Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CONTACTLESSLY COOLING STEEL SHEETS AND DEVICE THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/192993
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a hardened steel component, wherein a blank is punched out and the punched-out blank is heated to a temperature ≥ Ac3 either completely or in partial regions and is possibly held at said temperature for a predetermined time in order to perform the formation of austenite, and then the blank heated completely or in partial regions is transferred into a forming tool, is formed in the forming tool, and is cooled in the forming tool at a rate that lies above the critical hardening rate and is thereby hardened, or undergoes final cold-forming, and the formed blank is heated to a temperature ≥ Ac3 completely or in partial regions and is possibly held at said temperature for a predetermined time in order to perform the formation of austenite, and then the blank heated completely or in partial regions and formed is transferred into a hardening tool and is hardened in the hardening tool at a rate that lies above the critical hardening rate, wherein the steel material is adjusted to delay conversion in such a way that, at a forming temperature that lies in the range of 450 °C to 700 °C, quench hardening is achieved by conversion of the austenite into martensite, wherein active cooling occurs after the heating and before the forming, in the case of which active cooling the blank or parts of the blank or the formed blank or regions thereof are cooled at a cooling rate > 15 K/s, wherein a cooling device and an object having a hot surface are moved in relation to each other in order to homogeneously, contactlessly cool the hot blanks or components, wherein the cooling device has at least two parallel, spaced cooling blades or cooling columns, wherein the cooling blades or cooling columns have a nozzle edge having nozzles toward the blank to be cooled or toward the component to be cooled, wherein a cooling fluid is directed at the surface of the blank or of the component by the nozzles and the cooling fluid flows away into the intermediate space between the blades or cooling columns after contacting the hot surface.

Inventors:
BRUMMAYER, Markus (Am Sierner 4, 4082 Aschach, 4082, AT)
ETZELSDORFER, Kurt (Ederackerstraße 13, 4060 Leonding, 4060, AT)
KELSCH, Reiner (Ulmenstrasse 22, Mutlangen, 73557, DE)
SOMMER, Andreas (Seelach 2, Abtsgmünd, 73453, DE)
TUTEWOHL, Benedikt (Wassergasse 8, Durlangen, 73568, DE)
Application Number:
EP2016/061101
Publication Date:
December 08, 2016
Filing Date:
May 18, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
VOESTALPINE STAHL GMBH (voestalpine-Straße 3, 4020 Linz, 4020, AT)
VOESTALPINE METAL FORMING GMBH (Schmidhüttenstraße 5, 3500 Krems an der Donau, 3500, AT)
International Classes:
C21D9/00; B21B45/02; C21D1/613; C21D1/62; C21D1/667; C21D1/673; F27D7/00; F27D9/00
Domestic Patent References:
WO2007014406A12007-02-08
WO2012085253A22012-06-28
WO2010109012A12010-09-30
Foreign References:
DE69833424T22006-10-26
US5770146A1998-06-23
JPH10263669A1998-10-06
JPH11347629A1999-12-21
EP1439240B12010-05-19
EP1642991B12009-02-18
EP1651789B12010-08-25
DE102005003551A12006-07-27
EP2290133A12011-03-02
DE102011053941A12013-03-28
DE102011053939A12013-03-28
Other References:
PASCAL DRILLET; RAISA GRIGORIEVA; GREGORY LEUILLIER; THOMAS VIETORIS: "HARDENED STEEL ZINC BASED COATINGS", 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ZINC AND ZINC ALLOY COATED STEEL SHEET, GALVATECH 2011 - CONFERENCE PROCEEDINGS, GENOVA (ITALY, 2011
Attorney, Agent or Firm:
NAEFE, Jan Robert (Patronus IP Patent- und Rechtsanwälte, Neumarkter Str. 18, München, 81673, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils, wobei eine Platine ausgestanzt wird und die ausgestanzte Platine entweder vollständig oder teilbereichsweise auf ei¬ ne Temperatur ^Ac3 erhitzt und ggf. bei dieser Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird, um die Austenit- bildung durchzuführen, und anschließend die vollständig o- der teilbereichsweise aufgeheizte Platine in ein Formwerk¬ zeug überführt wird, in dem Formwerkzeug umgeformt wird und in dem Formwerkzeug mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, abgekühlt und dadurch gehärtet wird, oder fertig kalt umgeformt wird und die umgeformte Platine vollständig oder teilbereichsweise auf eine Temperatur >AC3 erhitzt und gegebenenfalls bei dieser Temperatur für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird, um die Austenitbildung durchzuführen, und anschließend die vollständig oder teilbereichsweise aufgeheizte und umge¬ formte Platine in ein Härtewerkzeug überführt wird, in dem Härtewerkzeug mit einer Geschwindigkeit gehärtet wird, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, wobei der Stahlwerkstoff derart umwandlungsverzögert eingestellt ist, dass bei einer Umformtemperatur, die im Bereich von 450 °C bis 700 °C liegt, eine Abschreckhärtung durch Umwandlung des Austenits in Martensit stattfindet, wobei nach dem Erhitzen und vor dem Umformen ein aktives Kühlen stattfindet, bei dem die Platine oder Teile der Platine oder die umgeformte Platine oder Bereiche hiervon mit einer Abkühlgeschwindig¬ keit >15K/s abgekühlt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass zum homogenen, kontaktlosen Kühlen der heißen Platinen oder Bauteile eine Kühlvorrichtung (1) und ein Objekt mit einer heißen Oberfläche relativ zueinander bewegt werden, wobei die Kühlvorrichtung (1) über zumindest zwei paralle¬ le, beabstandete Kühlschwerter (2) oder Kühlsäulen (15) verfügt, wobei die Kühlschwerter (2) oder Kühlsäulen (15) zur zu kühlenden Platine oder zum zu kühlenden Bauteil hin eine Düsenkante (6, 17) mit Düsen (10) besitzen, wobei ein Kühlfluid durch die Düsen (10) auf die Oberfläche der Pla¬ tine oder des Bauteils gelenkt wird und das Kühlfluid in den Zwischenraum zwischen den Schwertern (2) oder Kühlsäulen (15) nach der Kontaktierung der heißen Oberfläche abströmt .

