EP3144620A1 - Wärmebehandlungsanlage - Google Patents

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Publication number
EP3144620A1
EP3144620A1 EP15185974.1A EP15185974A EP3144620A1 EP 3144620 A1 EP3144620 A1 EP 3144620A1 EP 15185974 A EP15185974 A EP 15185974A EP 3144620 A1 EP3144620 A1 EP 3144620A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
width
region
heat treatment
treatment plant
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15185974.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Winkel
Frank WILDEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schwartz GmbH
Original Assignee
Schwartz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schwartz GmbH filed Critical Schwartz GmbH
Priority to EP15185974.1A priority Critical patent/EP3144620A1/de
Priority to EP16774874.8A priority patent/EP3350528A1/de
Priority to PCT/EP2016/071450 priority patent/WO2017046033A1/de
Priority to CN201680054438.5A priority patent/CN108139160A/zh
Priority to MX2018003302A priority patent/MX2018003302A/es
Priority to US15/759,875 priority patent/US20180258506A1/en
Publication of EP3144620A1 publication Critical patent/EP3144620A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path
    • F27B9/24—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path being carried by a conveyor
    • F27B9/2407—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path being carried by a conveyor the conveyor being constituted by rollers (roller hearth furnace)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens or the like for the charge within the furnace

Definitions

  • the invention relates to a heat treatment plant, in particular a roller hearth furnace.
  • the goal is to develop vehicles with the lowest possible fuel consumption.
  • a common means of reducing fuel consumption is, for example, in the reduction of vehicle weight.
  • the body steels used have a higher strength at a lower weight. This is usually achieved by the process of so-called press-hardening.
  • a sheet metal part is heated to about 800 - 1000 ° C and then deformed in a cooled tool and quenched. The strength of the component thereby increases up to about three times.
  • a board is punched out of a coil, cold-formed and fed the thus preformed component of the heat treatment. After the heat treatment, the hot component is press fed into the press in an indirectly cooled tool. Subsequently, the components are trimmed again and sandblasted to remove any existing scaling.
  • a board is also punched out of a coil, however, there is no pre-deformation, but the board is fed directly to the furnace after the heat treatment in the hot state.
  • the hot board is deformed and simultaneously press-hardened by the cooling in the cooled tool. Subsequently, the molded components are trimmed again if necessary.
  • roller hearth furnaces are continuous furnaces in which the components to be treated are conveyed either directly or by means of goods carriers on rollers through the furnace. The rollers are usually driven.
  • continuous furnaces for this process can be equipped with inlet and outlet locks. To avoid scaling of the component surface, such a furnace can be operated with inert gas.
  • the inlet and outlet locks are used to prevent the entry of air into the oven, which usually takes place rinsing or replacement of the atmosphere in the locks. Furthermore, the locks reduce the escape of furnace atmosphere into the environment and thus also reduce the heat loss to the environment.
  • Continuous furnaces for this process must be equipped with a product carrier return conveyor system to ensure the circulation of product carriers. In the furnaces, for example, ceramic conveyor rollers are used. Only the infeed and outfeed tables and the goods carrier return conveyor are equipped with metallic conveyor rollers in this case. Depending on the application but also conveyor rollers made of other materials are possible.
  • the use of goods carriers can be omitted. Therefore, the construction is somewhat simpler than that of the furnaces for the indirect process.
  • the boards can be placed directly on ceramic conveyor rollers in the direct process and be conveyed through the oven.
  • These ovens can be operated with and without inert gas. Again, the oven housing is designed as standard gas-tight.
  • Another advantage of this type is the positive effect of the conveyor roller on the uniform heating of the metal parts to be treated to see: heated by the furnace heating with stationary rollers heated by radiation and heat conduction transported on them and therefore in contact with them in contact metal part ,
  • these ovens are operated with a significantly lower energy consumption, since there are no goods carriers that can cool down on the return transport after the oven flow and must therefore be reheated in the oven in a new run again.
  • the direct method is therefore preferably used with the use of continuous furnaces.
  • the plates used in vehicle construction should not rust as much as possible. Also, scaling should be avoided during the machining process, since such scaling for further processing, at the latest before the welding or painting process, must be removed consuming and costly.
  • untreated steel sheets would inevitably scale up under the high temperatures required in press-hardening in the presence of oxygen, it is common to use coated sheets and / or to carry out the heat treatment process in the absence of oxygen.
  • AlSi aluminum-silicon
  • the ovens can be heated in different ways.
  • the heating is usually with burners, which are operated with fossil materials, such as gas. But other types of heating such as electric radiant heaters are possible.
