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Title:
HEAT TREATMENT SYSTEM AND METHOD FOR CONSTRUCTING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/029257
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat treatment system (100, 200, 300) for the heat treatment of metal or non-metal components in accordance with a heat treatment process that comprises a plurality of segments, characterized in that the heat treatment system is designed as a plurality of assembled modules (10, 20, 30, 40), each of which can be transported, wherein each module (10, 20, 30, 40) is designed and suitable for performing at least part of a segment of the heat treatment process and wherein the modules (10, 20, 30, 40) are assembled in accordance with the segments of the heat treatment process to form the heat treatment system (100, 200, 300).

Inventors:
BELTE, Markus (An den Römerhügeln 10, Grünwald, 82031, DE)
Application Number:
EP2017/070209
Publication Date:
February 15, 2018
Filing Date:
August 09, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ATC ALUVATION TECHNOLOGY CENTER PADERBORN GMBH (Einsteinstr. 1, Paderborn, 33104, DE)
International Classes:
F27B9/02
Foreign References:
US20010051323A12001-12-13
EP2730875A12014-05-14
US20070128569A12007-06-07
DE102014008877A12015-12-17
DE102014008877A12015-12-17
Attorney, Agent or Firm:
KUDLEK & GRUNERT PATENTANWÄLTE (Postfach 33 04 29, München, 80064, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Wärmebehandlungssystem (100, 200, 300) zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen entsprechend einem mehrere Ab- schnitte umfassenden Wärmebehandlungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandlungssystem als eine Vielzahl zusammengesetzter, jeweils transportabler Module (10, 20, 30, 40) ausgebildet ist, wobei jedes Modul (10, 20, 30, 40) zur Durchführung zumindest eines Teils eines Abschnittes des Wärmebehandlungsprozesses ausgebildet und geeignet ist und wobei die Module (10, 20, 30, 40) entsprechend den Abschnitten des Wärmebehandlungsprozesses zu dem Wärmebehandlungssystem (100, 200, 300) zusammengesetzt sind.

2. Wärmebehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module (10, 20, 30, 40) als ein auf der Straße, insbesondere auf einem Lastkraftwagen transportierbares Modul ausgebildet ist.

3. Wärmebehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (10, 20, 30, 40) als ein Container ausgebildet ist. 4. Wärmebehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandlungssystem (200, 300) mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete Module (10, 20, 30, 40) aufweist.

5. Wärmebehandlungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch beheizbares Wärmebehandlungsofen- Modul (10, 20, 30) vorhanden ist.

6. Wärmebehandlungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofeninnenraum (16, 26, 46) des Wärmebehandlungsofen-Moduls (10, 20, 30) auf einen Temperaturbereich von 80 °C - 560 °C, insbesondere von 180 °C - 250 °C, von 300 °C - 400 °C, von 140 °C - 200 °C und/oder von 200 °C - 250 °C, ausge- legt ist.

7. Wärmebehandlungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (10, 20, 30) mindestens ein Ventilationssystem (12, 17) zur Zirkulation von Ofenatmosphäre aufweist.

8. Wärmebehandlungssystem nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilationssystem (12, 17) derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass es mittels eines Umwälzers (12) aus dem Ofeninnenraum (16) Ofenatmosphäre ansaugt, diese mittels einer Luftführung (17) an einer elektrischen Hei- zeinrichtung (15) entlangführt und die derart aufgeheizte Ofenatmosphäre wieder dem Ofeninnenraum (16) zuleitet.

9. Wärmebehandlungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (10, 20) an seiner Innenwand eine ther- mische Isolierung (13, 23) aufweist.

10. Verfahren zum Aufbau eines Wärmebehandlungssystems (100, 200, 300) zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen entsprechend einem mehrere Abschnitte umfassenden Wärmebehandlungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl transportabler Module (10, 20, 30, 40) bereitgestellt wird, wobei jedes Modul (10, 20, 30, 40) zur Durchführung zumindest eines Teils eines Abschnittes des Wärmebehandlungsprozesses ausgebildet und geeignet ist, und wobei die Module (10, 20, 30, 40) entsprechend den Abschnitten des Wärmebehandlungsprozesses zu dem Wärmebehandlungssystem (100, 200, 300) zusammengesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (10, 20, 30, 40) eines oder mehrerer entsprechend aufgebauter Wärmebehandlungssysteme (100, 200, 300) mit einem Zentralserver vernetzt werden. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralserver abhängig von den wärmezubehandelnden Bauteilen in einem bestimmten Wärmebehandlungssystem die Steuerdaten für den erforderlichen Wärmebehand- lungsprozess den einzelnen Modulen dieses bestimmten Wärmebehandlungssystems übermittelt.

