circulating cycle horizontal conveyor 102, by means of which the oven modules 20 of the local module group 46 are again moved in a horizontal plane on a horizontal circulating path 62, as it corresponds in principle to the oven unit 48.6 of Figure 6.
  • the furnace modules 20 of the associated module group 46 are arranged at the same distance from each other ' on the movement path 62, 76 or 84.
  • a gap 104 remains between two furnace modules 20a, 20b, so that a furnace module 20a adjacent to the gap, which is thus in the loading position, is accessible for loading with a workpiece 4.
  • the oven modules 20 are then cascaded and cyclically shifted by one place, wherein in a cascade cycle the first moving oven module 20 is first moved into the gap 102. At the end of a cascade cycle, this furnace module 20 is moved again, so that the gap 102 is released again.
  • the furnace modules 20 can be moved continuously or intermittently in circulation, with a standstill of the furnace modules 20 in the loading position and the transfer position is favorable, since so a proper positioning of the workpieces 4 in the Oven modules 20 and a precise removal of the workpieces 4 is facilitated. But also a removal "on the fly” can be realized there, i. the furnace modules 20 do not have to come to a standstill, but can be unloaded during their movement simultaneously with the robot movement.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Formhärten von Werkstücken werden die Werkstücke (4) in einer Ofeneinrichtung (8) auf eine Umformtemperatur erwärmt, bevor sie in einem Umformprozess umgeformt werden. Einzelne Werkstücke (4) oder Werkstückgruppen aus zwei oder mehr Werkstücken (4) werden separat in einem gesonderten, bewegbaren Ofenmodul (20) mit einem eigenen Modulgehäuse (22) erwärmt. Eine Ofeneinrichtung (8) für eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken (4) umfasst mehrere gesonderte, bewegbare Ofenmodule (20) mit einem eigenen Modulgehäuse (22), wobei in jedem Ofenmodul (20) ein einzelnes Werkstück (4) oder eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehr Werkstücken (4) erwärmbar ist. Außerdem ist eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit einer solchen Ofeneinrichtung (8) angegeben.

Description

Verfahren, Ofeneinrichtung und Anlage
zum Formhärten von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formhärten von Werkstücken, bei welchem die Werkstücke in einer Ofeneinrichtung auf eine Umformtemperatur erwärmt werden, bevor sie in einem Umformprozess umgeformt werden.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Ofeneinrichtung für ei¬ ne Anlage zum Formhärten von Werkstücken, in welcher Werkstücke auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind, bevor sie in einem Umformprozess umgeformt werden, sowie eine Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit einer Ofeneinrichtung, in welcher Werkstücke auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind, und einer Umformeinrichtung, in welcher die erwärmten
Werkstücke umformbar sind.
Formhärten hat sich besonders als Verfahren zur Warmumfor¬ mung von Werkstücken aus Metall zu Bauteilen insbesondere in der Automobilindustrie etabliert und ist auch unter den Begriffen Presshärten oder Hot Stamping geläufig. Die umzuformenden Werkstücke werden in einer Ofeneinrichtung erwärmt, mit einer Übergabeeinrichtung wie beispielsweise einem mehrachsigen Roboter von der Ofeneinrichtung an eine Umformeinrichtung übergeben und dort durch ein Presswerkzeug in das gewünschte Bauteil umgeformt.
Zum Beispiel werden Werkstücke aus Stahlblech bei einer so genannten Austenitisierung auf eine Umformtemperatur zwischen etwa 800°C und 1100°C erwärmt. In der Praxis liegt die Umformtemperatur bei Stahlblechen aus gängigen Bor-Mangan- Stahl-Legierungen bei 930°C. Häufig sind derartige Stahlbleche mit einer Aluminium-Silicium-Beschichtung (AISi) versehen. Ein solches Stahlblech-Werkstück kann beispielsweise eine flache Stahlblechtafel oder -platine oder auch ein bereits in einem vorhergehenden Schritt, zum Beispiel durch kaltes Tiefziehen, vorgeformtes Stahlblechteil sein. An¬ schließend wird das erwärmte Werkstück in der ümformeinrich- tung mit einem gekühlten Presswerkzeug umgeformt und
zugleich abgeschreckt. Hierdurch ändert sich beim Formpro- zess das Materialgefüge und die erhaltenden Bauteile haben eine beträchtlich höhere Festigkeit und Steifigkeit als Bauteile, die aus dem Werkstück kalt geformt wurden.
Bei der Übergabe des Werkstücks von der Ofeneinrichtung zur Umformeinrichtung kühlt das zuvor erwärmte Werkstück ab. Das Ausmaß dieser Abkühlung hängt dabei von der Zeitspanne ab, die von der Entnahme des Werkstücks aus der Ofeneinrichtung bis zum Umformen vergeht. Die Qualität der beim Formhärten erhaltenen Bauteile kann jedoch beträchtlich variieren, wenn verschiedene Werkstücke mit unterschiedlichen Temperaturen umgeformt werden. Es ist daher wichtig, dass die benötigte Zeit von der Entnahme aus der Ofeneinrichtung bis zum Umformen in der Umformeinrichtung und die dabei herrschenden Umgebungsbedingungen möglichst für alle Werkstücke reprodu¬ zierbar sind.
Um die Werkstücke auf die erforderliche Umformtemperatur .zu erwärmen, sind verschiedene Ofenkonzepte bekannt. Am Markt vertreten sind derzeit besonders DurchlaufÖfen, bei denen die Werkstücke mit einem Fördersystem im Durchlauf durch ei¬ nen Ofentunnel gefördert werden. Üblich sind dabei Rollen¬ öfen, bei denen die Werkstücke auf einer Rollenbahn im
Durchlauf durch den Ofen gefördert werden.
Die Entnahmestelle ist dort immer die gleiche, so dass eine reproduzierbare Handhabung der Werkstücke von der Entnahme¬ stelle bis zur Umformung gewährleistet ist. Einerseits ist aber der Flächenbedarf für einen derartigen Durchlaufofen verhältnismäßig hoch. Andererseits kann sich beim Transport durch den Ofen die Lage und Ausrichtung der Werkstücke auf den Rollen ändern. Dies ist insbesondere bei AlSi-beschichteten Stahlblechen der Fall, da sich die AlSi- Beschichtung während des Transports auf den Rollen lösen kann und sich im laufe der Zeit auf den Rollen aufbaut. Dadurch werden die Rollen zum verformt, was zur Verdrehung der Bleche bei der Bewegung führen kann.
Ein anderer Grund für einen Lagewechsel der Werkstücke auf den Rollen können Spannungsänderungen in den Werkstücken und dadurch verursachte Verformungen sein, wodurch sich die Auflagebereiche der Werkstücke auf den Rollen verlagern können. Dies kann wiederum zu einer Bewegung der Werkstücke auf den Rollen führen, durch welche diese ihre Position ändern.
Dadurch muss bei einer automatisierten Entnahme erst die La¬ ge und Ausrichtung des Werkstücks präzise ermittelt werden, damit ein Roboter das Werkstück korrekt aufnehmen kann und ein .einwandfreier Transfer des Werkstücks zur Umformeinrich- tung einschließlich der Positionierung des Werkstücks im Presswerkzeug sichergestellt ist.
Auch Werkstückträger für die Werkstücke helfen hier häufig nicht weiter, da sich auch deren Lage auf der Rollenbahn beim Durchlauf entsprechend verändern kann.
Während der erforderlichen Lageerfassung kommt das erwärmte Werkstück jedoch bereits mit der Umgebung in Kontakt und kann zumindest in Randbereichen auskühlen. Dies führt wiederum zu Qualitätsverlusten bei den erhaltenen Bauteilen.