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlwerkstoff als Umwandlungsverzögerer die Elemente Bor, Mangan und Kohlenstoff und optional Chrom und Molybdän ent¬ hält .

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlwerkstoff mit folgender Analyse verwendet wird (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0, 08- 0,6

Mangan (Mn) 0, 8-3 ,0

Aluminium (AI) 0, 01- 0,07

Silizium (Si) 0, 01- 0,5

Chrom (Cr) 0, 02- 0,6

Titan (Ti) 0, 01- 0,08

Stickstoff (N) < 0,02

Bor (B) 0, 002 -0,02

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1 Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlwerkstoff mit folgender Analyse verwendet wird (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0,08-0,30

Mangan (Mn) 1, 00-3, 00

Aluminium (AI) 0, 03-0, 06

Silizium (Si) 0, 01-0,20

Chrom (Cr) 0,02-0,3

Titan (Ti) 0, 03-0, 04

Stickstoff (N) 0,007

Bor (B) 0,002-0,006

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen .

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine in einem Ofen auf eine Temperatur >AC3 aufgeheizt wird und für eine vorbestimmte Zeit gehalten wird und anschließend die Platine auf eine Temperatur zwischen 500°C und 600°C abgekühlt wird, um eine Verfestigung der Zinkschicht zu erzielen, und anschließend in das Formwerkzeug überführt und dort umgeformt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kühlung so durchgeführt wird, dass die Abkühlrate >30 K/s beträgt.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kühlung so durchgeführt wird, dass die Abkühlung mit mehr als 50 K/s stattfindet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Platinen, welche zur Erzielung un¬ terschiedlicher Härtebereiche entsprechende Bereiche unter¬ schiedlich starker Aufheizung aufweisen, die aktive Kühlung so durchgeführt wird, dass nach der aktiven Kühlung die vormals heißeren, austenitisierten Bereiche vom Temperaturniveau her an die weniger stark aufgeheizten Bereiche angeglichen sind (+/- 50 K) , sodass die Platine mit einer im Wesentlichen einheitlichen Temperatur in das Umformwerk- zeug eingelegt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kühlung durch Anblasen mit Luft oder Gas oder anderen Fluiden bewirkt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlungsfortschritt und/oder die Einlegetemperatur in das Umformwerkzeug mittels Sensoren, insbesondere Pyrometern, überwacht und die Kühlung entspre¬ chend gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stahlwerkstoff ein mit Zink oder einer Zinklegierung beschichteter Stahlwerkstoff verwendet wird .