13. Verwendung eines Wärmebehandlungssystems (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Wärmebehandlung von Leichtmetall-Bauteilen, insbesondere von Aluminium-Bauteilen. 14. Verwendung eines Wärmebehandlungssystems (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Wärmebehandlung von metallischen Bauteilen, insbesondere Leichtmetall-Bauteilen, insbesondere Aluminium-Bauteilen, direkt in der Metallgießerei, direkt beim Verarbeiter der metallischen Bauteile, direkt beim OEM, in neuen Wärmehandlungszentren und/oder bei vorhandenen Wärmebe- handlungs-Dienstleistern.

Description:
Wärmebehandlungssystem und Verfahren zum Aufbau eines solchen

Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmebehandlungssystem zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen (Kunststoffe, Carbon, Keramik), insbesondere Leichtmetall-Bauteilen, insbesondere Aluminium- Bauteilen, und ein Verfahren zum Aufbau eines solchen Wärmebehandlungssystems sowie Verwendungen eines solchen Wärmebehandlungssystems.

Stand der Technik

Wärmebehandlungssysteme zur Wärmebehandlung von metallischen und nichtmetallischen Bauteilen sind seit Langem bekannt. Im folgenden Fall soll der Spezi- alfall der Wärmebehandlung von Leichtmetall-Bauteilen, insbesondere solchen aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung betrachtet werden, ohne dass dies einschränkend verstanden werden soll. Insbesondere sollen solche Bauteile für die Automobilindustrie betrachtet werden. Die Automobilindustrie sieht sich immer restriktiver werdenden Grenzwerten für den C0 2 - Ausstoß von Fahrzeugen gegenübergestellt. Um diese Grenzwerte einzuhalten, wird die Leichtbautechnologie vermehrt im Automobil eingesetzt. Die Fahrzeuge verbrauchen immer weniger Kraftstoff, die Motoren werden immer kleiner und effizienter. Gleichzeitig werden die Schadstoffemissionen reduziert. Seit 1990 hat sich der Aluminium-Anteil im Kraftfahrzeug fast verdreifacht. Die Tendenz ist weiter steigend. Wesentlicher Bestandteil des Leichtbaus waren bislang - bis auf wenige Ausnahmen - Aluminiumkomponenten wie Strukturbauteile, Fahrwerksteile und Leichtbaumotoren aus Aluminiumlegierungen. Heute erweitert sich das Spektrum von diesen relativ kompakten Teilen wie Motoren und Fahrwerkskomponenten hin zu Karosserie- und neuartigen Strukturbauteilen. Diese neuen Aluminiumkomponenten sind größer, dünnwandiger, komplexer und vereinen mehrere Funktionen in sich. Die mechanischen Eigenschaften dieser Komponenten, wie Festigkeit und Dehnung, werden zunehmend wichtiger. Diese Eigenschaften lassen sich mit Hilfe verschiedener Wärmebehandlungsverfahren, wie T5, T6 und T7, einstellen.

Beispielsweise wird die sogenannte T6- Wärmebehandlung häufig bei aushärtbaren Aluminium- Legierungen angewendet. Sie besteht aus einem Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken und nachfolgendem Warmauslagern oder Ausscheidungsglühen zur Ausscheidungshärtung. Zu den aushärtbaren Legierungsty- pen gehören AlMgSi, AlZnMg, AlZnMgCu, AICuMg oder AlSiCuNiMg. Das Lösungsglühen erfolgt in der Regel bei Temperaturen von ca. 10 - 20 K unterhalb des Schmelzpunktes der Legierung, meist im Temperaturbereich von 460 - 560 °C. Die Legierungszusätze (beispielsweise Si, Mg) diffundieren dabei in die Struktur zurück, lösen sich also vollständig in der AI- Phase. Anschließend wird die Legierung entweder im flüssigen Medium, meist im Wasser, oder mittels eines speziellen Düsensystems mit Luft auf Raumtemperatur abgeschreckt. Hierdurch werden Diffusionsvorgänge und damit das Wiederausscheiden gelöster Legierungsbestandteile verhindert. Die sogenannte T6 Warmauslagerung der Bauteile erfolgt üblicherweise im Temperaturbereich von 150 °C - 180 °C und dient der Härtung der Legie- rung. Bei diesem Vorgang werden die Legierungszusätze wieder an die Korngrenzen der AI-Phase gebracht. Dies führt zur erwünschten Festigkeitssteigerung. Im Bereich der T7 Warmauslagerung bewegt man sich im Temperarturbereich oberhalb von 200 °C. Weiterhin gibt es ein- und mehrstufige T5 Wärmebehandlungen im Temperaturbereich von 200 - 280 °C. Eine detailliertere Erläuterung der bei der geschildeten Wärmebehandlung stattfindenden Prozesse ist der entsprechenden Literatur zu entnehmen. Lösungsglühen und Warmauslagern werden je nach Bauteil und Legierung bei unterschiedlichen Temperaturen und für unterschiedliche Zeitdauern vorgenommen. Je nach Bauteil und Legierung wird zur Wärmebehandlung folglich ein bestimmtes Temperatur-Zeit-Profil durchfahren. Derzeit führen verschiedene Dienstleister im Bereich der Wärmebehandlung von Aluminium- Werkstoffen die gewünschten Wärmebehandlungen zentral an verschiedenen Standorten in Deutschland durch. Der in den kommenden Jahren extrem stark wachsende Bedarf an wärmebehandelten Bauteilen stellt die Hersteller und Zulieferer vor große Herausforderungen. Es kann geschätzt werden, dass der Markt der allgemein wärmezubehandelnden Komponenten in den kommenden drei bis fünf Jahren um den Faktor 5 bis 7 wachsen wird.