Neben den DurchlaufÖfen haben sich so genannte Batchöfen etabliert, bei denen es mehrere stationäre Öfen gibt, in de- nen die Werkstücke nicht bewegt werden und deren Beschickung und Entleerung durch Roboter erfolgt. Bei dieser Technik ist zwar die Lage und Ausrichtung der Werkstücke sichergestellt, da diese auf Werkstückträgern positioniert werden können. Jedoch ist dort der Weg der Werkstücke von der Entnahmestel¬ le zur Umformungseinrichtung von jedem Ofen aus anders, so dass keine sichere Reproduzierbarkeit der Verfahrzeit der Werkstücke zur Umformeinrichtung und damit die Reproduzierbarkeit der erhaltenen Bauteile gewährleistet werden kann.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Ofeneinrichtung und eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass einzelne Werkstücke oder Werkstückgruppen aus zwei oder mehr Werkstücken separat in einem gesonderten, bewegbaren Ofenmodul mit einem eigenen Modulgehäuse erwärmt werden.
In der Fachsprache werden sowohl ein einzelnes Werkstück als auch einer Werkstückgruppe mit zwei oder mehr Werkstücken als "Batch" bezeichnet. Bei erfindungsgemäß bewegbaren Ofenmodulen können ein oder mehrere Werkstücke reproduzierbar in dem Ofenmodul platziert werden, gegebenenfalls auch mit Hil¬ fe eines Werkstückträgers, der stationär in dem Ofengehäuse verankert ist.
Dann kann ein vollständiges Ofenmodul zu einem Roboter bewegt werden, wo es ebenfalls reproduzierbar zum Roboter positioniert werden kann, so dass auch die Ausrichtung des Werkstücks im Ofen bezogen auf den Roboter bekannt ist. Es gibt somit keine Verzögerung bei der Erfassung und Aufnahme eines erwärmten Werkstücks durch einen Roboter. Zudem kann der Platzbedarf gegenüber einem Durchlaufofen verringert werden.
Dabei ist es fördertechnisch günstig, wenn mehrere Ofenmodule als Modulgruppe bewegt werden.
Besonders bevorzugt werden die Ofenmodule im Wechsel zwischen einer Beladeposition, in welcher die Ofenmodule mit einem Werkstück beladen werden, und einer Übergabeposition bewegt, in welcher ein Werkstück aus den Ofenmodulen entnommen wird. Die Ofenmodule können dabei zwischen den Positionen hin und her bewegt werden, beispielsweise auf einer linearen Strecke.
Es ist jedoch besonders günstig, wenn die Ofenmodule auf einer umlaufenden Bahn bewegt werden. Der Begriff "umlaufende Bahn" ist vorliegend grundsätzlich lediglich so zu verstehen, dass die Bahn geschlossen ist, bedeutet jedoch nicht, dass die Ofenmodule auch zwingend im Umlauf und/oder nur in einer Richtung auf dieser umlaufenden Bahn bewegt werden müssen.
Vorzugsweise werden die Ofenmodule jedoch im Umlauf bewegt. In diesem Fall liegt ein effektiver Förderkreis vor, der ei¬ nen hohen Durchsatz gewährleistet, der an den Durchsatz der Umformungseinrichtung angepasst werden kann.
Fördertechnisch ist es günstig, wenn die Ofenmodule in einer horizontalen Ebene auf einer horizontal umlaufenden Bahn bewegt werden.
Alternativ können die Ofenmodule in einer vertikalen Ebene auf einer vertikal umlaufenden Bahn bewegt werden.
Bei einer weiteren Alternative können die Ofenmodule auch weitgehend auf der Stelle um eine Drehachse, insbesondere um eine vertikale Drehachse, gedreht werden. Die Beladeposition und die Übergabeposition sind dann durch die Ausrichtung der Ofenmodule bezogen auf die Drehachse definiert.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einer Ofeneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Ofeneinrichtung mehrere gesonderte, bewegbare Ofenmodule mit einem eigenen Modulgehäuse umfasst, wobei in jedem Ofenmodul ein einzelnes Werkstück oder eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehr Werkstücken erwärmbar ist.
Die Vorteile entsprechen den oben zum Verfahren erläuterten Vorteilen.
Folglich ist es günstig, wenn ein Fördersystem mit wenigs¬ tens einer Fördereinrichtung vorhanden ist, mit dem mehrere Ofenmodule als Modulgruppe bewegbar sind.
Bevorzugt ist die wenigstens eine Fördereinrichtung derart eingerichtet, dass die Ofenmodule im Wechsel zwischen einer Beladeposition, in welcher die Ofenmodule mit einem Werkstück beladen werden können, und einer Übergabeposition be¬ wegbar sind, in welcher ein Werkstück aus den Ofenmodulen entnommen werden kann.
Vorteilhaft ist die Fördereinrichtung derart eingerichtet, dass die Ofenmodule auf einer umlaufenden Bahn bewegbar sind.
Auch hier ist es günstig, wenn die umlaufende Bahn eine horizontal umlaufende Bahn in einer horizontalen Ebene ist.
Alternativ kann die umlaufende Bahn eine vertikal umlaufende Bahn in einer vertikalen Eben sein.
Eine andere Bewegungsart wird eröffnet, wenn die Förderein¬ richtung eine Dreheinrichtung umfasst, mit welcher die Ofen¬ module weitgehend auf der Stelle um eine Drehachse, insbesondere um eine vertikale Drehachse, drehbar sind.
Der Durchsatz kann effektiv erhöht werden, wenn die Fördereinrichtung wenigstens zwei Etagen umfasst, in denen Ofenmodule bewegt werden.
Um dann jede Etage individuell nutzen zu können ist es güns¬ tig, wenn für wenigstens zwei Etagen jeweils ein eigener Umlauf-Horizontalförderer vorhanden ist.
Alternativ oder ergänzend kann der Durchsatz erhöht werden, indem wenigstens zwei Ofeneinheiten vorhanden sind, welche jeweils eine Fördereinrichtung und eine zugehörige Modulgruppe umfassen. In diesem Fall werden zwei solche Ofenein¬ heiten parallel betrieben.
Bei einer Anlage der eingangs genannten Art wird die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ofeneinrichtung eine Ofeneinrichtung mit einigen oder allen der oben zur Ofeneinrichtung genannten Merkmale ist.
Die Vorteile entsprechen den oben genannten Vorteilen sinn¬ gemäß .