  • roller hearth furnaces therefore have a maximum internal width of about 2 , 70 m up, ie a component to be heat treated in this roller hearth furnace may not have more than about 2,500 mm in one direction, the widthwise direction.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat treatment plant for the heat treatment of metallic components with a larger useful width.
  • the heat treatment plant according to the invention has rollers for the passage of a heat-treated component through the heat treatment plant.
  • the component can have a steel material, for example 22MnB5, and be coated or uncoated. Suitable coatings include, for example, aluminum-silicon (AlSi) coatings, zinc alloy coatings, for example zinc-nickel coatings or a scale protection paint.
  • AlSi aluminum-silicon
  • the heat treatment plant according to the invention has a work space with a first region having a width B1 and a second region having a width B2, wherein in the first region, the rollers are arranged and wherein the width B2 is greater than the width B1. Width is understood here and below the dimension transverse to the direction of the furnace.
  • the width B1 is dimensioned such that the rollers have a length at which they even at a temperature prevailing in the oven for the heat treatment of metallic components such have mechanical stability that, for example, their deflection remains in the loaded state within reasonable tolerances.
  • the second region of the useful space extends with a greater width B2, so that components with a maximum width B2 greater than B1 can also be heat-treated.
  • the first area with the rollers is thus arranged in the lower region of the work space, so that a component can be transported directly or on a goods carrier on at least one role lying by the heat treatment plant.
  • the heat treatment plant according to the invention has a graded useful chamber width, so that on the one hand the criterion of limited due to the mechanical strength roll length, on the other hand, the criterion of heat-treatability of a wider component is met.
  • the heat treatment system further comprises a product carrier, wherein the product carrier has a first and a second region having a width W1 and a third region having a width W2, the width W1 being smaller than the width B1 of the first region of the useful space and the width W2 is smaller than the width B2 of the second region of the work space, and wherein the product support is in contact with at least one of the rollers with its first region.
  • the product carrier has a likewise graduated profile, with components that are wider than the width B1 of the first usable-space region being receivable with the second, wider region of the product carrier.
  • the second region of the goods carrier serves as height compensation and the third region of the goods carrier is designed as a support of the component.
  • the word height compensation here means balancing the different distances of the working level of the heat treatment plant, ie the level of the upper peripheral lines of the rollers, and the level in which widened the useful space, for example, a hall floor on which the heat treatment plant is placed.
  • the useful space of the heat treatment plant widened in its second area relative to the first area, wherein the second area is arranged above the first area.
  • the third Area of the goods carrier which comes in contact with the component during operation, contains a ceramic material.
  • the first area of the goods carrier is in operation of the heat treatment plant on at least one role.
  • the heat treatment plant has at least one heat source in the first region and at least one further heat source in the second region of the useful space.
  • the at least one heat source arranged in the first region of the useful space can be arranged below the rollers, for example.
  • gas burners with flame tubes are provided as heat sources.
  • Gas burners are characterized by their energy efficiency.
  • a gas infrastructure is usually present in the production facilities for the heat treatment of metallic components. All other heat sources, such as radiant electric heat sources are also possible.
  • a plurality of heat sources are arranged in the second region of the work space, wherein the plurality of heat sources are arranged one behind the other in the oven flow direction and protrude alternately from the lateral boundaries of the work space into the second region of the work space.
  • burners for fossil fuels in flame tubes in which the flame burns.
  • the flame tubes may have a shorter length, so that bending or one-sided bending effects do not reach a critical magnitude, and nevertheless allow component heating to be sufficiently homogeneous over the width of the component.
  • At least at least one roller has a ceramic material.
  • all roles have a ceramic material in the working space and only the rollers in the inlet and outlet zones, in which lower temperatures prevail in furnace operation as in the furnace, made of other materials, such as a steel material exist. If the rollers have a ceramic material, they can be more heat-resistant than steel rollers.
  • the heat treatment plant has an inlet and an outlet lock.
  • the furnace operation is also possible for highly curved in the space preforms for the indirect process with inert gas without escaping gas to a significant extent in the ambient atmosphere.
  • inert gas escaping into the ambient atmosphere could have harmful health consequences for any operating personnel exposed to the ambient atmosphere; on the other hand, the usual protective gases are relatively expensive, so that the escape of protective gas from the heat treatment plant would have negative economic consequences.
  • the furnace atmosphere may also contain dried air, the escape of which would also have at least a negative economic effect.
  • locks can minimize the heat loss of the heat treatment plant. If, on the other hand, the heat treatment plant is to be operated for flat blanks or preforms, for example with an air atmosphere, the locks do not interfere.
  • the heat treatment plant according to the invention is suitable for processing boards on goods carriers in direct process, which are treated in the second, wider area of the work space.