Der Transport der Bauteile zu den zentralen Dienstleistern wird aufwändiger. Die Bauteile werden größer und leichter, wodurch sich pro Lieferung weniger Kompo- nenten transportieren lassen. Die Verpackung sowie die zur Lieferung notwendigen Gestelle sind häufig schwerer als die Bauteile selbst. Die Transportkosten übersteigen häufig die Kosten der eigentlichen Wärmebehandlung. Die Transporte belasten den Straßenverkehr und führen wiederum zu steigenden Schadstoffemissionen, so dass der "grüne Aspekt" der Leichtbaukomponenten weitgehend verlo- ren geht.

Auf der anderen Seite sind viele Gießereien und Hersteller von Aluminiumkomponenten selbst nicht in der Lage die verschiedenen Wärmebehandlungen durchzuführen, da dies nicht zu ihren Kernkompetenzen zählt. Gleiches gilt zumeist auch für die Automobilhersteller. Zudem würde der Aufbau von Wärmebehandlungsanlagen viel Zeit, in der Regel mehrere Monate, kosten und damit verbunden hohe Lohnkosten beim Anlagenaufbau bedingen. Stationäre Wärmebehandlungsanlagen würden weiterhin dem Automobilhersteller die Flexibilität nehmen, da solche Anlagen in der Regel für den Dauerbetrieb für Wärmebehandlungsprozesse mit ei- nem festen Temperatur-Zeit-Profil ausgelegt sind und speziell für bestimmte Bauteile bzw. Bauteilgeometrien konzipiert wurden. Die Anlagen werden in der Regel passend zum Bauteil entwickelt und individuell an die räumlichen Bedingungen beim Kunden angepasst. Jede Anlage ist im Prinzip ein Unikat bzw. Sondermaschinenbau. Aus der DE 10 2014 008 877 AI ist ein Tunnelofen bekannt, dessen Konstruktion auf dem Grundrahmen eines oder mehrerer in Serie geschalteter ISO Container basiert. Dies ermöglicht zwar den leichteren Transport der einzelnen Segmente, die dann zu dem Grundgerüst des Tunnelofens zusammengesetzt werden, vermindert jedoch nicht den Aufwand beim Aufbau und der Inbetriebsetzung, da letztend- lieh wieder ein stationärer, für einen bestimmten Wärmebehandlungsprozess geeigneter Tunnelofen installiert wird.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher, das Konzept der Wärmebehandlung an die bestehenden Erfordernisse anzupassen und ein geeignetes Wärmebehand- lungssystem und ein Aufbauverfahren für ein solches System anzugeben, ohne die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung schlägt ein Wärmebehandlungssystem zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen, ein Verfahren zum Aufbau eines solchen Systems und Verwendungen eines solchen Systems gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vor. Das erfindungsgemäße Wärmebehandlungssystem zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen entsprechend einem mehrere Abschnitte umfassenden Wärmebehandlungsprozess ist als eine Vielzahl zusammengesetzter, jeweils transportabler Module ausgebildet, wobei jedes Modul zur Durchführung zumindest eines Teils eines Abschnittes des Wärmebehandlungs- prozesses ausgebildet und geeignet ist und wobei die Module entsprechend den Abschnitten des Wärmebehandlungsprozesses zu dem Wärmebehandlungssystem zusammengesetzt sind. Dass jedes Modul zur Durchführung zumindest eines Teils eines Abschnittes des Wärmebehandlungsprozesses ausgebildet und geeignet ist, soll heißen, dass jedes Modul ein fertig vorinstalliertes, sozusagen "autarkes" Wärmebehandlungsmodul darstellt, das nach Inbetriebnahme, d.h. bei entspre- chender Zufuhr von Energie und/oder einer Ofenatmosphäre und/oder eines Abschreckmittels o. ä., zumindest einen Teil eines Abschnitts oder den gesamten Abschnitt eines Wärmebehandlungsprozesses ausführt. Ein solcher Abschnitt ist hierbei etwa die Wärmebehandlung selbst wie ein Lösungsglühen, ein Abschrecken oder ein Warmauslagern. Es ist auch möglich, etwa die Wärmebehandlung selbst (wie das Lösungsglühen) in zwei oder mehr Abschnitte zu unterteilen, die jeweils von einem Modul ausgeführt werden. Die vorgefertigten Module werden entsprechend dem gewünschten Wärmebehandlungsprozess bedarfsgerecht zu dem Wärmebehandlungssystem endmontiert. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung als in Bezug auf die Aussengröße einheitliches Modulsystem kommt mit Vorteil ein einheitliches Größenraster zum Einsatz. Dadurch ist ein genehmigungsfreier Transport auf Standard-LKWs zum Kunden möglich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mehrere, also beispielsweise zwei, drei oder noch mehr solcher Module in zusammengesetzter Form das Wärmebe- handlungssystem bilden.