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens zwei Um¬ formeinrichtungen vorhanden sind, denen Werkstücke über eine gemeinsame Ofeneinheit oder mehrere Ofeneinheiten zuführbar sind, wobei eine Ofeneinheit jeweils eine Fördereinrichtung und eine zugehörige Modulgruppe umfasst. Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht einer Anlage zum Formhärten von
Werkstücken mit einer Ofeneinrichtung, die für ein jeweiliges Werkstück ein gesondertes, bewegbares Ofenmodul umfasst, wobei eine Ofeneinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe aus zwei Ofenmodulen und einen Drehtisch umfasst, auf dem die Ofenmodule in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind;
Figur 2 eine Ansicht von oben auf die Anlage von Figur 1 ;
Figur 3 eine Ansicht von oben auf eine abgewandelte Anlage mit mehreren Ofeneinheiten gemäß den Figuren 1 und 2;
Figur 4 eine Seitenansicht einer Anlage mit einer Ofeneinrichtung mit einer Ofeneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, die eine Modulgruppe aus zwei Ofenmodulen und eine Drehsäule umfasst, bei der die Ofenmodule vertikal übereinander angeordnet sind;
Figur 5 eine Ansicht von oben auf die Anlage nach Figur 4, wobei zwei Ofeneinheiten vorhanden sind;
Figur 6 eine Ansicht von oben auf eine Anlage mit einer
Ofeneinrichtung, bei der eine Ofeneinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe mit mehreren Ofenmodulen umfasst, die in einer horizontalen Ebene auf einer umlaufenden Bahn bewegbar sind; Figur 7 eine Ansicht von oben auf eine abgewandelte Anlage mit einer Ofeneinheit nach Figur 6 und einer Ofeneinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, deren Ofenmodule auf einer längeren horizontalen Umlaufbahn umlaufen;
Figur 8 eine Seitenansicht einer Anlage mit einer Ofeneinrichtung, bei der eine Ofeneinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe aus mehreren vertikal übereinander angeordneten Ofenmodulen umfasst, die auf einer linearen vertikalen Bahn verfahrbar ist;
Figur 9 eine Seitenansicht einer Anlage mit einer Ofeneinrichtung, bei der eine Ofeneinheit gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe aus mehrere Ofenmodulen umfasst, die in einer vertikalen Ebene auf einer umlaufenden Bahn bewegbar sind;
Figur 10 eine Ansicht von oben auf die Anlage nach Figur 9 wobei zwei Ofeneinheiten vorhanden sind;
Figur 11 eine Seitenansicht einer abgewandelten Anlage, die der Anlage nach den Figuren 9 und 10 entspricht und bei der die umlaufende Bahn als siebtes Ausführungsbeispiels eine Kreisbahn ist;
Figur 12 eine Ansicht von oben auf die Anlage nach Figur
11, wobei zwei Ofeneinheiten vorhanden sind;
Figur 13 eine Seitenansicht einer abgewandelten Anlage, die der Anlage nach den Figuren 11 und 12 entspricht und bei der die Ofeneinheiten als achtes Ausfüh- rungsbeispiel eine Frontabdeckung aufweisen;
Figur 14 eine Ansicht von oben auf die Anlage nach Figur
13;
Figur 15 eine Ansicht von oben auf eine abgewandelte Anlage mit einer Ofeneinheit nach den Figuren 11 und 12, wobei zwei Umformungseinrichtungen vorhanden sind;
Figur 16 eine Ansicht von oben auf eine Anlage mit einer
Ofeneinrichtung, bei der eine Ofeneinheit gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe aus mehrere Ofenmodulen umfasst, die auf einer li¬ nearen horizontalen Bahn bewegbar sind;
Figur 17 eine Ansicht von oben auf eine Anlage mit einer
Ofeneinrichtung, bei der eine Ofeneinheit gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel eine Modulgruppe mit mehreren Ofenmodulen umfasst, die in einer horizontalen Ebene auf einer umlaufenden Bahn bewegbar sind, wobei auf der Bahn eine Beladelücke verbleibt.
In den Figuren ist mit 2 insgesamt eine Anlage zum Formhärten bezeichnet, in welcher Werkstücke 4 in Bauteile 6 umge¬ formt werden. Bei den Werkstücken 4 handelt es sich beispielsweise um Werkstücke aus Stahlblech, wie es eingangs erläutert wurde.
Die Anlage 2 umfasst eine Ofeneinrichtung 8, in welcher die Werkstücke auf eine Umformtemperatur erwärmt werden. Wenn ein Werkstück 4 seine Umformtemperatur erreicht hat, wird es mit Hilfe einer Übergabeeinrichtung 10 aus der Ofeneinrichtung 8 entnommen und an eine Umformeinrichtung 12 übergeben. Diese umfasst in an und für sich bekannter Weise ein gekühl- tes Presswerkzeug 14, mit dem das Werkstück 4 in einem Um- formprozess in das Bauteil 6 umgeformt und abgeschreckt wird. Nach einer vorgegebenen Verweilzeit in dem Presswerkzeug 14, in welcher das nun erzeugte Bauteil 6 auf eine End- temperatur abkühlt, wird das Bauteil 6 freigegeben und mit Hilfe einer Entnahmeeinrichtung 16 aus der Umformeinrichtung 12 entnommen und sodann seiner weiteren Bestimmung, wie beispielsweise einer mechanischen Nachbearbeitung, zugeführt. Sowohl als Übergabeeinrichtung 10 als auch als Entnahmeeinrichtung 16 können mehrachsige Gelenkroboter 18 eingesetzt werden, wie sie an und für sich zum Handhaben von Werkstücken bekannt sind; vorliegend sind daher ein Übergaberoboter 18a und ein Entnahmeroboter 18b vorhanden.
Wie in den Figuren zu erkennen ist, umfasst die Ofeneinrichtung 8 mehrere gesonderte Ofenmodule 20 mit jeweils einem eigenen Modulgehäuse 22, welches einen Ofenraum 24 begrenzt. Gegebenenfalls werden nachfolgend verschiedene Ofenmodule auch mit 20a, 20b usw. bezeichnet. In den Figuren sind nicht immer alle Ofenmodule 20 mit Bezugszeichen versehen.
Der Ofenraum 24 ist über eine Öffnung 26 im Modulgehäuse 22 von außen zugänglich, die über einer Modultür 28 freigegeben oder verschlossen werden kann. Im Ofenraum 24 befindet sich ein Werkstückträger 30, welcher ein einzelnes Werkstück 4 oder eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehreren Werkstücken 4 beim Erwärmen lagert. Der Werkstückträger 30 stellt die einwandfreie Positionierung des oder der Werkstücke 4 bezogen auf das Ofenmodul 20 sicher. Der Werkstückträger 30 kann insbesondere aus reaktionsgebundenem siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid SiSiC gefertigt sein.
In allen Figuren sind Ofenmodule 20 veranschaulicht, in de¬ nen jeweils nur ein einzelnes Werkstück 4 erwärmbar ist. Dies spiegelt grundsätzlich den Idealfall wieder, lässt sich jedoch unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen Raum¬ bedarfs und der Durchsatzrate der Anlage 2 nicht immer verwirklichen.
Wenn daher eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehreren
Werkstücken 4 in einem Ofenmodul 20 erwärmt werden sollen, baut das Modulgehäuse 22 jeweils entsprechend höher und der Werkstückträger 30 gibt mehrere Trägeretagen vor. In diesem Fall kann das Modulgehäuse 22 auf Höhe jeder dieser Trägeretagen eine jeweilige Öffnung 26 aufweisen und für jede dieser Öffnungen 26 eine Modultür 28 umfassen.
Die Ofenmodule 20 einer Anlage 2 müssen nicht baugleich sein. Es können auch verschiedene Ofenmodule 20 vorhanden sein, deren Abmessungen, insbesondere das Volumen des Ofenraums 24 und der Querschnitt der Öffnung oder Öffnungen 26, jeweils an verschiedene Arten von Werkstücken 4 oder an eine unterschiedliche Anzahl von unterzubringenden Werkstücken 4 angepasst sind.
Jedes Ofenmodul 20 arbeitet autark und führt hierfür zumindest eine eigene Heizeinrichtung 32 mit sich. Bei der Heizeinrichtung 32 kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Heizaggregat 34 mit einer Heizspirale 36 handeln. Alternativ kommen auch IR-Strahler oder Gasbrenner oder dergleichen etablierte Heiztechniken in Betracht.