  • the heat treatment plant is also suitable for treating preforms on goods carriers in the indirect process in the second, wider area of the work space with heat.
  • both boards can be processed on goods carriers in direct or preformed on goods carriers in the indirect process.
  • the boards or pre-molded parts do not extend beyond the width B1 of the first usable space area, they can be processed in the second, wide area of the work space or also in the first, narrower area of the work space.
  • an alternative goods carrier in which at least the second area for height compensation is missing or very short, must be used.
  • This may have a third region for supporting the component, for example of a ceramic material, in which case this third region has a width which is smaller than the width of the first region of the usable space B1. In this case, however, the components can also be placed directly on the first area of the goods carrier.
  • the heat treatment system according to the invention can also be used to hang boards without goods carrier in the first area of the usable space directly on the rollers and to process in a direct process.
  • Fig. 1 a cross section through a heat treatment system 100 according to the invention is shown.
  • the heat treatment plant 100 has rollers 101 for the passage of a heat-treatment component 150 through the heat treatment plant 100.
  • the heat treatment system 100 has a work space 110 with a first area 111 having a width B1 and a second area 112 having a width B2, wherein the rollers 101 are arranged in the first area 111 and the width B2 is greater than the width B1 ,
  • the width B1 may be 2,500 mm, while the width B2 may be 3,500 mm, for example.
  • the heat treatment system 100 further comprises a product carrier 120, wherein the product carrier 120 has a first region 121 and a second region 122 having a width W1 and a third region 123 a width W2, wherein the width W1 is smaller than the width B1 of the first area 111 of the work space 110 and the width W2 is smaller than the width B2 of the second area 112 of the work space 110 and wherein the goods carrier 120 with its first portion 121 in contact with at least one of the rollers 101 stands.
  • the second area 122 is used for height compensation and the third area 123 of the support of the component 150. Overall, the heights of the three areas 121, 122, 123 add to the height of the goods carrier HW, which may be 420 mm, for example.
  • the product carrier 120 On the third area 123 of the product carrier 120 is a preform part as a component 150, which has, for example, a thickness HB of, for example, 200 mm.
  • the product carrier 120 has a first region 121, with which the product carrier 120 is in contact with at least one roller 101, a second region 122 for height compensation and a third region 123 for supporting the component 150.
  • the heat treatment plant 100 has a working height AH, for example 1150 mm.
  • the height of the upper circumferential line of the rollers 101 is understood as the working height, ie the height at which the goods carriers 120 or the components 150 run through the heat treatment system 100 during operation without goods carriers 120, measured from a base, for example a hall floor, on the the heat treatment plant 100 is set up.
  • the heat treatment plant 100 has heat sources 102 in the form of gas burners with flame tubes in the first region 111 as well as in the second region 112 of the work space 110.
  • heat sources 102 in the form of gas burners with flame tubes in the first region 111 as well as in the second region 112 of the work space 110.
  • the gas burners in the second region 112 of the work space 110 are arranged one behind the other in the direction of the passage of the oven and protrude alternately from the lateral boundaries 115 of the work space into the second region of the work space 110.
  • the heat treatment system 100 has a stepped usable space width B1, B2.
  • the heat treatment plant 100 is suitable for processing components 150 in the form of boards on goods carriers 120 in the direct process, which are treated in the second, wider area 112 of the work space 110.
  • the heat treatment plant 100 is also suitable for producing components 150 in the form of preforms on product carriers 120 in the indirect process in the second, wider To treat area 112 of the work space 110 with heat.
  • components 150 in the form of blanks as well as in the form of preforms which have a width which does not extend beyond the width B1 of the first usable space 111 can be placed on goods carriers 120 in the second, wide region 112 of the work space 110 or also in the first, narrower region 111 of the work space 110 are processed. If the components 150 are to be processed in the first region 111, an alternative product carrier 120, in which at least the second region 122 for height compensation is missing or has only a very short design, must be used. This may have a third region 123 for supporting the component 150, for example of a ceramic material, in which case this third region 123 has a width which is smaller than the width B1 of the first region 111 of the work space 110. In this case, however, the components 150 can also be placed directly on the first region 121 of the goods carrier 120.
  • the heat treatment system 100 can also be used to place components 150 in the form of circuit boards without product carrier 120 in the first region 111 of the work space 110 directly on the rollers 101 and process them in the direct process.

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Abstract

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage, insbesondere einen Rollenherdofen.