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlschwert (2) und/oder die

Kühlsäulen (15) bzw. die Vorrichtung zum Kühlen Einrichtungen (18) besitzt, mit denen die Vorrichtung um die X-, Y- oder Z-Achse bewegbar und insbesondere schwingbar oder oszillierend ausgebildet ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen gelten:

Hydraulischer Durchmesser Düse = DH, wobei DH = 4 x A / U Abstand Düse zu Körper = H

Abstand zwischen zwei Kühlschwerter/Kühlsäulen = S

Länge der Düse = L

L >= 6 x DH

H <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH

S <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH (staggered array)

Oszillation = halbe Teilung des Abstand zwischen zwei Kühlschwerter in X, Y (evtl. Z) .

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (18) zur Bewegung der Vorrichtung eine Oszillationsgeschwindigkeit von 0,25 Sekunden pro Durchlauf erzeugen.

Vorrichtung zum Kühlen von heißen Stahlblechplatinen oder Stahlblechbauteilen, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Kühlen zumindest ein Kühlschwert (2) oder eine Anzahl von Kühlsäulen (15) besitzt, wobei das Kühlschwert (2) oder die Kühlsäule (15) hohl ausgebildet ist und eine Düsenkante (6, 17) besitzt, wobei in der Düsenkante (6, 17) mindestens eine Düse (10) vorhanden ist, welche zu einem zu kühlenden Objekt gerichtet ist, wobei eine Mehrzahl von Kühlschwertern (2) oder eine Mehrzahl von Reihen von Kühlsäulen (15) derart angeordnet ist, dass das Strömungsbild auf der zu kühlenden Oberfläche eine wabenähnliche Struktur ausbildet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten, voneinander beabstandeten Kühlschwertern (2) oder Kühlsäulen (15) vorhanden ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschwerter (2) oder Kühlsäulen (15) jeweils um den halben Abstand zwischen den Düsen (10) an der Düsenkante (6) zueinander versetzt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Kühlschwerter (2) eine Kühlschwertbasis (3), Kühlschwertbreitseiten (4), Kühlschwertschmalseiten (5) und je eine Düsenkante (6) besit- zen, wobei die Düsenkante (6) sowie die Kühlschwertbreit¬ seiten (4) und KühlschwertSchmalseiten (5) einen Hohlraum (7) begrenzen, und das oder die Kühlschwerter (2) mit der Kühlschwertbasis (3) in oder auf einem Rahmen (8) aufge¬ setzt sind, wobei der Rahmen (8) auf einem Fluidkasten (15) zum Zwecke der Fluidzuführung aufsetzbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungseinrichtung (18) vorhanden ist, mit der das oder die Kühlschwerter (2) oder die

Kühlsäulen (15) mit dem Rahmen (8) und dem Fluidzuführkas- ten (16) über einen zu kühlenden Körper bewegbar sind oder mit dem der zu kühlende Körper relativ zu den Kühlschwertern (2) oder den Kühlsäulen (15) bewegbar ist. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlschwert (2) und/oder die

Kühlsäulen (15) bzw. die Vorrichtung zum Kühlen Einrichtungen (18) besitzt, mit denen die Vorrichtung um die X-, Y- oder Z-Achse bewegbar und insbesondere schwingbar oder oszillierend ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen gelten:

Hydraulischer Durchmesser Düse = DH, wobei DH = 4 x A / U Abstand Düse zu Körper = H

Abstand zwischen zwei Kühlschwerter/Kühlzylinder = S Länge der Düse = L

L >= 6 x DH

H <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH

S <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH (staggered array)

Oszillation = halbe Teilung des Abstand zwischen zwei Kühlschwerter in X, Y (evtl. Z) .

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (18) zur Bewegung der Vorrichtung eine Oszillationsgeschwindigkeit von 0,25 Se¬ kunden pro Durchlauf erzeugen.

Description:
Verfahren zum kontaktlosen Kühlen von Stahlblechen und Vorrichtung hierfür Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Kühlen von Stahlblechen und eine Vorrichtung hierfür.