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann in dem Ofenraum 24 eines Ofenmoduls 20 noch zusätzlich eine Muffel angeordnet sein, welche den Werkstückträger 30 dicht umschließt. Die Muffel kann für eine gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen und den Ofenraum 24 und dort besonderes Komponenten der Heizeinrichtung 32 vor Verunreinigungen wie Zunder oder Beschichtungsbestandteilen schützen, die im Ofenmodul 20 von den Werkstücken 4 herabfallen können. Ein Schutz von Heizkomponenten kann ohne Muffel über eine Kapse¬ lung der fraglichen Bauteile erfolgen; mit einer Muffel ist dies nicht nötig, wodurch dieser bauliche Aufwand entfallen kann und Kosten gegebenenfalls gesenkt werden können.
Wenn eine Schutzgasatmosphäre benötigt wird, wird der
Schutzgasverbrauch verringert, da die Muffel ein kleineres Volumen hat als der Ofenraum 24. Auch müssen die Ofenwände nicht in dem Maße wie sonst üblich von Sauerstoff und Wasser befreit werden.
Jedes Ofenmodul 20 wird über ein Leitungsbündel 38 mit zum Betrieb notwendigen elektrischen oder fluiden Betriebsmitteln versorgt. Hierzu zählt insbesondere die Energie- oder BrennstoffVersorgung der Heizeinrichtung 32, wozu das Leitungsbündel entsprechend eine elektrische Leitung und/oder eine Brennstoffleitung umfasst. In besonderen Fällen kann in den Ofenmodulen 20 eine eigene Ofenatmosphäre erzeugt werden, in welcher die Werkstücke 4 erwärmt werden und welche anders als die Umgebungsatmosphäre ist. In diesem Fall um¬ fasst das Leitungsbündel auch Fluidleitungen, über welche ein Atmosphärengas in den Ofenraum 24 eingeblasen oder die Ofenatmosphäre abgesaugt werden kann. Die einzelnen Leitungen des Leitungsbündels 38 führen zu den einzelnen Versor¬ gungsquellen oder Förderkomponenten, die hier nicht eigens gezeigt sind.
Eine schematisch und nur in Figur 1 angedeutete Prozesssteuerung 40 überwacht den einwandfreien Betrieb und die Parame¬ ter der einzelnen Ofenmodule 20. Jedes Ofenmodul 20 ist zu diesem Zweck mit entsprechenden Sensoren bestückt, welche die Betriebsparameter des Ofenmoduls 20 überwachen und ent¬ sprechende Aüsgangssignale an die Prozesssteuerung 40 sen¬ den. Das Leitungsbündel 38 umfasst hierzu neben den erwähn- ten Versorgungsleitungen entsprechende Datenleitungen.
Wenn bei einem bestimmten Ofenmodul 20 eine Störung auftritt, beispielsweise wenn die Heizeinrichtung 32 eines be- stimmten Ofenmoduls 20 ausfällt, kann dieses Ofenmodul 20 selektiv erkannt werden. Das defekte Ofenmodul 20 kann dann aus dem Arbeitsprozess ausgegliedert und separat gewartet werden, ohne dass dies den sonstigen Ablauf des Umformungsprozesses merklich beeinflusst oder gar vorübergehend zu ei- nem Stillstand des Ablaufs führt.
Durch die einzelnen Ofenmodule 20 kann von jedem Werkstück 4 ein individueller Erwärmvorgang durchlaufen werden, der für jedes Werkstück 4 separat über die Prozesssteuerung 40 gesteuert werden kann.
Von den Bezugszeichen 22 bis 38 sind lediglich in Figur 1 alle gezeigt. In den übrigen Figuren sind die zugehörigen Komponenten der Übersicht halber nur dann mit Bezugzeichen versehen, wenn es im Zusammenhang mit der Beschreibung sinnvoll erscheint.
Die Ofenmodule 20 werden mit Hilfe eines Fördersystems 42 an dem Übergaberoboter 18a vorbeigeführt. Das Fördersystem 42 umfasst ein oder mehrere Fördereinrichtungen 44, von denen jede jeweils mehrere Ofenmodule 20 als Modulgruppe 46 bewegen kann. Eine Fördereinrichtung 44 und die zugehörige Modulgruppe 46 bilden wiederum' eine Ofeneinheit 48 der Ofeneinrichtung 8. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Ofen¬ einheiten 48 sind in den Figuren mit 48.1, 48.2, 48.3 usw. bezeichnet .
Allgemein ausgedrückt ist die Fördereinrichtung 44 wie eingangs erwähnt derart eingerichtet, dass die Ofenmodule 20 im Wechsel zwischen einer Beladeposition, in welcher die Ofen- module 20 mit einem Werkstück 4 beladen werden können, und einer Übergabeposition bewegt werden können, in welcher ein Werkstück 4 aus den Ofenmodulen 20 entnommen werden kann. Das Beladen kann manuell durch einen Werker oder automati- siert erfolgen; eine Beladeeinrichtung, mit welcher ein Werkstück 4 in ein Ofenmodul 20 bewegt werden kann, ist in den Figuren nicht eigens gezeigt.
Das Fördersystem 42 und die jeweiligen Fördereinrichtungen 44 sind in den Figuren nur stark schematisch veranschaulicht; Antriebs- oder Führungskomponenten oder Einrichtungen zur Energieversorgung der Fördereinrichtungen 44 sind nicht gezeigt. Der Antrieb der Ofenmodule 20 kann beispielsweise durch Ketten- oder Seilzüge erfolgen. Gegebenenfall kommt auch eine Rollenbahn in Frage, auf deren Rollen die Ofenmodule 20 abgesetzt werden, wobei die . Ofenmodule 20 gegebenenfalls seitlich geführt werden, um eine Lageveränderung wäh¬ rend des Transports zu verhindern. Auch ein jeweils von einem Ofenmodul 20 mitgeführter Antrieb kommt in Betracht, so dass die Ofenmodule 20 selbst fahrend mit einem entsprechen¬ den Fahrwerk ausgebildet sein können.
Wenn bei den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen mehrere baugleiche Ofeneinheiten 48 vorhanden sind, sind diese mit 48a, 48b usw. gekennzeichnet. Jede Ofeneinheit 48 definiert dabei eine jeweils eigene Übergabeposition und Be¬ ladeposition für die Ofenmodule 20 dieser Ofeneinheit, wobei eine Ofeneinheit 48 auch für verschiedene Ofenmodule 20 ih¬ rer Modulgruppe 46 verschiedene Übergabepositionen und Beladepositionen vorgeben kann. Dies ist beispielsweise beim weiter unten erläuterten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 der Fall.
Im Grundprinzip arbeitet die Anlage 2 derart, dass ein Ofen¬ modul 20 in der Beladeposition mit einem Werkstück 4 be- schickt wird, während der Übergaberoboter 18a ein auf seine Umformtemperatur erwärmtes Werkstück 4 aus einem Ofenmodul 20 in der Übergabeposition entnimmt.
Während sich das frisch beschickte Ofenmodul 20 in Richtung auf die Übergabeposition bewegt, wird das darin befindliche Werkstück 4 auf seine Umformtemperatur erwärmt.
Bei einer Abwandlung kann der Übergaberoboter 18a zugleich als Beladeeinrichtung arbeiten und aus einem Werkstückdepot Werkstücke 4 in Ofenmodule 20 einbringen. In diesem Fall können die Beladeposition und die Übergabeposition auch identisch sein; der Roboter entnimmt dann zunächst ein erwärmtes Werkstück 4 aus einem Ofenmodul 20, übergibt dieses Werkstück 4 an die Umformeinrichtung 12, entnimmt ein frisches Werkstück 4 aus einem Werkstückdepot und führt dieses in das nun leere Ofenmodul 20 ein.