  • Im Bereich der Fahrzeugindustrie ist es das Bestreben, Fahrzeuge mit einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu entwickeln. Ein übliches Mittel zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs liegt dabei beispielsweise in der Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Um jedoch steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, müssen die verwendeten Karosseriebaustähle bei geringerem Gewicht eine höhere Festigkeit aufweisen. Dies wird üblicherweise durch den Prozess des sogenannten Presshärtens erreicht. Dabei wird ein Blechteil auf etwa 800 - 1000°C erwärmt und anschließend in einem gekühlten Werkzeug verformt und abgeschreckt. Die Festigkeit des Bauteils nimmt dadurch bis auf etwa das Dreifache zu.
  • Aus Gründen der Prozesssicherheit und der Wirtschaftlichkeit haben sich Durchlauföfen für die Wärmebehandlung durchgesetzt. Dabei werden die zu behandelnden Metallteile kontinuierlich durch den Ofen hindurchgefördert.
  • Beim Presshärten unterscheidet man grundsätzlich das direkte und das indirekte Verfahren.
  • Beim indirekten Verfahren wird eine Platine aus einem Coil herausgestanzt, kalt verformt und das so vorgeformte Bauteil der Wärmebehandlung zugeführt. Nach der Wärmebehandlung wird das heiße Bauteil der Presse zugeführt in einem indirekt gekühlten Werkzeug pressgehärtet. Anschließend werden die Bauteile noch einmal getrimmt und zur Entfernung eventuell vorhandener Verzunderungen gesandstrahlt. Beim direkten Verfahren wird ebenfalls eine Platine aus einem Coil herausgestanzt, allerdings findet hier keine Vorverformung statt, sondern die Platine wird nach der Wärmebehandlung im heißen Zustand direkt dem Ofen zugeführt. In einem indirekt beispielsweise wassergekühlten Werkzeug wird die heiße Platine verformt und durch die Abkühlung im gekühlten Werkzeug gleichzeitig pressgehärtet. Anschließend werden die geformten Bauteile noch einmal erforderlichenfalls getrimmt.
  • Für beide Verfahren haben sich aus Gründen der Prozesssicherheit und der Wirtschaftlichkeit sogenannte Rollenherdöfen durchgesetzt. Rollenherdöfen sind Durchlauföfen, bei denen die zu behandelnden Bauteile entweder direkt oder mittels Warenträgern auf Rollen durch den Ofen hindurch gefördert werden. Die Rollen sind üblicherweise angetrieben.
  • Da die Bauteile beim indirekten Prozess vorgeformt sind, müssen sie auf Grund ihrer komplexen Form auf Warenträgern durch den Ofen gefördert bzw. in die Ofenkammer verbracht werden. Weiterhin können Durchlauföfen für dieses Verfahren mit Ein- und Auslaufschleusen ausgerüstet sein. Um eine Verzunderung der Bauteiloberfläche zu vermeiden, kann ein solcher Ofen mit Schutzgas betrieben werden. Die Ein- und Auslaufschleusen dienen zur Vermeidung des Lufteintrittes in den Ofen, wobei üblicherweise ein Spülen beziehungsweise Austausch der Atmosphäre in den Schleusen erfolgt. Weiterhin vermindern die Schleusen den Austritt von Ofenatmosphäre in die Umgebung und vermindern damit auch den Wärmeverlust an die Umgebung. Durchlauföfen für dieses Verfahren müssen mit einem Warenträger-Rückfördersystem ausgestattet werden, um den Kreislauf der Warenträger zu gewährleisten. In den Öfen werden beispielsweise keramische Förderrollen eingesetzt. Nur die Ein- und Auslauftische sowie der Warenträgerrückförderer sind in diesem Fall mit metallischen Förderrollen ausgestattet. Je nach Anwendungsfall sind aber auch Förderrollen aus anderen Materialien möglich.
  • Bei Durchlauföfen für das direkte Verfahren kann der Einsatz von Warenträgern entfallen. Daher ist die Konstruktion etwas einfacher als die der Durchlauföfen für den indirekten Prozess. Statt mittels Warenträger befördert zu werden, können die Platinen beim direkten Verfahren unmittelbar auf keramische Förderrollen aufgelegt und durch den Ofen gefördert werden. Diese Öfen können mit und ohne Schutzgas betrieben werden. Auch hier ist das Ofengehäuse serienmäßig gasdicht ausgeführt. Ein weiterer Vorteil dieser Bauart ist in dem positiven Effekt der Förderrolle auf die gleichmäßige Erwärmung der zu behandelnden Metallteile zu sehen: Die durch die Ofenheizung mit aufgewärmten ortsfesten Rollen erwärmen über Strahlung und Wärmeleitung das auf ihnen transportierte und daher mit ihnen in Kontakt stehende Metallteil zusätzlich auf. Darüber hinaus sind diese Öfen mit einem deutlich niedrigeren Energieeinsatz zu betreiben, da es keine Warenträger gibt, die auf dem Rücktransport nach dem Ofendurchlauf auskühlen können und daher im Ofen bei einem erneuten Durchlauf wieder mit aufgeheizt werden müssen. Das direkte Verfahren wird daher mit der Verwendung von Durchlauföfen bevorzugt verwendet.