Im technischen Bereich werden Kühlungen in vielen Bereichen benötigt, beispielsweise wenn ebene Platten gekühlt werden müssen, aber auch wenn z. B. Glasflächen bei der Glasherstel lung oder Prozessoreinheiten o. ä. gekühlt werden müssen.

Bisherige Kühlsysteme sind entweder sehr aufwändig, oder recht einfach gehalten, z. B. durch das Anblasen von Luft oder mit anderen Fluiden, insbesondere Wasser oder Öl, wobei hierbei von Nachteil ist, dass sich an der Oberfläche immer ungünsti ¬ ge, unkontrollierte Strömungsbedingungen ausbilden, die dann zum Problem werden, wenn eine besondere definierte Kühlung erforderlich ist.

Insgesamt ist im Stand der Technik davon auszugehen, dass ungünstige Strömungsbedingungen auf der zu kühlenden ebenen Oberfläche, sogenannter Crossflow, bestehen und diese heterogene Oberflächentemperaturen erzeugen. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn im Bereich der Oberfläche zur Erzie ¬ lung homogener Materialeigenschaften auch homogene Temperaturen notwendig sind. Insbesondere können inhomogene Oberflä ¬ chentemperaturen auch zu Verzug führen.

Darüber hinaus ist mit herkömmlichen Kühlmethoden ein kontrol liertes Erreichen einer vorgegebenen Zieltemperatur ebenso we nig möglich, wie die systematische Einstellung von nahezu be ¬ liebigen Kühlraten bis zu einer maximal erreichbaren Kühlrate Besondere Schwierigkeiten bestehen dann, wenn unterschiedliche Materialdicken oder Ausgangstemperaturen auf einer Kühlfläche vorhanden sind, welche auf homogene Temperaturverhältnisse ab ¬ gekühlt werden sollen.

Es ist bekannt, dass insbesondere in Automobilen sogenannte pressgehärtete Bauteile aus Stahlblech eingesetzt werden. Die ¬ se pressgehärteten Bauteile aus Stahlblech sind hochfeste Bau ¬ teile, die insbesondere als Sicherheitsbauteile des Karosse- riebereichs verwendet werden. Hierbei ist es durch die Verwen ¬ dung dieser hochfesten Stahlbauteile möglich, die Materialdicke gegenüber einem normalfesten Stahl zu reduzieren und somit geringe Karosseriegewichte zu erzielen. Beim Presshärten gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Mög ¬ lichkeiten zur Herstellung derartiger Bauteile. Unterschieden wird in das sogenannte direkte und indirekte Verfahren.

Beim direkten Verfahren wird eine Stahlblechplatine über die sogenannte Austenitisierungstemperatur aufgeheizt und gegebe ¬ nenfalls so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis ein gewünschter Austenitisierungsgrad erreicht ist. Anschließend wird diese erhitzte Platine in ein Formwerkzeug überführt und in diesem Formwerkzeug in einem einstufigen Umformschritt zum fertigen Bauteil umgeformt und hierbei durch das gekühlte

Formwerkzeug gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, abgekühlt. Somit wird das gehärtete Bauteil erzeugt. Beim indirekten Verfahren wird zunächst, gegebenenfalls in ei ¬ nem mehrstufigen Umformprozess , das Bauteil fast vollständig fertig umgeformt. Dieses umgeformte Bauteil wird anschließend ebenfalls auf eine Temperatur über die Austenitisierungstempe- ratur erhitzt und gegebenenfalls für eine gewünschte erforder liehe Zeit auf dieser Temperatur gehalten.

Anschließend wird dieses erhitzte Bauteil in ein Formwerkzeug überführt und eingelegt, welches schon die Abmessungen des Bauteils bzw. die Endabmessungen des Bauteils, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Wärmedehnung des vorgeformten Bauteils, besitzt. Nach dem Schließen des insbesondere gekühlten Werkzeuges wird somit das vorgeformte Bauteil lediglich in diesem Werkzeug mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt und dadurch gehärtet .

Das direkte Verfahren ist hierbei etwas einfacher zu realisie ren, ermöglicht jedoch nur Formen, die tatsächlich mit einem einzigen Umformschritt zu realisieren sind, d.h. relativ einfache Profilformen.

Das indirekte Verfahren ist etwas aufwändiger, dafür aber in der Lage auch komplexere Formen zu realisieren.