Die Modultür 28 eines Ofenmoduls 20 kann motorisch betrieben und über einen Steuerbefehl geöffnet werden, wenn das Ofenmodul 20 seine Übergabeposition vor dem Übergaberoboter 18a erreicht. Wenn das Werkstück 4 entnommen worden ist, wird die Modultür 28 wieder geschlossen. Auf mechanischem Wege kann die Modultür 28 beispielsweise über eine Kulisse betätigt werden, bei der ein stationäres Stellglied an der Übergabeposition ein Öffnen der Modultür 28 bewirkt, wenn das Ofenmodul 20 in seine Übergabeposition gelangt. Wenn das Ofenmodul 20 wieder von der Übergabeposition weg bewegt wird, wird die Modultür 28 wieder von dem Stellglied getrennt und verschließt die Öffnung 26.
In den Figuren 1 und 2 ist nun bei einer Anlage 2 eine Ofeneinrichtung 8 mit einer Ofeneinheit 48.1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dort ist die Fördereinrichtung 44 der Ofeneinheit 48.1 ein Drehtisch 50 mit einem Drehtel- ler 52, welcher motorisch um eine vertikale Drehachse verdrehbar ist. Der Drehteller 52 trägt zwei Ofenmodule 20a, 20b, deren Modultüren 28, und damit auch deren Öffnungen 26, nach radial außen weisen. Die Modulgruppe 46 umfasst dort folglich zwei Ofenmodule 20; es können jedoch auch mehr als zwei Ofenmodule 20 auf dem Drehteller 52 positioniert sein. Die Bewegung der Ofenmodule 20 erfolgt somit in einer horizontalen Ebene auf einer horizontal umlaufenden Bahn, die auf Grund des Drehtisches 50 eine Kreisbahn ist.
Das Leitungsbündel 38 jedes Ofenmoduls 20 wird in an und für sich bekannter Weise durch Drehdurchführungen durch die Drehplatte 52 geleitet. Die Energieversorgung und Datenübertragung kann auch über Schleifkontakte erfolgen.
Das Ofenmodul 20a nimmt seine Übergabestellung ein, während das gegenüberliegende Ofenmodul 20b sich in der Beladeposition befindet. Während ein Werkstück 4 in dieses Ofenmodul 20b eingebracht wird, kann ein bereits erwärmtes Werkstück 4 aus dem Ofenmodul 20a entnommen und an die Umformeinrichtung 12 übergeben werden. Dann wird der Drehtisch 50 gedreht und das Ofenmodul 20b in die Übergabeposition und das Ofenmodul 20a in die Beladeposition bewegt. Die Drehzeit berücksich¬ tigt dabei die für die Erwärmung des Werkstücks 4 benötigte Zeit.
Figur 3 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 mehrere, im konkreten Fall vier, Ofeneinheiten 48a.1, 48b.1, 48c.1 und 48d.l mit Drehtisch 50 umfasst, die kreisförmig um den Übergaberoboter 18a herum angeordnet sind. Die Übergabe¬ positionen bei den einzelnen Ofeneinheiten 48.1 sind dabei so gewählt, dass der Zeitraum, der für die Bewegung eines Werkstücks 4 durch den Übergaberoboter 18a von einem Ofenmo¬ dul 20 in das Presswerkzeug 14 der Umformeinrichtung 12 hinein benötigt wird, stets weitgehend gleich ist, unabhängig davon, aus welcher Ofeneinheit 48.1 das Werkstück 4 entnom¬ men wurde .
So verweilen alle erwärmten Werkstücke 4 über die gleiche Dauer in der Umgebungsatmosphäre und es ist gewährleistet, dass alle nach der Umformung erhaltenen Bauteile 6 die gleiche Qualität haben, unabhängig davon, von welcher Ofeneinheit 48.1 sie stammen.
Wenn sich die Bewegungswege für verschiedene Werkstücke 4, die von unterschiedlichen Übergabepositionen stammen, zu der Umformeinrichtung 12 beträchtlich unterscheiden, kann dies durch die Prozesssteuerung 40 ausgeglichen werden, welche auch mit dem Übergaberoboter 18a kommuniziert. Dieser wird dann für jede Übergabeposition mit verschiedenen Bewegungsmustern programmiert, deren Dauer bis zur Ablage des Werkstücks 4 im Presswerkzeug 14 jedoch gleich lang ist. Dies gilt grundsätzlich für eine Anlage 2 zum Formhärten von Werkstücken und somit auch für alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen.
In Figur 4 ist bei einer Anlage 2 eine Ofeneinrichtung 8 mit einer Ofeneinheit 48.2 gemäß einem zweiten Ausführungsbei¬ spiel gezeigt^ Diese umfasst als Fördereinrichtung 44 eine Dreheinrichtung, die hier in Form einer Drehsäule 54 mit zwei Etagen 56a, 56b ausgebildet ist. Dabei werden die Ofenmodule 20 weitgehend auf der Stelle um eine vertikale Drehachse gedreht .
Auf jeder Etage 56a, 56b ist jeweils ein Ofenmodul 20a bzw. 20b angeordnet, wobei deren Modultüren 28 in entgegengesetzte Richtungen weisen und das untere Ofenmodul 20a in der E- tage 56a seine Übergabe- und das obere Ofenmodul 20b in der Etage 56b seine Beladeposition einnimmt. Allgemein weisen in der jeweiligen Beladeposition der Ofenmodule 20 deren Modul- türen 28 von dem Übergaberoboter 18a weg, wogegen sie diesem in der jeweiligen Übergabeposition zugewandt sind.
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung können in jeder Etage 56a und 56b auch mehrere Ofenmodule 20 angeordnet sein, die jeweils eine Modulgruppe 46 bilden. Dann sind die Ofenmodule 20 wieder so ausgerichtet, dass deren Modultüren 28 nach radial außen weisen. Dann ist die Bewegung der Ofenmodule 20 einer Modulgruppe 46 wieder eine Bewegung auf einer horizontal umlaufenden Bahn.
Die Höhenniveaus der Etagen 56a und 56b sind so abgestimmt, dass der Bewegungsweg, den ein Werkstück 4 aus dem unteren Ofenmodul 20a und dem oberen Ofenmodul 20b hin zu der Um¬ formeinrichtung 12 zurücklegt, im Idealfall spiegelsymmet¬ risch zu eine horizontalen Ebene ist, die auf Höhe der Position liegt, in der sich das Werkstück 4 beim Umformen in dem Presswerkzeug 14 befindet. So ist auf einfache Weise gewähr¬ leistet, dass die Werkstücke 4 die gleiche Verweildauer in der Umgebungsatmosphäre haben, unabhängig von der Etage 56a oder 5.6b. der Ofeneinheit 48.2, aus der sie entnommen werden.
Wie in Figur 4 zu erkennen ist, umfasst die Drehsäule 54 für jede Etage 56a, 56a eine Auflageplatte 58, auf welcher das jeweilige Ofenmodul 20a bzw. 20b ruht. Bei einer nicht ei¬ gens gezeigten Abwandlung kann auch auf solche Auflageplatten 58 verzichtet und zwei Ofenmodule 20 unmittelbar aufein¬ ander gestellt und aneinander befestigt sein.
Figur 5 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 mehrere, im konkreten Fall zwei, Ofeneinheiten 48a.2 und 48b.2 mit Drehsäule 54 umfasst. Diese sind bezogen auf den Übergaberoboter 18a nun derart angeordnet, dass der Zeit¬ raum, der für die Bewegung eines Werkstücks 4 durch den Übergaberoboter 18a von einem Ofenmodul 20 in das Presswerk- zeug 14 der Umformeinrichtung 12 hinein benötigt wird, stets der gleiche ist, unabhängig davon, aus welcher Drehsäule 54 und welcher deren Etagen 56a, 56b das Werkstück 4 entnommen wurde .