  • Die im Fahrzeugbau verwendeten Bleche sollen möglichst nicht rosten. Auch soll eine Verzunderung während des Bearbeitungsprozesses vermieden werden, da solche Verzunderungen zur Weiterverarbeitung, spätestens vor dem Schweiß- oder Lackierprozess, aufwändig und kostspielig entfernt werden müssen. Da unbehandelte Stahlbleche aber bei den beim Presshärten erforderlichen hohen Temperaturen unter Anwesenheit von Sauerstoff unweigerlich verzundern würden, ist es üblich, beschichtete Bleche zu verwenden und / oder den Wärmebehandlungsprozess bei Abwesenheit von Sauerstoff durchzuführen. Dabei können beispielsweise Aluminium-Silizium-(AlSi-)beschichtete Bleche verwendet werden. Auch andere Beschichtungen, wie beispielsweise Zinklegierungsüberzüge, beispielsweise Zink-Nickel-Beschichtungen, sind möglich. Die Beschichtung verhindert das Rosten der Bleche, ebenso wie ein Verzundern der heißen Bleche während des Transfers von dem Ofen zur Presse.
  • Die Öfen können auf unterschiedliche Art beheizt werden. Üblich ist die Beheizung mit Brennern, die mit fossilen Stoffen, beispielsweise Gas, betrieben werden. Aber auch andere Beheizungsarten wie beispielsweise elektrische Strahlungsheizungen sind möglich.
  • Die Rollen eines Rollenherdofens sind üblicherweise an ihren Enden drehbar gelagert, beispielsweise in den seitlichen Begrenzungswänden des Ofens. Dabei treten Schwierigkeiten auf, die Lagerung wegen der im Ofen herrschenden großen Temperaturen und der teilweise aggressiven Gase der Ofenatmosphäre für lange, wirtschaftliche Wartungsintervalle auszulegen. Lösungsvorschläge in Form von gasdichten und gekühlten Lagerungen in den Ofenwänden sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE10 2011 006 171 A1 bekannt.
  • Ein weiteres Problem stellt die wegen der mechanischen Festigkeit der Rollen - gerade bei Einfluss der für die Wärmebehandlung metallischer Bauteile beispielsweise für das Presshärteverfahren erforderlichen hohen Temperaturen in dem Rollenherdofen - begrenzte Baubreite von Rollenherdöfen dar. Heute übliche Rollenherdöfen weisen daher eine maximale Innenbreite von ca. 2,70 m auf, d.h. ein in diesem Rollenherdofen Wärme zu behandelndes Bauteil darf in einer Richtung, der Breitenrichtung, nicht mehr als ca. 2.500 mm aufweisen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wärmebehandlungsanlage für die Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen mit einer größeren Nutzbreite anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wärmebehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Wärmebehandlungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 9.
  • Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage weist Rollen für den Durchlauf eines Wärme zubehandelnden Bauteils durch die Wärmebehandlungsanlage auf. Das Bauteil kann dabei einen Stahlwerkstoff, beispielsweise 22MnB5, aufweisen und beschichtet oder unbeschichtet sein. Als Beschichtung kommen dabei beispielsweise Aluminium-Silizium-(AlSi)-Beschichtungen, Zinklegierungsüberzüge, beispielsweise Zink-Nickel-Beschichtungen oder ein Zunderschutzlack in Betracht. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage einen Nutzraum mit einem ersten Bereich mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich mit einer Breite B2 auf, wobei in dem ersten Bereich die Rollen angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1. Unter Breite wird hier und im Folgenden die Dimension quer zur Ofendurchlaufrichtung verstanden. Die Breite B1 ist dabei so bemessen, dass die Rollen eine Länge aufweisen, bei der sie auch bei einer im Ofen herrschenden Temperatur für die Wärmebehandlung metallischer Bauteile noch eine solche mechanische Stabilität aufweisen, dass beispielsweise ihre Durchbiegung auch im belasteten Zustand innerhalb vertretbarer Toleranzen verbleibt. Oberhalb des ersten Bereichs des Nutzraums erstreckt sich der zweite Bereich des Nutzraums mit größerer Breite B2, so dass auch Bauteile mit einer maximalen Breite B2 größer B1 wärmebehandelbar sind. Der erste Bereich mit den Rollen ist also im unteren Bereich des Nutzraums angeordnet, so dass ein Bauteil direkt oder auf einem Warenträger auf mindestens einer Rolle aufliegend durch die Wärmebehandlungsanlage transportierbar ist. Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage eine abgestufte Nutzraumbreite auf, so dass einerseits das Kriterium der wegen der mechanischen Festigkeit begrenzten Rollenlänge, andererseits das Kriterium der Wärmebehandelbarkeit auch eines breiteren Bauteils erfüllt ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Wärmebehandlungsanlage weiterhin einen Warenträger auf, wobei der Warenträger einen ersten und einen zweiten Bereich mit einer Breite W1 und einen dritten Bereich mit einer Breite W2 aufweist, wobei die Breite W1 kleiner als die Breite B1 des ersten Bereichs des Nutzraums und die Breite W2 kleiner als die Breite B2 des zweiten Bereichs des Nutzraums ist und wobei der Warenträger mit seinem ersten Bereich in Kontakt mit mindestens einer der Rollen steht. Der Warenträger weist mit anderen Worten ein ebenfalls abgestuftes Profil auf, wobei mit dem zweiten, breiteren Bereich des Warenträgers, Bauteile, die breiter als die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs sind, aufnehmbar sind.
