Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, eine Verwendung einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung.

Um die gewünschten Eigenschaften eines Materials darzustellen, sind in der metallverarbeitenden Industrie meist mehrere Wärmebehandlungsschritte als Elemente einer komplexen Herstellroute notwendig. Ein wichtiger Schritt ist hierbei das Abschrecken, also das mehr oder weniger schnelle Abkühlen eines zuvor erwärmten Materials bzw. Bauteils, um eine bestimmte Materialeigenschaft zu erzeugen. Typischerweise erfolgt das Abschrecken mit Wasser, Öl oder durch Anblasen mit Luft. In der DE 10 2014 108 471 ist beispielsweise ein Verfahren zum Abschrecken von Werkstücken offenbart, bei welchem ein fluides Kühlmedium in Form einzelner Tropfen in ein gasförmiges Kühlmedium eingebracht wird. Das Werkstück wird mit dem kombinierten Kühlmedium beaufschlagt, und zwar derart, dass die Tropfen des fluiden Kühlmediums mittels des gasförmigen Kühlmediums bis zum Werkstück transportiert werden, um am Werkstück zur Anlage zu gelangen. Insofern ist es aus dem Stand der Technik auch durchaus bekannt, unterschiedliche (Kühl-) Medien zu kombinieren. Bei der reinen Luftkühlung werden nur begrenzte Abkühlgradienten erreicht. Bei der LufWWasserabsch reckung kommt es lokal oft zu stark unterschiedlichen Abkühlgradienten, wodurch es zu Inhomogenitäten im Gefüge und zu Maßhaltigkeitsproblemen kommen kann. Nicht zu vergessen ist die Korrosionsgefahr.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, eine Verwendung einer Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere hohe Abkühlgradienten ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , durch eine Verwendung gemäß Anspruch 8 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Erfindungsgemäß umfasst eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen bzw. Werkstoffen mit einem Flu- idstrom, eine Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms sowie eine Konditioniereinrichtung, wobei die Konditioniereinrich- tung zumindest zweistufig ausgebildet und derart ausgelegt ist, dass die Temperatur des Fluidstroms in zumindest zwei Stufen absenkbar ist.

Zweckmäßigerweise ist die Temperatur des Fluidstroms also nacheinander, insbesondere in zumindest zwei Schritten, einstellbar/veränderbar, insbesondere reduzierbar. Bei dem Metall oder Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Metall oder Werkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei das Werkstück bzw. das Material/Metall zum Beispiel im Anschluss an eine Wärmebehandlung bei etwa 500 °C abgeschreckt und nachfolgend bei etwa 200 °C ausgelagert wird. Insbesondere handelt es sich beispielsweise um eine T6 bzw. T7-Wärmebehandlung. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch bei anderen Materialien bzw. Werkstoffen, beispielsweise Stahl, verwendet werden. Entscheidend ist vorliegend die zweistufige Temperaturänderung, insbesondere die zweistufige Temperaturabsenkung, welche ermöglicht, äußerst hohe Abkühlgradienten vorzusehen. Mit dem Fluidstrom ist insbesondere ein Kühlmittelstrom gemeint, welcher gasförmig ist. Vorteilhafterweise ändert die Konditioniereinrichtung den Aggregatzustand des Fluidstroms nicht. Zweckmäßigerweise ist also sichergestellt, dass beim Auftreffen des Fluidstroms auf die zu kühlenden Materialien/Werkstücke ein gasförmiger Fluidstrom vorliegt. Damit kann mit Vorteil verhindert werden, dass es beispielsweise in etwaigen Hinterschneidungen der Werkstücke zu Wassereinlagerungen oder Wasseranlagerungen kommt. Bei der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms kann es sich um einen Lüfter handeln, beispielsweise um einen Ventilator oder um ein Gebläse. Möglich ist auch die Verwendung von Verdichtern, wie beispielsweise Kolbenverdichtern, Strömungsverdichtern und/oder Turboverdichtern. Die Vorrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass sie ein o- der mehrere der vorgenannten Einrichtungen zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms umfasst.