Figur 6 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 als drittes Ausführungsbeispiel eine Ofeneinheit 48.3 aufweist. Dort ist die Fördereinrichtung 44 als Umlauf-Horizontalförderer 60 konzipiert, mittels welchem die Ofenmodule 20 der dortigen Modulgruppe 46 in einer horizontalen Ebene auf einer horizontal umlaufenden Bahn 62 bewegt werden. Die Öff¬ nungen 26 mit den Modultüren 28 der Ofenmodule 20 weisen beim Umlauf bezogen auf die Bahn 62 stets nach radial außen.
Die Beladung der Ofenmodule 20 kann dort an verschiedenen Positionen in Umlaufrichtung abwärts von der Übergabeposition erfolgen, die zum Beispiel abhängig von der Dauer für die Erwärmung der Werkstücke 4 und der Dauer für einen vollen Umlauf eines Ofenmoduls 20 ausgewählt werden kann.
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung können auch mehrere, insbesondere zwei solcher Ofeneinheiten 48.3 mit Umlauf-Horizontalförderer 60 nebeneinander angeordnet und dem Übergaberoboter 18a zugeordnet sein, vergleichbar der Anordnung nach Figur 5, wo zwei Drehsäulen 54 vorhanden sind.
Die Übergabepositionen der Ofeneinheiten 48.3 mit Umlauf- Horizontalförderer 60 sind dann wieder so abgestimmt, dass die Verweildauer der Werkstücke 4 in der Umgebungsatmosphäre unabhängig von deren Entnahmestelle gleich groß sein kann.
Bei einer weiteren nicht eigens gezeigten Abwandlung kann die Fördereinrichtung 44 einer Ofeneinheit 48.3 auch zwei oder mehr Umlauf-Horizontalförderer 60 umfassen, die verti¬ kal übereinander angeordnet sind und Ofenmodule 20 jeweils auf Höhenniveaus fördern, die denjenigen der zwei Etagen 56a, 56b bei der Drehsäule 54 (vgl. Figur 4) entsprechen. Allgemein ausgedrückt ist für wenigstens zwei Etagen jeweils ein eigener Umlauf-Horizontalförderer 60 vorhanden und die Fördereinrichtung 44 umfasst also wenigstens zwei Etagen, in denen Ofenmodule 20 bewegt werden. Auf diese Weise können die Ofenmodule 20 pro Etage unabhängig von der oder den anderen Etagen bewegt werden. Bei eine nochmals weiteren Abwandlung, die ebenfalls nicht gezeigt ist, können auch bei einem Umlauf-Horizontalförderer 60 jeweils zwei Ofenmodule 20 mit oder ohne dazwischen befindlicher Auflageplatte übereinander angeordnet sein, wie es oben zur Drehsäule 54 erläutert wurde, so dass ein Umlauf-Etagenhorizontalförderer für die Ofenmodule 20 gebildet ist-. Bei einer solchen Fördereinrichtung 44 werden die Ofenmodule 20 aller Etagen in der gleichen Weise bewegt.
Figur 7 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 neben der Ofeneinheit 48.3 mit einem Umlauf-Horizontalförderer 60 als viertes Ausführungsbeispiel eine Ofeneinheit 48.4 umfasst, bei der die Fördereinrichtung 44 als Langstrecken-Umlauf-Horizontalförderer 64 ausgebildet ist. Mit diesem können beispielsweise längere Erwärmzeiten der Werkstücke 4 bei dennoch guter Taktzahl der Anlage 2 erreicht werden .
Gegebenenfalls können mit einem solchen Langstrecken-Umlauf- Horizontalförderer 64 auch zwei Umformeinrichtungen 12 parallel bedient werden, in denen unterschiedliche Bauteile 6 aus unterschiedlichen Werkstücken 4 gefertigt werden.
Werkstücke 4 mit langer Erwärmzeit werden dann in der Ofen¬ einheit 48.4 mit dem Langstrecken-Umlauf-Hori zontalförderer 64 erwärmt. Werkstücke 4, die für eine zweite Umformeinrichtung 12 gedacht sind, werden dann in ihrem Ofenmodul 20 an dem Übergaberoboter 18a für die nun erste Umformeinrichtung 12 vorbeigeführt und gelangen hiernach zu einer zweiten Übergabeposition. Grundsätzlich können hier beliebige horizontal umlaufende Bahnen 62 realisiert werden, die an die örtlichen Gegebenheiten und die gewünschten Prozessabläufe angepasst sein können. Auch bei dem Langstrecken-Umlauf- Horizontalförderer 64 weisen die Öffnungen 26 mit den Modultüren 28 der Ofenmodule 20 beim Umlauf bezogen auf die dortige Bahn 62 stets nach radial außen.
Wenn die gefordert Taktzahl der Anlage 2 es vorgibt, kann in der Zeit, in der das Ofenmodul 20 des Langstrecken-Umlauf- Horizontalförderers 64 an dem Übergaberoboter 18a vorbeigeführt wird, ein Werkstück 4 von dem Übergaberoboter 18a aus dem Umlauf-Horizontalförderer 60 entnommen und an die Umformeinrichtung 14 übergeben werden.
Auch können Werkstücke 4 nach dem Umformen in der Umformeinrichtung 12 entnommen und in ein leeres Ofenmodul 20 des Langstrecken-Umlauf-Horizontalförderers 64 gelegt werden, um mit diesem, zu einer weiteren Behandlungsstation gefördert zu werden. So kann das Werkstück 4 auf dem Weg dorthin erneut auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden. Bei der weite¬ ren Behandlungsstation kann es sich gegebenenfalls um eine zweite Umformeinrichtung 12 handeln, die das dann aus der ersten Umformeinrichtung 12 erhaltenen Bauteil nochmals umformt .
Allgemein gilt, dass gegebenenfalls zwei Umformeinrichtungen vorhanden sein können, denen Werkstücke über eine gemeinsame Ofeneinheit 48 oder mehrere Ofeneinheiten 48 zuführbar sind.
Figur 8 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 eine Ofeneinheit 48.5 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel umfasst. Bei dieser Ofeneinheit 48.5 umfasst die För- dereinrichtung 44 einen Linear-Vertikalförderer 66, welcher mehrere Ofenmodule 20 übereinander angeordnet aufnimmt und die so gebildete Modulgruppe 46 im Verbund auf einer linearen vertikalen Bahn bewegen kann.
Der Linear-Vertikalförderer 66 definiert somit eine Anzahl von Etagen 68a, 68b, usw., die der Anzahl der vorhandenen Ofenmodule 20 entspricht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Etagen 68a, 68b, 68c und 68d vorhanden. Die einzelnen Ofenmodule 20 ruhen auf Auflageplatten 70, auf welche gegebenenfalls verzichtet werden kann, wenn die Ofenmodule 20 unmittelbar aufeinander gestapelt werden können.
Der Übergaberoboter 18a ist auf Bodenniveau angeordnet. Da¬ mit die Ofenmodule 20 in vertikaler Richtung an dem Überga¬ beroboter 18a vorbeigeführt . werden können, ist eine Grube 72 vorhanden, in welche die Modulgruppe 46 nach unten eingefahren werden kann, so dass jedes Ofenmodul 20 in die Übergabe¬ position vor dem Übergaberoboter 18a gelangen kann.