  • Es hat sich vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Bereich des Warenträgers als Höhenausgleich dient und der dritte Bereich des Warenträgers als Auflage des Bauteils ausgebildet ist. Das Wort Höhenausgleich bedeutet dabei den Ausgleich der unterschiedlichen Entfernungen der Arbeitsebene der Wärmebehandlungsanlage, d.h. der Ebene der oberen Umfangslinien der Rollen, und der Ebene, in der sich der Nutzraum verbreitert, gegenüber beispielsweise einem Hallenboden, auf dem die Wärmebehandlungsanlage aufgestellt ist. Der Nutzraum der Wärmebehandlungsanlage verbreitert sich in seinem zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich, wobei der zweite Bereich oberhalb des ersten Bereichs angeordnet ist. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der dritte Bereich des Warenträgers, der im Betrieb in Kontakt mit dem Bauteil kommt, einen keramischen Werkstoff enthält. Der erste Bereich des Warenträgers liegt im Betrieb der Wärmebehandlungsanlage auf mindestens einer Rolle auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Wärmebehandlungsanlage mindestens eine Wärmequelle im ersten Bereich und mindestens eine weitere Wärmequelle im zweiten Bereich des Nutzraums auf. Die mindestens eine im ersten Bereich des Nutzraums angeordnete Wärmequelle kann beispielsweise unterhalb der Rollen angeordnet sein. Durch das Vorsehen von jeweils mindestens einer Wärmequelle im ersten und im zweiten Bereich des Nutzraums wird ein Wärme zu behandelndes Bauteil von beiden Seiten, d.h. von oben und von unten erwärmt, wodurch eine besonders schnelle und homogene Aufheizung des Bauteils gegeben ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind als Wärmequellen Gasbrenner mit Flammrohren vorgesehen. Gasbrenner zeichnen sich durch ihre Energieeffizienz aus. Darüber hinaus ist eine Gasinfrastruktur üblicherweise in den Produktionsstätten für die Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen vorhanden. Alle anderen Wärmequellen, wie beispielsweise elektrische Strahlungswärmequellen sind ebenso möglich.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im zweiten Bereich des Nutzraums mehrere Wärmequellen angeordnet sind, wobei die mehreren Wärmequellen in Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind und alternierend von den seitlichen Begrenzungen des Nutzraums in den zweiten Bereich des Nutzraums ragen. Üblicherweise wirken Brenner für fossile Brennstoffe in Flammrohre, in denen die Flamme brennt. Durch diese Ausführungsform können die Flammrohre trotz der möglichen großen Breite B2 des zweiten Bereichs des Nutzraums eine kürzere Länge aufweisen, so dass Durchbiege- beziehungsweise einseitige Biegeeffekte keine kritische Größenordnung erreichen, und trotzdem eine über der Breite des Bauteils ausreichend homogene Bauteilaufheizung ermöglichen.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest zumindest eine Rolle einen keramischen Werkstoff aufweist. Insbesondere ist von Vorteil, wenn alle Rollen im Nutzraum einen keramischen Werkstoff aufweisen und nur die Rollen in der Ein- und Auslaufzone, in denen im Ofenbetrieb niedrigere Temperaturen als im Ofennutzraum herrschen, aus anderen Werkstoffen, beispielsweise einem Stahlwerkstoff, bestehen. Weisen die Rollen einen keramischen Werkstoff auf, können sie wärmeformbeständiger als Stahlrollen sein.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wärmebehandlungsanlage eine Eingangs- und eine Ausgangsschleuse auf. Durch die Schleusen ist der Ofenbetrieb auch für stark im Raum gekrümmte Vorformteile für den indirekten Prozess auch mit Schutzgas möglich, ohne dass Schutzgas in nennenswertem Umfang in die Umgebungsatmosphäre entweicht. Einerseits könnte in die Umgebungsatmosphäre entweichendes Schutzgas schädliche gesundheitliche Folgen für etwaiges Bedienpersonal, das der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist, haben, andererseits sind die üblichen Schutzgase relativ teuer, so dass das Entweichen von Schutzgas aus der Wärmebehandlungsanlage negative wirtschaftliche Folgen hätte. Die Ofenatmosphäre kann auch getrocknete Luft enthalten, deren Entweichen zumindest ebenfalls einen negativen wirtschaftlichen Effekt hätte. Darüber hinaus können Schleusen durch die Minimierung des Atmosphärentauschs zwischen Wärmebehandlungsanlage und Umgebung den Wärmeverlust der Wärmebehandlungsanlage minimieren. Soll die Wärmebehandlungsanlage hingegen für flache Platinen oder Vorformteile beispielsweise mit einer Luftatmosphäre betrieben werden, stören die Schleusen nicht.