Zusätzlich zum Bedarf an pressgehärteten Bauteilen entstand der Bedarf, derartige Bauteile nicht aus unbeschichtetem

Stahlblech zu erzeugen, sondern derartige Bauteile mit einer Korrosionsschutzschicht zu versehen.

Als Korrosionsschutzschicht kommen im Automobilbau lediglich das eher in geringem Maße verwendete Aluminium oder Aluminiumlegierungen in Frage oder aber die erheblich häufiger verlang ten Beschichtungen auf der Basis von Zink. Zink hat hierbei den Vorteil, dass Zink nicht nur eine Barriereschutzschicht wie Aluminium leistet, sondern einen kathodischen Korrosionsschutz. Zudem passen sich zinkbeschichtete pressgehärtete Bau teile besser in das Gesamtkorrosionsschutzkonzept der Fahr ¬ zeugkarosserien ein, da diese in heute gängiger Bauweise voll verzinkt sind. Insofern kann Kontaktkorrosion vermindert oder ausgeschlossen werden.

Bei beiden Verfahren konnten jedoch Nachteile aufgefunden wer- den, die auch im Stand der Technik diskutiert werden. Bei dem direkten Verfahren, d.h. der Warmumformung von presshärtenden Stählen mit Zinkbeschichtung kommt es zu Mikro- (10 μιη bis 100 μιη) oder sogar Makrorissen im Material, wobei die Mikrorisse in der Beschichtung erscheinen und die Makrorisse sogar durch den vollständigen Blechquerschnitt reichen. Derartige Bauteile mit Makrorissen sind für die weitere Verwendung ungeeignet.

Beim indirekten Prozess, d.h. der Kaltumformung mit einer anschließenden Härtung und Restformung, kann es ebenfalls zu Mikrorissen in der Beschichtung kommen, welche ebenfalls unerwünscht sind, aber bei weitem nicht so ausgeprägt.

Zinkbeschichtete Stähle werden bislang - bis auf ein Bauteil im asiatischen Raum - im direkten Verfahren, d.h. der Warmum- formung, nicht eingesetzt. Hier werden vielmehr Stähle mit ei ¬ ner Aluminium-Silizium-Beschichtung eingesetzt.

Einen Überblick erhält man in der Veröffentlichung "Corrosion resistance of different metallic coatings on press hardened steels for automotive", Arcelor Mittal Maiziere Automotive Product Research Center F-57283 Maiziere-Les-Mez . In dieser Veröffentlichung wird ausgeführt, dass es für den Warmumform- prozess einen aluminierten Bor-Mangan-Stahl gibt, der unter dem Namen Usibor 1500P kommerziell vertrieben wird. Zudem wer- den zum Zwecke des kathodischen Korrosionsschutzes zinkvorbe- schichtete Stähle für das Warmumformverfahren vertrieben, nämlich der verzinkte Usibor Gl mit einer Zinkbeschichtung, die geringe Anteile von Aluminium enthält, und ein sogenannter galvanealed beschichteter Usibor GA, der eine Zinkschicht mit 10 % Eisen enthält.

Es wird darauf hingewiesen, dass das Zink-Eisen-Phasendiagramm zeigt, dass oberhalb von 782°C ein großer Bereich entsteht, in dem flüssige Zink-Eisen-Phasen auftreten, solange der Eisengehalt gering, insbesondere geringer als 60 % ist. Dies ist jedoch auch der Temperaturbereich, in dem der austenitisierte Stahl warm umgeformt wird. Es wird aber auch darauf hingewie- sen, dass, wenn die Umformung oberhalb von 782°C stattfindet, ein großes Risiko der Spannungskorrosion durch flüssiges Zink besteht, welches vermutlich in die Korngrenzen des Basisstahls eindringt, welche zu Makrorissen im Basisstahl führt. Darüber hinaus ist bei Eisengehalten geringer als 30 % in der Be- Schichtung die Maximaltemperatur zum Umformen eines sicheren Produkts ohne Makrorisse niedriger als 782°C. Dies ist der Grund, warum hiermit kein direktes Umformverfahren betrieben wird, sondern dass indirekte Umformverfahren. Hiermit soll das geschilderte Problem umgangen werden.