Um die für ein Anheben der Modulgruppe 46 zu leistende Hubarbeit zu verringern, können beispielsweise auch zwei solche Modulgruppen 46 gegenläufig bewegt werden, so dass die beiden Modulgruppen 46 zueinander ein Gegengewicht bilden.
Bei der in Figur 9 gezeigten Anlage 2 umfasst die Ofeneinrichtung 8 eine Ofeneinheit 48.6 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Dort weist die Fördereinrichtung 44 einen Umlauf-Vertikalförderer 74 auf, bei dem eine Modulgruppe 46 aus mehreren Ofenmodulen 20 in einer vertikalen Umlaufebene auf einer vertikal umlaufenden Bahn 76 bewegbar sind. Die Ofenmodule 20 sind dabei derart gelagert, dass diese beim Umlauf immer horizontal ausgerichtet bleiben.
Dabei definiert die vertikal umlaufende Bahn 76 eine untere Förderstrecke 78a und eine obere Förderstrecke 78b, in denen die Ofenmodule 20 in einer horizontalen Richtung bewegt werden, und zwei diese verbindende vertikale Förderstrecken 80a, 80b, in denen die Ofenmodule 20 in einer vertikalen Richtung bewegt werden.
Die Umlaufrichtung ist durch einen Rundpfeil gekennzeichnet. Dementsprechend gelangt ein Ofenmodul 20 mit einer Horizontalbewegung auf der unteren Förderstrecke 78a in die Überga¬ beposition vor dem Übergaberoboter 18a; in Figur 9 nimmt das mit 20a bezeichnete Ofenmodul die Übergabeposition ein.
Die Ofenmodule 20 sind so ausgerichtet, dass ihre Öffnung 26 mit der Modultür 28 die vertikale Umlaufebene kreuzt, so dass die Öffnung 26 dem Übergaberoboter 18a stets zugewandt ist.
Gegebenenfalls können die Ofenmodule 20 auch um eine verti¬ kale Achse verdrehbar am Umlauf-Vertikalförderer 74 befestigt sein, so dass sie zur Beschickung mit einem Werkstück 14 derart . gedreht werden können, dass die . j eweilige Öffnung 26 parallel zur Umlaufebene angeordnet ist.
Bei einer Abwandlung können auch alle Ofenmodule 20 derart angeordnet sein, dass die Öffnungen 26 parallel zur Umlaufebene angeordnet sind, ohne dass in diesem Fall eine
Verdrehbarkeit der Ofenmodule 20 notwendig ist.
In jedem Fall wird das zur Entnahme des Werkstücks 4 zum Übergaberoboter 18a bewegte Ofenmodul 20a in eine horizonta¬ le Richtung bewegt. Dies erleichtert die korrekte Positionierung des Ofenmoduls 20 bezogen auf den Übergaberoboter 18a.
Die Beladeposition kann zum Beispiel die Position ganz oben auf der vertikalen Förderstrecke 80a über der Übergabeposition sein, die in Figur 9 von dem mit 20b bezeichneten Ofenmodul eingenommen wird. Ein Ofenmodul 20 kann jedoch auch in andere Positionen in Förderichtung weg von der Übergabeposition mit einem Werkstück 4 beladen werden.
Figur 10 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 zwei solche Ofeneinheiten 48a.6, 48b.6 mit Umlauf-Vertikalförderer 74 umfasst. Dort sind die in Figur 9 in den Förderebenen 78a und 78b zu erkennenden mittleren von jeweils drei Ofenmodulen 20 weggelassen. Die beiden Ofeneinheiten 48a.6, 48b.6 sind wieder so angeordnet, dass die Bewegungswege der Werkstücke 4 von beiden Ofeneinheiten 48a.6, 48b.6 weitgehend gleich sind.
Figur. 11 zeigt eine abgewandelte Anlage 2, bei welcher als siebtes Ausführungsbeispiel eine Ofeneinheit 48.7 ein Umlauf-Vertikalförderer 82 eine vertikal umlaufende Kreisbahn 84 vorgibt. Hierzu kann der Umlauf-Vertikalförderer 82 beispielsweise eine Art vertikales Drehkarussell 86 mit Tragarmen 88 umfassen, das um eine horizontale Achse verdreht werden kann, wobei an dem Ende jedes Tragarms 86 ein Ofenmodul 20 aufgehängt ist. Auch hier bleiben die Ofenmodule 20 beim Umlauf immer horizontal ausgerichtet.
Bei der in Figur 11 gezeigten Variante sind die Ofenmodule 20 derart angeordnet, dass die Öffnungen 26 und die Modultüren 28 parallel zur Umlaufebene angeordnet sind. Der Zugriff des Übergaberoboters 18a auf ein Ofenmodul 20a in der Über¬ gabeposition erfolgt somit gewissermaßen von der Seite her.
Figur 12 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 zwei solche Ofeneinheiten 48a.7, 48b.7 mit Umlauf-Vertikalförderer 82 umfasst. Die beiden Ofeneinheiten 48a.7, 48b.7 sind hier aufgrund des Zugangs von der Seite her seitlich versetzt zum Übergaberoboter 18a angeordnet, damit die Bewegungswege der Werkstücke 4 von beiden Ofeneinheiten 48a.7, 48b.7 weitgehend gleich sind. Figur 13 zeigt eine abgewandelte Anlage 2, bei der als achtes Ausführungsbeispiel eine Ofeneinheit 48.8 einen modifizierten Umlauf-Vertikalförderer 90 umfasst, der dem Umlauf- Vertikalförderer 82 nach Figur 11 entspricht, jedoch zusätzlich eine Frontabdeckung 92 aufweist, welche die Öffnungen 26 aller Ofenmodule 20 der Modulgruppe 46 abdeckt. In diesem Fall kann bei den Ofenmodulen 20 auf die jeweils eine oder mehreren Modultüren 28 verzichtet werden. Damit die Werkstücke 4 in die Ofenmodule 20 hinein geführt und aus diesen entnommen werden können, weist die Frontabdeckung 92 passend zur Beladeposition einen Beladedurchgang 94 und passend zur Übergabeposition einen Entnahmedurchgang 96 auf, deren Querschnitte zu den Öffnungen 26 der Modulgehäuse 22 komplementär sind.
Die Ofenmodule 20 führen in diesem Fall Dichtmittel 98 mit, die in Figur 14 gekennzeichnet sind und welche die jeweilige Öffnung 26 eines Ofenmoduls 20 umgeben und bei der Bewegung der Modulgruppe 46 gegen die Frontabdeckung 92 abdichten.
Eine funktionsmäßig entsprechende Abdeckung oder Teileinhau- sung kann auch bei den übrigen oben erläuterten Fördereinrichtungen 4 vorgesehen sein. Bei dem Drehtisch 50 und der Drehsäule 54 wäre eine solche Abdeckung beispielsweise ein Hohlzylinder und würde die jeweilige Modulgruppe 46 radial umgeben .
Figur 14 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 zwei solche Ofeneinheiten 48a.8, 48b.8 mit Umlauf-Vertikalförderer 90 und Frontabdeckung 92 umfasst. Die beiden Ofeneinheiten 48a.8, 48b.8 sind hier wieder aufgrund des Zugangs von der Seite her seitlich versetzt zum Übergaberoboter 18a angeordnet, damit die Bewegungswege der Werkstücke 4 von beiden Ofeneinheiten 48a.8, 48b.8 weitgehend gleich sind. Figur 15 zeigt nochmals eine abgewandelte Anlage 2 mit einer Ofeneinrichtung 8, bei der eine Ofeneinheit 48.7 mit einem Umlauf-Vertikalförderer 82 nach Figur 11 arbeitet. Dort sind statt einer Umformeinrichtung 12 zwei Umformeinrichtungen 12a, 12b vorhanden, was weiter oben bereits angesprochen wurde. Grundsätzlich können bei allen oben erläuterten Anlagen 2 mehr als eine Umformeinrichtung 12 vorhanden sein.