Dieses neue Konzept führt zu mobilen, modularen Wärmebehandlungssystemen, die flexibel und je nach Bedarf erweiterbar und in kurzer Zeit (einfaches Modul innerhalb eines Werktags) an verschiedenen Orten, beispielsweise bei den Auto- mobilherstellern selbst, aufstellbar in Betrieb genommen werden können. Somit entfällt im hier betrachteten Beispielfall der Aluminiumbauteile für die Automobilindustrie der aufwändige Transport der Bauteile zu den Wärmebehandlungsdienstleistern. Gleichzeitig entfällt auch der kostenträchtige Aufbau stationärer Wärmebehandlungsanlagen. Die Module des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungssystems sind selbsttragend, d.h. im Gegensatz zu allen anderen Anlagen können diese Module als Einheit transportiert, aufgebaut und verlegt werden. Die Torsionssteifigkeit der Module ermöglicht eine bisher nie dagewesene Flexibilität beim Transport und Einsatz eines Wärmebehandlungssystems.

Der zweite ebenso wichtige Punkt ist die Modularität selbst. Auch hier geht das erfindungsgemäße System neue Wege. Bisher waren Wärmebehandlungsanlagen für ein sehr enges dediziertes Nutzungsfenster konzipiert. Durch die freie Kombi- nierbarkeit der einzelnen autarken Module kann kurzfristig eine den technischen Erfordernissen einer Produktion entsprechende kapazitätsgerechte Anlage bereitgestellt werden. Wir sprechen hier von wenigen Tagen verglichen mit den üblichen Zeiträumen von einem halben bis zu einem Jahr. Die Außenabmessungen (Breite und Höhe) aller Anlagen sind mit Vorteil identisch und bilden einen gewissen Standard.

Aus einer Vielzahl zusammengesetzter Module können verschiedene Wärmebehandlungssysteme gebildet werden. Dazu müssen je nach Typ des Wärmebehand- lungssystems die Module den spezifischen Erfordernissen des jeweiligen Wärmebehandlungsprozesses folgend kombiniert werden. Für einen Batch-Betrieb ist es beispielsweise ausreichend, zum Beladen des Wärmebehandlungssystems eine vordere Fronttür auszubilden, durch die das Modul zum Beladen mit der wärmezubehandelnden Charge geöffnet werden kann. Bei einem Continuous-Betrieb sind die Module mit je einer zu öffnenden Tür an den beiden Stirnseiten auszubilden, um die Charge durch eine Tür hinein- und durch die andere Tür hinaustransportieren zu können. Werden zwei oder mehr Module zu einem Wärmebehandlungssystem zusammengesetzt, sind an den Verbindungsstellen in der Regel keine Türen oder ähnliches erforderlich. Erstmals werden hier - entgegen der Konstruktion aller bisherigen Wärmebehandlungsanlagen - diese von den vorgegeben Außenabmessungen nach Innen konstruiert. Die Außenmaße sind bedingt durch die mögliche Mobilität im Straßentransport standardisiert und die Innenabmessungen des nutzbaren Ofenraumes ergeben sich somit hieraus. Es entsteht ein modulares Standardsystem - alle Module haben den gleichen nutzbaren Raum und sind somit vielseitig kombinierbar. Warenträger sind ebenfalls in allen Modulen identisch, somit wäre eine Prozessverlagerung einer Serie eines Kunden jederzeit auf ein anderes Modul an einem andern Ort eines anderen Kunden realisierbar (Redundanz).

Aufgrund der Modularität und der Kombinierbarkeit verschiedener oder gleicher Module zu einer großen Einheit wächst die Anlage mit dem Produktionsbedarf beim Kunden. Es ergeben sich nur noch geringe Leerzeiten der Anlage, die Anlagen sind immer nahezu optimal ausgelastet und es wird keine unnötige Energie zum Beheizen leerer Ofenräume verbraucht. Bisherige Großserienanlagen sind bereits am ersten Tag der Produktion auf das Maximalvolumen der Serie ausgelegt und werden Anfangs teilweise nur zu 10-20% genutzt.