  • Die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage ist geeignet zur Verarbeitung von Platinen auf Warenträgern im direkten Prozess, die im zweiten, breiteren Bereich des Nutzraums behandelt werden. Ebenso ist die Wärmebehandlungsanlage aber auch dazu geeignet, Vorformteile auf Warenträgern im indirekten Prozess im zweiten, breiteren Bereich des Nutzraums mit Wärme zu behandeln.
  • Weiterhin können sowohl Platinen auf Warenträgern im direkten oder Vorformteile auf Warenträgern im indirekten Prozess verarbeitet werden. Dabei können die Platinen oder Vorformteile, auch wenn sie nicht über die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs hinausgehen, im zweiten, breiten Bereich des Nutzraums oder auch im ersten, schmaleren Bereich des Nutzraums verarbeitet werden. Sollen die Bauteile im ersten Bereich des Nutzraums verarbeitet werden, muss ein alternativer Warenträger, bei dem zumindest der zweite Bereich für den Höhenausgleich fehlt oder nur sehr kurz ist, eingesetzt werden. Dieser kann einen dritten Bereich zur Auflage des Bauteils, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aufweisen, wobei in diesem Fall dieser dritte Bereich eine Breite aufweist, die kleiner der Breite des ersten Bereichs des Nutzraums B1 ist. Die Bauteile können in diesem Fall aber auch unmittelbar auf ersten Bereich des Warenträgers aufgelegt werden.
  • Schließlich kann die erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage auch dazu genutzt werden, Platinen ohne Warenträger im ersten Bereich des Nutzraums unmittelbar auf die Rollen aufzulegen und im direkten Prozess zu verarbeiten.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels anhand der Abbildung.
  • Von den Abbildungen zeigt:
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage
  • In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsanlage 100 gezeigt. Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist Rollen 101 für den Durchlauf eines Wärme zu behandelnden Bauteils 150 durch die Wärmebehandlungsanlage 100 auf. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsanlage 100 einen Nutzraum 110 mit einem ersten Bereich 111 mit einer Breite B1 und einem zweiten Bereich 112 mit einer Breite B2 auf, wobei in dem ersten Bereich 111 die Rollen 101 angeordnet sind und wobei die Breite B2 größer ist als die Breite B1. Die Breite B1 kann beispielsweise 2.500 mm betragen, während die Breite B2 beispielsweise 3.500 mm betragen kann. Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist weiterhin einen Warenträger 120 auf, wobei der Warenträger 120 einen ersten Bereich 121 und einen zweiten Bereich 122 mit einer Breite W1 und einen dritten Bereich 123 mit einer Breite W2 aufweist, wobei die Breite W1 kleiner als die Breite B1 des ersten Bereichs 111 des Nutzraums 110 und die Breite W2 kleiner als die Breite B2 des zweiten Bereichs 112 des Nutzraums 110 ist und wobei der Warenträger 120 mit seinem ersten Bereich 121 in Kontakt mit mindestens einer der Rollen 101 steht. Der zweite Bereich 122 dient zum Höhenausgleich und der dritte Bereich 123 der Auflage des Bauteils 150. Insgesamt addieren sich die Höhen der drei Bereich 121, 122, 123 zur Höhe des Warenträgers HW, die beispielsweise 420 mm betragen kann. Auf dem dritten Bereich 123 des Warenträgers 120 liegt ein Vorformteil als Bauteil 150 auf, der beispielsweise eine Dicke HB von beispielsweise 200 mm aufweist. Der Warenträger 120 weist einen ersten Bereich 121, mit dem der Warenträger 120 in Kontakt mit mindestens einer Rolle 101 steht, einen zweiten Bereich 122 zum Höhenausgleich und einen dritten Bereich 123 zur Auflage des Bauteils 150 auf. Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist eine Arbeitshöhe AH, beispielsweise 1.150 mm, auf. Dabei wird unter Arbeitshöhe die Höhe der oberen Umfangslinie der Rollen 101 verstanden, d.h. die Höhe, auf der die Warenträger 120 beziehungsweise die Bauteile 150 bei Betrieb ohne Warenträger 120 durch die Wärmebehandlungsanlage 100 hindurch laufen, gemessen von einer Basis, beispielsweise einem Hallenboden, auf dem die Wärmebehandlungsanlage 100 aufgestellt ist.