Eine weitere Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, soll da ¬ rin liegen, galvannealed beschichteten Stahl zu verwenden, da der zu Beginn schon bestehende Eisengehalt von 10 % und die Abwesenheit einer Fe 2 Al 5 -Sperrschicht zu einer homogeneren Aus- bildung der Beschichtung von überwiegend eisenreichen Phasen führt. Dies resultiert in einer Verringerung oder Vermeidung von zinkreichen, flüssigen Phasen.

In "'STUDY OF CRACKS PROPAGATION INSIDE THE STEEL ON PRESS HARDENED STEEL ZINC BASED COATINGS ' , Pascal Drillet, Raisa

Grigorieva, Gregory Leuillier, Thomas Vietoris, 8th Interna ¬ tional Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet, GALVATECH 2011 - Conference Proceedings, Genova (Italy), 2011" wird darauf hingewiesen, dass verzinkte Bleche im direkten Verfahren nicht verarbeitbar sind.

Aus der EP 1 439 240 Bl ist ein Verfahren zum Warmumformen ei- nes beschichteten Stahlproduktes bekannt, wobei das Stahlmate ¬ rial eine Zink- oder Zinklegierungsbeschichtung aufweist, die auf der Oberfläche des Stahlmaterials ausgebildet ist und das Stahlbasismaterial mit der Beschichtung auf eine Temperatur von 700°C bis 1000°C erwärmt und warm umgeformt wird, wobei die Beschichtung eine Oxidschicht besitzt, die hauptsächlich aus Zinkoxid besteht, bevor das Stahlbasismaterial mit der Zink- oder Zinklegierungsschicht erwärmt wird, um dann ein Verdampfen des Zinks beim Erwärmen zu verhindern. Hierfür wird ein spezieller Verfahrensablauf vorgesehen.

Aus der EP 1 642 991 Bl ist ein Verfahren zum Warmumformen eines Stahles bekannt, bei dem ein Bauteil aus einem gegebenen Bor-Mangan-Stahl auf eine Temperatur am Ac 3 -Punkt oder höher erhitzt wird, bei dieser Temperatur gehalten wird und dann das erhitzte Stahlblech zum fertigen Bauteil umgeformt wird, wobei das geformte Bauteil durch Kühlung von der Formgebungstempera ¬ tur während des Formens oder nach dem Formen in einer solchen Weise abgeschreckt wird, dass die Abkühlrate zum M s -Punkt zu ¬ mindest der kritischen Abkühlrate entspricht und dass die durchschnittliche Abkühlrate des geformten Bauteils vom Ms- Punkt zu 200°C sich im Bereich von 25°C/s bis 150°C/s befin ¬ det .

Aus der EP 1 651 789 Bl der Anmelderin ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, wobei hierbei Formteile aus einem mit einem kathodischen Kor ¬ rosionsschutz versehenen Stahlblech kalt umgeformt werden und eine Wärmebehandlung zum Zwecke der Austenitisierung folgt, wobei vor, beim oder nach dem Kaltumformen des Formteils ein Endbeschnitt des Formteils und erforderliche Ausstanzungen o- der die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen werden und die Kaltumformung sowie der Beschnitt und die Ausstanzung und Anordnung des Lochbildes auf dem Bauteil 0,5 % bis 2 % kleiner ausgeführt werden als die Dimensionen, die das endgehärtete Bauteil haben soll, wobei das zur Wärmebehandlung kalt umge ¬ formte Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise unter Zutritt von LuftSauerstoff auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffes ermöglicht und das erhitzte Bauteil anschließend in ein Werkzeug über ¬ führt wird und in diesem Werkzeug eine sogenannte Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das Anlegen und Pressen (Hal ¬ ten) des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil ge ¬ kühlt und dadurch gehärtet wird und die kathodische Korrosi- onsschut zbeschichtung aus einer Mischung aus im Wesentlichen Zink besteht und zudem ein oder mehrere Sauerstoffäffine Ele ¬ mente enthält. Hierdurch wird an der Oberfläche der Korrosi- onsschut zbeschichtung eine Oxidhaut aus den Sauerstoffäffinen Elementen während des Aufheizens gebildet, welche die kathodi- sehe Korrosionsschutzschicht, insbesondere die Zinkschicht, schützt. Zudem wird bei dem Verfahren durch die maßstäbliche Verkleinerung des Bauteils in Bezug auf seine Endgeometrie die Wärmedehnung des Bauteils berücksichtigt, so dass beim Form ¬ härten weder eine Kalibrierung noch eine Umformung notwendig sind.