Figur 16 veranschaulicht eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 eine Ofeneinheit 48.9 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel umfasst. Bei dieser Ofeneinheit 48.9 umfasst die Fördereinrichtung 44 einen Linear-Horizontalförderer 100, welcher eine Modulgruppe 46 aus mehreren nebeneinander angeordneten Ofenmodulen 20 im Verbund auf einer linearen horizontalen Bahn bewegen kann. Die Beladeposition liegt dort seitlich neben der Übergabeposition, die von dem Ofenmodul 20a eingenommen wird. Die Beladeposition kann dabei unmittelbar neben der Übergabeposition oder auch weiter entfernt vorgesehen sein.
Figur 17 zeigt eine Anlage 2, bei der die Ofeneinrichtung 8 als zehntes Ausführungsbeispiel eine Ofeneinheit 48.10 aufweist. Dort ist die Fördereinrichtung 44 als Umlauf-Takt- Horizontalförderer 102 konzipiert, mittels welchem die Ofenmodule 20 der dortigen Modulgruppe 46 wieder in einer horizontalen Ebene auf einer horizontal umlaufenden Bahn 62 bewegt werden, wie es im Grundsatz der Ofeneinheit 48.6 nach Figur 6 entspricht. Die Öffnungen 26 mit den Modultüren 28 der Ofenmodule 20 weisen beim Umlauf bezogen auf die Bahn 62 jedoch nicht nach radial außen, sondern weisen stets in die gleiche Richtung auf den Übergaberoboter 18a zu. Bei den bislang erläuterten Umlaufförderern 60, 64, 74, 82 und 90 sind die Ofenmodule 20 der zugehörigen Modulgruppe 46 im gleichen Abstand voneinander' auf der Bewegungsbahn 62, 76 oder 84 angeordnet. Bei dem Umlauf-Kaskaden-Horizontalförderer 102 bleibt jedoch zwischen zwei Ofenmodulen 20a, 20b eine Lücke 104, so dass ein der Lücke benachbartes Ofenmodul 20a, das sich damit in der Beladeposition befindet, zum Beladen mit einem Werkstück 4 zugänglich ist.
Die Ofenmodule 20 werden dann kaskadenartig und taktweise um jeweils einen Platz verschoben, wobei bei einem Kaskadenumlauf das zuerst bewegte Ofenmodul 20 zunächst in die Lücke 102 bewegt wird. Am Ende eines Kaskadenumlaufs wird dieses Ofenmodul 20 nochmals bewegt, so dass die Lücke 102 wieder freigegeben wird.
Bei den anderen oben erläuterten Umlaufförderern 60, 64, 74, 82 können die Ofenmodule 20 kontinuierlich oder intermittierend im Umlauf bewegt werden, wobei ein Stillstand der Ofenmodule 20 in der Beladeposition und der Übergabeposition günstig ist, da so eine einwandfreie Positionierung der Werkstücke 4 in den Ofenmodulen 20 und eine präzise Entnahme der Werkstücke 4 erleichtert ist. Aber auch eine Entnahme "on the fly" kann dort realisiert werden, d.h. die Ofenmodule 20 müssen nicht zum Stillstand kommen, sondern können während ihrer Bewegung simultan mit der Roboterbewegung entladen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Formhärten von Werkstücken, bei dem die Werkstücke (4) in einer Ofeneinrichtung (8) auf eine Umformtemperatur erwärmt werden, bevor sie in einem Um- formprozess umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Werkstücke (4) oder Werkstückgruppen aus zwei oder mehr Werkstücken (4) separat in einem gesonderten, bewegbaren Ofenmodul (20) mit einem eigenen Modulgehäuse (22) erwärmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ofenmodule (20) als Modulgruppe (46) bewegt werden .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmodule (20) im Wechsel zwischen einer Beladeposition, in welcher die Ofenmodule (20) mit einem Werkstück (4) beladen werden, und einer Übergabeposition bewegt werden, in welcher ein Werkstück (4) aus den Ofenmodulen (20) entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmodule (20) auf einer umlaufenden Bahn (62, 76, 84) bewegt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmodule (20) im Umlauf bewegt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmodule (20) in einer horizontalen Ebe- ne auf einer horizontal umlaufenden Bahn (62) bewegt werden .
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- net, dass die Ofenmodule (20) in einer vertikalen Ebene auf einer vertikal umlaufenden Bahn (76, 84) bewegt werden .
8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmodule (20) weitgehend auf der Stelle um eine Drehachse, insbesondere um eine vertikale Drehachse, gedreht werden.
9. Ofeneinrichtung für eine Anlage zum Formhärten von
Werkstücken, in welcher Werkstücke (4) auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind, bevor sie in einem Umformpro- zess umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofeneinrichtung (8) mehrere gesonderte, bewegbare Ofenmodule (20) mit einem eigenen Modulgehäuse (22) um- fasst, wobei in jedem Ofenmodul (20) ein einzelnes Werkstück (4) oder eine Werkstückgruppe aus zwei oder mehr Werkstücken (4) erwärmbar ist.
10. Ofeneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fördersystem (42) mit wenigstens einer Fördereinrichtung (44) vorhanden ist, mit dem mehrere Ofenmodule (20) als Modulgruppe (46) bewegbar sind.
11. Ofeneinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fördereinrichtung (44) derart eingerichtet ist, dass die Ofenmodule (20) im Wechsel zwischen einer Beladeposition, in welcher die Ofenmodule (20) mit einem Werkstück (4) beladen werden können, und einer Übergabeposition bewegbar sind, in welcher ein Werkstück (4) aus den Ofenmodulen (20) entnommen werden kann.
12. Ofeneinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (44) derart eingerichtet ist, dass die Ofenmodule (20) auf einer umlaufenden Bahn (62, 76, 84) bewegbar sind.
13. Ofeneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Bahn (62) eine horizontal umlaufende Bahn in einer horizontalen Ebene ist.
14. Ofeneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Bahn (76, 84) eine vertikal um¬ laufende Bahn in einer vertikalen Eben ist.
15. Ofeneinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (44) eine Dreheinrichtung (54) umfasst, mit welcher die Ofenmodule. (20) weitgehend auf der Stelle um eine Drehachse, insbesondere um eine vertikale Drehachse, drehbar sind.
16. Ofeneinrichtung nach Ansprüche 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (44) wenigstens zwei Etagen umfasst, in denen Ofenmodule (20) bewegt werden.
17. Ofeneinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei Etagen jeweils eine eigener Umlauf-Horizontalförderer (60) vorhanden ist.
18. Ofeneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Ofeneinheiten (48) vorhanden sind, welche jeweils eine Fördereinrichtung (44) und eine zugehörige Modulgruppe (46) umfassen.
Anlage zum Formhärten von Werkstücken mit einer Ofeneinrichtung (8), in welcher Werkstücke (4) auf eine Umformtemperatur erwärmbar sind, und einer Umformeinrichtung (12), in welcher die erwärmten Werkstücke (4) formbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofeneinrichtung (8) eine Ofeneinrichtung nach der Ansprüche 1 bis 18 ist.
Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Umformeinrichtungen (12) vorhanden sind, denen Werkstücke über eine gemeinsame Ofeneinheit (48) oder mehrere Ofeneinheiten (48) zuführbar sind, wobei eine Ofeneinheit (48) jeweils eine Fördereinrichtung (44) und eine zugehörige Modulgruppe (46) umfasst.
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