Am Ende des Nutzungszeitraumes kommen beide besonderen Stärken - die Mobili- tät und die Modularität - wiederum zum Tragen:

• die Anlage kann im gleichen Betrieb an anderer Stelle mit anderen Bauteilen zur Wärmebehandlung zum Einsatz kommen, d.h. auf dem gleichen Werkgelände oder einer anderen Betriebsstätte des Kunden

• die Anlage kann neu konfiguriert werden, einige Module weiter verwendet und um andere Module ergänzt werden. Nicht mehr genutzte Module werden anderen Kunden zur Verfügung gestellt.

• die Anlage kann komplett zurückgegeben werden und anderenorts erneut zum Einsatz kommen.

• Während des Nutzungszeitraumes kann eine Anlage auch um weitere Kom- plettsysteme ergänzt werden um flexibel mit der Produktion zu wachsen. Der letzte wichtige Punkt ist die Vorab entwicklung des Prozesses und der Ladungsträger für die Bauteile: durch die standardisierten Anlagen ist es möglich, schon lange vor der Einrichtung der Anlage beim Kunden dessen Wärmebehand- lungsprozess zu entwickeln, zu optimieren und Vorserien zu fahren. So kann direkt nach der Lieferung der Anlage mit der Produktion begonnen werden. Dieser Pro- zess wird auf identischen Anlagen entwickelt und dann zum Kunden übertragen. Spezielle Softwaremodule in der Anlage ermöglichen die exakte Prozessdokumentation und Übermittlung sowie Archivierung dieser Daten direkt bei dem Anbieter. Weiterhin werden wartungsrelevante Daten der modularen Anlage erfasst und an den Anbieter übermittelt. Somit können notwendige Wartungsintervalle optimiert werden. Eine mögliche Alterung von Komponenten, die den Energieverbrauch der Anlagen erhöht, wird rechtzeitig erkannt, und die Komponenten können ausgetauscht werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Module, die das Wärmebehandlungssystem bilden, als eine auf der Straße, insbesondere auf einem Lastkraftwagen transportierbare Einheit ausgebildet sind, die sich größenmäßig an einem standardisierten Container orientiert. Insbesondere sind solche Module nicht nur mit Sondergenehmigung transportierbar. Dies stellt eine einfache Transportmöglichkeit der Module sicher. Insbesondere ist auch das sichere und einfache Auf- und Abladen eines Moduls auf einen bzw. von einem Lastkraftwagen möglich.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass das Wärmebehandlungssystem mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete Module aufweisen kann. Dies er- laubt eine schnelle Umschaltung bzw. Anpassung des Wärmebehandlungsprozesses und/oder eine schnelle Änderung der Anzahl der wärmezubehandelnden Bauteile, ohne dass längere Unterbrechungen notwendig wären.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Wärmebehandlungsmodul (hier auch "Wärmebehand- lungsofen -Modul" genannt) elektrisch beheizbar ist. Insbesondere sind hierzu an der Modulwand elektrische Heizstäbe montiert. Eine entsprechende elektrische Heizeinrichtung kann die Ofenatmosphäre, in der die Bauteile wärmebehandelt werden, unmittelbar beheizen. Ein Teil der Ofenatmosphäre wird aus dem Ofeninnenraum abgesaugt und von der elektrischen Heizeinrichtung erhitzt, wonach die derart aufgeheizte Ofenatmosphäre wieder diesem Ofeninnenraum zugeleitet wird. Hierzu ist vorteilhaft, wenn das Modul mindestens ein Ventilationssystem zur Zirkulation von Ofenatmosphäre aufweist.

Zur Vermeidung von thermischen Verlusten über die Modulwände ist es vorteilhaft, wenn das Modul an seiner Innenwand eine thermische Isolierung aufweist.

Zur Realisierung der verschiedenen Wärmebehandlungsprozesse, etwa T4, T5, T6 oder T7 - Wärmebehandlung, ist das Modul des Wärmebehandlungsofens auf einen Temperaturbereich von 80 °C - 550 °C ausgelegt, insbesondere auf 80 °C - 560 °C, insbesondere von 180 °C - 250 °C, von 300 °C - 400 °C, von 140 °C - 200 °C und/oder von 200 °C - 250 °C, ausgelegt.

Einige mögliche Modulsysteme seien nachfolgend kurz erläutert: die Bezeichnung "Aluvation 300 B/C" steht für einen mobilen Wärmebehandlungsofen insbesondere für Aluminiumwerkstoffe bis 300 °C, im Batch (B)- oder Continuous (C)- Betrieb.