Aus der WO 2010/109012 AI der Anmelderin ist ein Verfahren zum Herstellen partiell gehärteter Stahlbauteile bekannt, wobei eine Platine aus einem härtbaren Stahlblech einer Tempera- turerhöhung unterworfen wird, welche für eine Abschreckhärtung ausreicht, und die Platine nach Erreichen einer gewünschten Temperatur und gegebenenfalls einer gewünschten Haltezeit in ein Umformwerkzeug überführt wird, indem die Platine zu einem Bauteil umgeformt und gleichzeitig abgeschreckt gehärtet wird, oder die Platine kalt umgeformt wird und das durch die kalte Umformung erhaltene Bauteil anschließend einer Temperaturerhö ¬ hung unterzogen wird, wobei die Temperaturerhöhung so durchgeführt wird, dass eine Temperatur des Bauteils erreicht wird, die für eine Abschreckhärtung notwendig ist und das Bauteil anschließend in ein Werkzeug überführt wird, in dem das er ¬ hitzte Bauteil abgekühlt und dadurch abgeschreckt gehärtet wird, wobei während des Erhitzens der Platine oder des Bau ¬ teils zum Zwecke der Temperaturerhöhung auf eine zum Härten notwendige Temperatur in den Bereichen, die eine geringere

Härte und/oder eine höhere Duktilität besitzen sollen, Absorptionsmassen anliegen oder mit einem geringen Spalt beabstandet sind, wobei die Absorptionsmasse bezüglich ihrer Ausdehnung und Dicke, ihrer Wärmeleitfähigkeit und ihrer Wärmekapazität und/oder hinsichtlich ihres Emissionsgrades gerade so dimensi ¬ oniert sind, dass die in dem duktil verbleibendem Bereich auf das Bauteil einwirkende Wärmeenergie durch das Bauteil hin durch in die Absorptionsmasse fließt, sodass diese Bereiche kühler bleiben und insbesondere die zum Härten notwendige Tem- peratur gerade nicht oder nur teilweise erreichen, sodass die ¬ se Bereiche nicht oder nur teilweise gehärtet werden können.

Aus der DE 10 2005 003 551 AI ist ein Verfahren zur Warmumformung und Härtung eines Stahlblechs bekannt, bei dem ein Stahl- blech auf eine Temperatur über den Ac3-Punkt erwärmt wird, da ¬ nach eine Abkühlung auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 600°C erfährt und erst nach Erreichen dieses Temperaturbe ¬ reichs umgeformt wird. Diese Schrift geht allerdings nicht auf die Rissproblematik bzw. eine Beschichtung ein, noch wird eine Martensitbildung beschrieben. Ziel der Erfindung ist die Bildung von Zwischengefüge, sogenanntem Bainit .

Aus der EP 2 290 133 AI ist ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug ver- sehenen Stahlbauteils durch Formen eines aus einem Mn-Stahl bestehenden Stahlflachproduktes, das vor dem Formen des Stahlbauteils mit einem ZnNi-Legierungsüberzug versehen wird, be ¬ kannt. Bei diesem Verfahren wird die Platine auf eine Tempera- tur von mind. 800° C erhitzt, wobei sie zuvor mit dem ZiNi- Legierungsüberzug beschichtet wird. Auf die Problematik des "liquid metal embrittlement " geht diese Druckschrift nicht ein . Aus der DE 10 2011 053 941 AI ist ein ähnliches Verfahren be ¬ kannt, bei dem jedoch eine Platine oder eine umgeformte Plati ¬ ne lediglich teilbereichsweise auf eine Temperatur > AC 3 er ¬ hitzt und für eine vorbestimmte Zeit bei dieser Temperatur ge ¬ halten wird, um die Austenitbildung durchzuführen und an- schließend in ein Härtewerkzeug überführt und in dem Härte ¬ werkzeug gehärtet wird, wobei die Platine mit einer Geschwin ¬ digkeit abgekühlt wird, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt. Auch das dort verwendete Material ist ein um- wandlungsverzögertes Material, wobei bei dem Zwischenkühl- schritt die heißeren, austenitisierten Bereiche und die weniger heißen, nicht austenitisierten oder nur teilaustenitisierten Bereiche bezüglich der Temperatur angepasst und die Plati ¬ ne oder die umgeformte Platine bezüglich der Temperatur homo ¬ genisiert wird.