Zweckmäßigerweise ist die Konditioniereinrichtung ausgelegt, eine Wärmekapazität des Fluidstroms zu erhöhen. Vorteilhafterweise geht es also nicht alleine um die Temperatur bzw. das Temperaturniveau des Fluidstroms, sondern auch um dessen Wärmekapazität, wobei diese mit Vorteil durch die Konditioniereinrichtung bzw. durch die Verfahrensführung erhöht werden kann. Zweckmäßigerweise basiert eine erste Stufe auf einer Wärmeübertragung zwischen dem Fluidstrom und einem Kühlmittel, während eine zweite Stufe auf einer Änderung des Aggregatzustands eines Kühlmittels basiert, welche dem Fluidstrom Wärme entzieht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Stufe durch einen Wärmetauscher gebildet und die zweite Stufe durch eine Zumischeinrich- tung, wobei die Zumischeinrichtung ausgelegt ist, dem Fluidstrom ein flüssiges Medium zuzumischen, zuzugeben, insbesondere einzublasen oder einzuspritzen. Bevorzugt erfolgt eine erste Temperaturabsenkung durch einen Wärmetauscher und eine zweite Temperaturabsenkung durch eine Fluidein- spritzung. Hierzu umfasst die Zumischeinrichtung beispielsweise ein geeignetes Einspritzsystem, umfassend ein oder mehrere Einblase- oder Einspritzdüsen bzw. allgemein eine Zumischeinheit. Zweckmäßigerweise werden Tröpfchen in einem Bereich von etwa 5 bis 100 μιη, bevorzugt in einem Bereich von etwa 10 bis 80 μιτι, eingespritzt. Zweckmäßigerweise umfasst die Zumischeinheit ein oder mehrere Ventile zur Steuerung bzw. Regelung der Zumischung des Mediums. Möglich ist auch die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers. Die Art und Weise wie das Medium eingebracht wird ist vorliegend nicht kritisch. Entscheidend ist, dass es im flüssigen Zustand eingebracht wird, da die Verdampfungsenthalpie genutzt werden soll, um den Fluidstrom zu kühlen. Mit anderen Worten wird dem Fluidstrom also Wärme entzogen, welche für die Verdunstung des eingebrachten flüssigen Mediums, beispielsweise in Form der Tropfen, benötigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Medium um Wasser und bei dem Fluidstrom um Luft bzw. um einen Luftstrom. Typische Strömungsgeschwindigkeiten des Fluidstroms liegen in einem Bereich von etwa 5 bis 60 m/s.

Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen Gleichstrom- oder um einen Gegenstromwärmetauscher handeln. Zweckmäßigerweise wird der Wärmetauscher von einem Kühlmittel durchströmt, wobei dieses flüssig und/oder gasförmig sein kann.

Alternativ kann der Fluidstrom auch aus Stickstoff oder Argon bestehen bzw. zumindest eines der vorgenannten Bestandteile umfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher, bezogen auf eine Strömungsrichtung des Fluidstroms, vor der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet. Zweckmäßigerweise wird dadurch sozusagen eine„Vorkühlung" realisiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zumischeinrichtung, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluidstroms, nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist also der zumindest eine Wärmetauscher vor der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms, beispielsweise des Gebläses, angeordnet und die Zumischeinrichtung danach. Der große Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung des Wärmetauschers eine Vorkühlung erreicht werden kann. Die Einrichtung zum Erzeugen bzw.

Transportieren des Fluidstroms bedingt in der Regel eine Temperaturerhö- hung des„vorgekühlten" Fluidstroms. Diese auf den ersten Blick„schädliche" Temperaturerhöhung kann nun in idealer Weise im Zusammenhang mit der Zumischeinrichtung in einen Vorteil umgewandelt werden, da diese Temperaturerhöhung darin resultiert, dass dem Fluidstrom mehr flüssiges Medium, insbesondere Wasser, beigemischt werden kann. Insofern kann nun in einem Schritt, nämlich durch die Wassereinblasung, die Temperatur des Fluidstroms wieder gesenkt werden, wobei gleichzeitig, durch die Wasserbeimengung, dessen Wärmekapazität erhöht wird. Damit können deutlich höhere Abkühlgradienten erreicht werden als durch eine alleinige Senkung eines Temperaturniveaus eines Fluidstroms bzw. Kühlmittelstroms.

Gemäß einer Ausführungsform können auch mehrere Wärmetauscher, beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein, welche beispielsweise in Reihe geschaltet sind, ggf. vor und/oder nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms. Grundsätzlich ist die Positionierung der Wärmetauscher bzw. auch der Zumischeinrichtung, bzw. ggf. mehrerer Zu- mischeinrichtungen bzw. zumindest mehrerer Zumischeinheiten, welche ermöglichen, an unterschiedlichen Stellen bzw. Positionen dem Fluidstrom Wasser beizumengen, frei. Alternativ bevorzugt ist der Wärmetauscher dementsprechend, bezogen auf eine Strömungsrichtung des Fluidstroms, nach der Einrichtung zum Erzeugen bzw. Transportieren des Fluidstroms angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist ein entsprechendes Sensor- bzw. Erfassungssystem vorgesehen, um die physikalischen Eigenschaften wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit etc. des Fluidstroms zu erfassen zu können und um z. B. genau bestimmen zu können, wie weit ein Temperaturniveau gesenkt werden soll, um eine bestimmte Wassermenge einzuspritzen zu können etc.

Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, zumindest den Feuchtegehalt des Fluidstroms zu erfassen, wobei mit Vorteil diese Daten genutzt werden, um die zumindest zwei Stufen der Konditioniereinrichtung anzupassen, zu steuern und/oder zu regeln. Mit Vorteil ist durch die Vorrichtung eine Steigerung der erzielbaren Abschreckgradienten ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, sehr definierte und regelbare Abschreckgradienten, insbesondere bei gleichem Volumenstrom, zu erzielen. Der gleiche Volumenstrom ist insbesondere deshalb wichtig, da damit sichergestellt ist, dass die Bauteile bzw. Materialien oder Werkstücke immer gleich angeströmt/umströmt werden. So ist es nicht einfach möglich, durch Steigerung des Volumenstroms, die Abkühlleistung zu erhöhen, da sich die Strömung und damit die Wärmeübertragung um das Bauteil etc. ändern. Um nun beispielsweise Schwankungen des Fluidstroms auszugleichen, beispielsweise durch den Unterschied„Außen- oder Innenansau- gung" bzw. durch Temperaturschwankungen im Jahreszyklus (Winter/Sommer), kann mit Vorteil durch die Zumischeinrichtung ein Mittel bereitgestellt werden, um dauerhaft, mehr oder weniger unabhängig von äußeren Einflüssen, konstante Kühlleistungen bzw. Abkühlgradienten bereitzustellen. Es hat sich gezeigt, dass damit die mechanischen Bauteileigenschaften verbessert werden können: Mechanische Festigkeitskennwerte wie z. B. Dehngrenze und Zugfestigkeit können gesteigert werden, bei vergleichbaren statischen sowie dynamischen Verformungseigenschaften.

Die Vorrichtung bringt damit den Vorteil mit sich, dass beispielsweise über den Wärmetauscher eine Grundkonditionierung erfolgt, während über die Zumischeinrichtung eine Feinjustierung durchgeführt wird, wobei hierbei Änderungen hinsichtlich des Fluidstroms, welcher beispielsweise aus einer Außenumgebung angesaugt wird, kompensiert werden können. Zusätzlich bietet das System aber auch den Vorteil, dass in idealer Weise die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden kann, wodurch deutlich höhere Abkühlgradienten möglich sind als bisher bekannt.

Die Erfindung richtet sich weiter auf eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abschrecken von Materialien, Bauteilen oder Werk- stücken aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Abschrecken von Metallen, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines, insbesondere gasförmigen, Fluidstroms;

- Verringern der Temperatur des Fluidstroms in zumindest Stufen bzw.

(Verfahrens-) Schritten.

Bevorzugt erfolgt die Temperaturänderung derart, dass die Temperatur und die Wärmekapazität des Fluidstroms geändert werden.

Dabei basiert zweckmäßigerweise eine erste Stufe auf einer Wärmeübertragung zwischen dem Fluidstrom und einem Kühlmittel, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmetauschers, und die zweite Stufe auf einer Änderung des Aggregatszustands eines Mediums, welche dem Fluidstrom direkt Wärme entzieht. Durch Einbringen eines Mediums, wie Wasser, in den Fluidstrom, kann die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden.

Das Verfahren umfasst weiter die Schritte:

- Aufbringen, Lenken des Fluidstroms auf ein zu kühlendes, insbesondere abzuschreckendes Bauteil/Werkstück/Material etc.

Im Übrigen gelten für die Verwendung wie auch für das Verfahren die im Zusammenhang mit der Vorrichtung erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden, skizzenhaften Darstellung einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung mit Bezug auf die beigefügte Figur.

Es zeigt: Figur 1 : eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung, umfassend eine Einrichtung 20 zum Erzeugen bzw. Transportieren eines Fluidstroms F. Mit dem Bezugszeichen S ist eine Strömungsrichtung skizziert. In Strömungsrichtung S gesehen, vor der Einrichtung 20, ist ein Wärmetauscher 40 angeordnet. In Strömungsrichtung S nach der Einrichtung 20 gesehen, ist eine Zumischeinrichtung 60 angeordnet, welche ausgelegt ist, ein Medium M in den Fluidstrom F einzubringen. Der so konditionierte Fluidstrom F kann dann auf ein Werkstück bzw. auf einen Werkstoff oder ein Bauteil 80 aufgebracht werden, um diesen zu kühlen, insbesondere abzuschrecken. Deutlich erkennbar ist also eine, in der hier gezeigten Ausführungsform, zweistufige Konditioniereinrichtung, welche in einer ersten Stufe den Wärmetauscher 40 und in einer zweiten Stufe die Zumischeinrichtung 60 umfasst.

Die Vorrichtung bringt den Vorteil mit sich, dass beispielsweise über den Wärmetauscher eine Grundkonditionierung erfolgt, während über die Zumischeinrichtung eine Feinjustierung durchgeführt wird, wobei hierbei Änderungen hinsichtlich des Fluidstroms, welcher beispielsweise aus einer Außenumgebung angesaugt wird, kompensiert werden können. Zusätzlich bietet das System aber auch den Vorteil, dass in idealer Weise die Wärmekapazität des Fluidstroms erhöht werden kann, wodurch deutlich höhere Abkühlgradienten möglich sind als bisher bekannt. Bezugszeichenliste

20 Einrichtung zum Erzeugen/Transportieren eines Fluidstroms

40 Wärmetauscher

60 Zumischeinrichtung

80 Werkstück-/Stoff, Bauteil

F Fluidstrom

S Strömungsrichtung

M (flüssiges) Medium