Das Modul "Aluvation 550 C" stellt einen mobilen Wärmebehandlungsofen insbesondere für Aluminiumwerkstoffe bis 550 °C im Continuous- Betrieb dar. In diesem ersten Modul innerhalb eines Wärmebehandlungssystems erfolgt die Wärmebehandlung bis 550 °C, in weiteren nachgeschalteten Modulen können Abschre- ckung und weitere Wärmebehandlungsschritte wie Warmauslagern erfolgen.

Das Modul "Aluvation AQ" bezeichnet eine mobile Luftabschreckeinrichtung, die in Form eines Moduls mit einem Wärmebehandlungssystem, beispielsweise dem oben erwähnten "Aluvation 550 C", kombiniert werden kann. In der Luftabschre- ckeinrichtung lässt sich die Wärmebehandlungsart des Abschreckens T6 und T7 durchführen. Das Modulsystem "Aluvation SP" bezeichnet ein Wärmebehandlungssystem bestehend aus den oben genannten Modulen Aluvation 550 C, Aluvation AQ sowie zwei Modulen Aluvation 300 C.

Das erfindungsgemäße Wärmebehandlungssystem ist besonders geeignet zur Verwendung für die Wärmebehandlung von Leichtmetall-Bauteilen insbesondere von Aluminium-Bauteilen, also von Bauteilen aus Aluminium oder Aluminium- Legierungen. Hierbei erfolgt die Wärmebehandlung dieser Bauteile direkt in der Metallgießerei, direkt beim Verarbeiter der metallischen Bauteile, direkt beim OEM, in neuen Wärmebehandlungs-Zentren und/oder bei vorhandenen Wärme- behandlungs-Dienstleistern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbau eines Wärmebehandlungssystems zur Wärmebehandlung von metallischen oder nichtmetallischen Bauteilen entsprechend einem mehrere Abschnitte umfassenden Wärmebehandlungsprozess ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl transportabler Module bereitgestellt wird, wobei jedes Modul zur Durchführung zumindest eines Teils eines Abschnittes des Wärmebehandlungsprozesses ausgebildet und geeignet ist, und wobei die Module entsprechend den Abschnitten des Wärmebehandlungsprozesses zu dem Wärmebehandlungssystem zusammengesetzt werden. Bezüglich näherer Erläuterungen zu diesem Verfahren, seinen Vorteilen und möglichen Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Module eines oder mehrerer erfindungsgemäß aufgebauter Wärmebehandlungssysteme mit einem Zentralserver vernetzt. Dieser Zentralserver ist insbesondere in einem oben erwähnten Wärmbehandlungs-Zentrum untergebracht. Auf diese Weise können Prozessdaten zu den Wärmebehandlungsprozessen der jeweiligen Wärmebehandlungssysteme zentral erfasst und/oder analysiert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Zentralserver abhängig von den wärmezubehandelnden Bau- teilen in einem bestimmten Wärmebehandlungssystem die Steuerdaten (das Rezept) für den erforderlichen Wärmebehandlungsprozess dem Wärmebehandlungssystem und sogar den einzelnen Modulen des Wärmebehandlungssystems übermitteln.

Bei dieser Ausgestaltung wird es beispielsweise möglich, bestimmte Bauteile zentral gesteuert wärmezubehandeln, sodass vor Ort keine oder nur minimale Schritte zum Durchführen des jeweils erforderlichen Wärmebehandlungsprozesses notwendig sind. Beispielsweise kann ein bestimmter Warenträger, der die wärmezu- behandelnden Bauteile trägt, einen QR-Code tragen, der jeweils am Eingang eines Wärmebehandlungsmoduls automatisch gescannt wird. Die gescannten Daten werden an den Zentralserver übermittelt und das erforderliche Wärmebehandlungsrezept in Form von Steuerdaten angefordert. Die entsprechenden Steuerdaten werden von dem Zentralserver an das Wärmebehandlungsmodul übermittelt. Somit ist eine zentrale Steuerung möglich, um Fehleingaben oder Fehlsteuerungen vor Ort zu verhindern. Auch Umstellungen in einem bestimmten Wärmebehandlungsprozess können auf diese Weise zentral erfolgen.

Insgesamt erlaubt die zentrale Vernetzung die Steuerung und Überwachung aller Module, die individuelle und vorausschauende Instandhaltung der Anlagen (pre- dictive maintenance), die integrierte Datenhaltung, die zentrale Erfassung und Auswertung der Prozessdaten und schließlich die Synchronisierung aller Prozesse durch zentrale Daten- und Rezeptspeicherung. Im Folgenden sollen die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Figurenbeschreibung Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen-Moduls, Figur 2 zeigt den Wärmebehandlungsofen-Modul aus Figur 1 im Querschnitt,

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmebe- handlungsofens bzw. -Systems.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wärmebehandlungssystems als Kombination mehrerer Module und Figur 5 zeigt das Modul zur Abschreckung aus Figur 4 in Detailansicht.

Die Figuren werden nachfolgend übergreifend behandelt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauelemente. Sämtliche Figuren zeigen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmebehandlungsofen in schematischer Ansicht.