  • Die Wärmebehandlungsanlage 100 weist Wärmequellen 102 in Form von Gasbrennern mit Flammrohren im ersten Bereich 111 als auch im zweiten Bereich 112 des Nutzraums 110 auf. Durch diese Anordnung ist eine homogene Aufheizung des Bauteils 150 durch Wärmeeinbringung von oben und von unten gegeben. Die Gasbrenner im zweiten Bereich 112 des Nutzraums 110 sind in Ofendurchlaufrichtung hintereinander angeordnet und ragen alternierend von den seitlichen Begrenzungen 115 des Nutzraums in den zweiten Bereich des Nutzraums 110 hinein.
  • Somit weist die Wärmebehandlungsanlage 100 eine abgestufte Nutzraumbreite B1, B2 auf. Damit ist die Wärmebehandlungsanlage 100 geeignet zur Verarbeitung von Bauteilen 150 in Form von Platinen auf Warenträgern 120 im direkten Prozess, die im zweiten, breiteren Bereich 112 des Nutzraums 110 behandelt werden. Ebenso ist die Wärmebehandlungsanlage 100 aber auch dazu geeignet, Bauteile 150 in Form von Vorformteilen auf Warenträgern 120 im indirekten Prozess im zweiten, breiteren Bereich 112 des Nutzraums 110 mit Wärme zu behandeln. Weiterhin können Bauteile 150 in Form von Platinen als auch in Form von Vorformteilen, die eine nicht über die Breite B1 des ersten Nutzraumbereichs 111 hinausgehende Breite aufweisen, auf Warenträgern 120 im zweiten, breiten Bereich 112 des Nutzraums 110 oder auch im ersten, schmaleren Bereich 111 des Nutzraums 110 verarbeitet werden. Sollen die Bauteile 150 im ersten Bereich 111 verarbeitet werden, muss ein alternativer Warenträger 120, bei dem zumindest der zweite Bereich 122 für den Höhenausgleich fehlt oder nur sehr kurz ausgeführt ist, eingesetzt werden. Dieser kann einen dritten Bereich 123 zur Auflage des Bauteils 150, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff, aufweisen, wobei in diesem Fall dieser dritte Bereich 123 eine Breite aufweist, die kleiner der Breite B1 des ersten Bereichs 111 des Nutzraums 110 ist. Die Bauteile 150 können in diesem Fall aber auch unmittelbar auf den ersten Bereich 121 des Warenträgers 120 aufgelegt werden.
  • Schließlich kann die Wärmebehandlungsanlage 100 auch dazu genutzt werden, Bauteile 150 in Form von Platinen ohne Warenträger 120 im ersten Bereich 111 des Nutzraums 110 unmittelbar auf die Rollen 101 aufzulegen und im direkten Prozess zu verarbeiten.
  • Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
    • Bezugszeichenliste:
    • 100
    Wärmebehandlungsanlage
    101
    Rolle
    102
    Wärmequelle
    110
    Nutzraum
    111
    erster Bereich des Nutzraums
    112
    zweiter Bereich des Nutzraums
    115
    seitliche Nutzraumbegrenzung
    120
    Warenträger
    121
    erster Bereich des Warenträgers
    122
    zweiter Bereich des Warenträgers
    123
    dritter Bereich des Warenträgers
    150
    Bauteil
    B1
    Breite des ersten Bereichs des Nutzraums
    B2
    Breite des zweiten Bereichs des Nutzraums
    HB
    Bauteilhöhe
    HW
    Warenträgerhöhe
    W1
    Breite des ersten Bereichs des Warenträgers
    W2
    Breite des zweiten Bereichs des Warenträgers

Claims (9)

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