Figur 1 zeigt ein Wärmebehandlungsofen-Modul 10, das als autarker Wärmebehandlungsofen 100 für die Wärmebehandlung bspw. von Aluminiumwerkstoffen bis 550 °C in Batch- Betrieb ausgebildet ist. Ein Querschnitt durch dieses Wärmebehandlungsofen-Modul 10 ist in Figur 2 dargestellt. Der Ofen 100 ist als transpor- tables Modul 10 ausgebildet. Wärmezubehandelnde metallische Bauteile werden in Form von Chargen 50 in das Innere des Ofens 100 transportiert. Hierzu ist ein Rollentisch 80 mit einem Antrieb 90 außerhalb des Moduls 10 vorgesehen. Ein entsprechender Rollentisch 11 mit Antrieb 60 befindet sich im Inneren des Moduls 10, um die Chargen 50 in das Ofeninnere aufzunehmen. Zum Beladen des Ofens ist eine Frontseite des Moduls 10 mit einer Tür 14 versehen, die hier thermisch isoliert ist. Nach Beladen des Ofeninneren mit der Charge 50 wird die Tür 14 verschlossen. Zur Erhöhung der Energieeffizienz der Wärmebehandlung ist das hier als Container ausgebildete Modul 10 an seinen Innenwänden mit einer thermischen Isolierung 13 versehen. Der Ofeninnenraum oder Nutzraum ist mit 16 be- zeichnet. In die obere Decke des Moduls 10 sind Umwälzer 12 eingebaut. Ihre Funktionsweise wird im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert. Zum Betrieb des Wärmebehandlungsofens 100, also insbesondere zum Durchfahren eines vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profils, ist ein Schaltschrank 70 vorgesehen. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Schalt- schrank 70 außerhalb des hinteren Teils des Moduls. Der Schaltschrank 70 ist vom Ofeninneren 16 durch die erwähnte thermische Isolierung 13 getrennt. Der Schaltschrank 70 kann in einer anderen Ausführungsform auch an einer der Längsseiten des Containers 10 angebracht sein, insbesondere wenn zwei oder mehr Module zu einem Wärmebehandlungssystem zusammengeschlossen werden.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmebehandlungsofen 100 aus Figur 1. Das Modul ist wiederum mit 10 bezeichnet. Die Innenwände des Moduls 10 sind mit einer Dämmung bzw. thermischen Isolierung 13 versehen. Der Wärmebehandlungsofen 100 ist mittels einer Heizeinrichtung 15 elektrisch beheizbar. In Figur 2 sind die in das Modulinnere reichenden Heizelemente (Heizstäbe) der Heizeinrichtung 15 zu sehen. Weiterhin weist der Wärmebehandlungsofen 100 ein Ventilationssystem zur Zirkulation von Ofenatmosphäre auf, wobei dieses Ventilationssystem einen Umwälzer 12 sowie eine Luftführung 17 umfasst. Im Ofeninnenraum bzw. Nutzraum 16 befindet sich die Charge 50 mit dem wärmezubehandelnden Bauteilen. Über das Ventilationssystem kann Ofenatmosphäre aus dem Ofeninnenraum 16 in den unteren Teil des Umwälzers 12 angesaugt werden. Die angesaugte Luft wird von dem Umwälzer 12 radial nach außen abgegeben und erzeugt auf diese Weise einen mit 18 gekennzeichneten Luftstrom. Dieser Luftstrom 18 wird an den Heizelementen der Heizeinrichtung 15 entlanggeführt, wodurch sich der Luft- ström aufheizt. Von der Luftführung 17 wird der Luftstrom 18 anschließend in den unteren Bereich des Ofeninnenraums 16 geleitet, von wo aus der Luftstrom 18 wieder dem Ofeninnenraum 16 zugeleitet wird, um die Charge 50 zu durchströmen. Mit dem hier geschilderten Prinzip der Zirkulation und Aufheizung von Ofenatmosphäre kann das während der Wärmebehandlung zu durchlaufende Tempera- turprofil ausreichend exakt eingehalten werden. Entsprechende Regel-/ und Steu- erkreise sind der Einfachheit halber in Figur 2 nicht eingezeichnet. Sie befinden sich in dem erwähnten Schaltschrank 70.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des oben bereits erwähnten Wärmebehand- lungssystems Aluvation 550 C zur Wärmebehandlung von Aluminiumbauteilen bis zu 550 °C in Continuous - Betrieb. Der entsprechende Wärmebehandlungsofen ist mit 200 bezeichnet. Er ist modular aufgebaut und weist hier zwei Module 10 und 20 gemäß einem in zwei Abschnitte unterteilten Wärmebehandlungsprozess auf. Um einen einheitlichen Nutz- bzw. Ofeninnenraum 16 zu bilden, sind die Module 10 und 20 an den entsprechenden Frontseiten offen und miteinander verbunden. An den jeweils abgewandten Frontseiten der Module 10 und 20 befinden sich Türen 14 bzw. 24, durch die die Chargen 50 in den Ofeninnenraum 16 transportiert bzw. aus diesem abtransportiert werden können. Die Umwälzer des Moduls 10 sind mit 12, diejenigen des Moduls 20 sind mit 22 bezeichnet. Die Innenseiten der Module 10, 20 sind wiederum mit einer thermischen Isolierung 13, 23 versehen. Jedes Modul 10, 20 entspricht demjenigen aus Figur 1. Da die Module 10, 20 zu einem Wärmebehandlungsofen 200 zusammengesetzt sind, sind die jeweiligen Schaltschränke 70 (vergleiche Figur 1) an der hinteren Längsseite der jeweiligen Module 10 und 20 angebracht (in der Ansicht gemäß Figur 3 daher nicht sichtbar).

Zur Wärmebehandlung von Aluminium-Bauteilen werden die entsprechenden Chargen durch Öffnen der Türe 14 in das Innere des Wärmebehandlungsofens 200 mittels der bereits erläuterten Rollentische eingebracht. Nach Schließen der Türe 14 kann die Wärmebehandlung beginnen. Durch Öffnen der Türe 24 kann die wärmebehandelte Charge 50 aus dem Ofeninnenraum entnommen werden.

Gleichzeitig kann durch Öffnen der Türe 14 einen neue Charge 50 in den Ofeninnenraum eingebracht werden. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb möglich.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wärmebehandlungsystems 300 entsprechend der oben erwähnten Wärmebehandlungsanlage Aluvation SP. Diese umfasst zunächst einen Modul 30, wie er bspw. in Figur 1 bereits behandelt wurde. In diesem Modul 30 ist gemäß einem ersten Abschnitt des Wärmebehandlungsprozesses eine Wärmebehandlung von Aluminium- Bauteilen bis zu Temperaturen von etwa 550 °C möglich. Daran anschließend befindet sich gemäß einem zweiten Abschnitt des Wärmebehandlungsprozesses eine Abschreckeinheit in Form des Moduls 40. Eine Detailansicht dieses Moduls 40 findet sich in Figur 5. Der Abschreckeinheit 40 folgen zwei Module 10 und 20, wie sie anhand von Figur 3 bereits erläutert worden sind. Hier können gemäß einem dritten und vierten Abschnitt des Wärmebehandlungsprozesses Wärmebehandlungen wie Warmauslagern und Weichglühen vorgenommen werden.

Wie aus Figur 4 ersichtlich, kann das Wärmebehandlungssystem 300 durch Zusammensetzen von vier Modulen 10, 20, 30 und 40 schnell und leicht vor Ort montiert werden. Der modulare Aufbau ermöglicht einen mobilen Einsatz eines sol- chen Wärmebehandlungssystems 300 auch an wechselnden Orten des Betreibers. Auch bezüglich der Art der Charge 50 besteht Flexibilität, solange die Nutzraumabmessungen des Moduls nicht überschritten werden.

Die Abschreckeinheit des Wärmebehandlungssystems 300 ist als Modul 40 ausge- bildet. Auf beiden Längsseiten des Moduls 40 befinden sich spezielle Gebläse 49, über die Luft aus der Umgebung angesaugt und über ein spezielles Düsensystem auf die Bauteile einer Charge 50 gerichtet werden kann. Dies erlaubt ein schnelles Abschrecken der wärmebehandelten Bauteile. Zur Abfuhr von Wärme weist das Dach des als Container ausgebildeten Moduls 40 Abluftöffnungen 51 und Abluftlei- tungen auf.

In Figur 5 ist schließlich eine Detailansicht der Abschreckeinheit aus Figur 4 dargestellt. Das entsprechende Modul 40 weist an beiden Längsseiten speziell ausgebildete Gebläse 49 auf. Jedes Gebläse ist auf eine Charge 50 gerichtet, wobei durch spezielle Düsen die Bauteile der Charge in kurzer Zeit abgekühlt werden. Der Rol- lentisch im Modul 40 ist mit 41 bezeichnet. Der Antrieb des Rollentisches ist mit 60 bezeichnet. Der Nutzraum der Abschreckeinheit ist mit 46 bezeichnet.

Bezugszeichenliste 0,200, 300 Wärmebehandlungssystem, -ofen, 20, 30, 40 Modul

, 21, 41 Rollentisch

, 22 Umwälzer

, 23 thermische Isolierung

, 24 Tür

Heizeinrichtung

, 26, 46 Nutzraum, Ofeninnenraum

Luftführung

Luftstrom

Gebläse

Abluftöffnung

Charge

Antrieb

Schaltschrank

Rollentisch

Antrieb