Aus der DE 10 2011 053 939 AI ist ein Verfahren zum Erzeugen gehärteter Bauteile bekannt, wobei hier ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlbauteils offenbart wird, welches eine Beschichtung aus Zink oder einer Zinklegierung besitzt. Aus diesem Blech wird eine Platine ausgestanzt und die ausge ¬ stanzte Platine auf eine Temperatur > AC 3 erhitzt und gegebe ¬ nenfalls für eine vorbestimmte Zeit bei dieser Temperatur ge ¬ halten, um die Austenitbildung durchzuführen und anschließend in ein Formwerkzeug überführt, in diesem umgeformt und in dem Formwerkzeug mit einer Geschwindigkeit, die über der kriti ¬ schen Härtegeschwindigkeit liegt, abgekühlt und dadurch gehär ¬ tet. Der verwendete Stahlwerkstoff wird hierbei derart umwand- lungsverzögert eingestellt, dass bei einer Umformtemperatur, die im Bereich von 450°C bis 700°C liegt, eine Abschreckhär ¬ tung durch Umwandlung des Austenits in Martensit stattfindet, wobei nach dem Erhitzen zum Zwecke der Austenitisierung aber vor dem Umformen ein aktives Kühlen stattfindet, sodass die Platine von einer Ausgangswärme, die das Austenitisieren si- cherstellt, auf eine Temperatur zwischen 450°C bis 700°C abge ¬ kühlt wird, so dass trotz der niedrigen Temperaturen eine mar- tensitische Härtung stattfindet. Hierdurch soll erzielt wer ¬ den, dass möglichst keine Zinkschmelze mit Austenit während der Umformphase, also dem Eintrag von Spannungen, in Berührung kommt, denn durch die vorgenommene Zwischenkühlung findet die Umformung unter der peritektischen Temperatur des Systems Eisen-Zink statt. Es wird erwähnt, dass die Kühlung mit Luftdü ¬ sen erfolgen kann, jedoch nicht auf Luftdüsen beschränkt ist, sondern auch gekühlte Tische oder gekühlte Pressen verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kühlen und insbesondere zum Zwischenkühlen eines Stahlblechs zum Zwecke der Umformung und Härtung weiter zu verbessern.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekenn- zeichnet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen. Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird bei Temperaturen von 20°C bis 900°C eine Abkühlung gewährleistet, die eine maximale Temperaturschwan ¬ kung von 30 °C innerhalb eines Quadratmeters ermöglicht. Die verwendeten Kühlmedien sind Luftgase, Mischgase aber auch Wasser oder andere Fluide. Wenn nachfolgend nur eines dieser Flu ¬ ide erwähnt wird, steht dies stellvertretend für alle diese genannten Fluide. Erfindungsgemäß soll ein geringer Investitionsaufwand mit ge ¬ ringen Betriebskosten, einer hohen Systemverfügbarkeit, hoher Flexibilität und der einfachen Integration in bestehende Pro ¬ duktionsprozesse erreicht werden. Erfindungsgemäß wird eine zu kühlende Oberfläche mittels Robo ¬ ter oder Linearantrieben in der X-, Y- oder Z-Ebene bewegt, wobei eine beliebige Vorgabe der Bewegungstra ektorien und Ge ¬ schwindigkeiten der zu kühlenden Oberflächen möglich ist. Bevorzugt ist hierbei die Oszillation um eine Ruhelage in der X- und Y-Ebene. Die weitere Oszillation in der Z-Ebene (also der Höhe) ist optional möglich.

Ebenso ist eine ein- oder beidseitige Kühlung ohne weiteres möglich .

Die erfindungsgemäßen Kühleinrichtungen besitzen Düsen, die voneinander beabstandet sind, wobei die Düsen nicht nur vonei ¬ nander beabstandet sind, sondern auch von einem Kasten, Träger oder sonstigen Oberflächen beabstandet angeordnet sind. Die Kühleinrichtungen sind dabei dementsprechend so ausge ¬ führt, dass das von der heißen Platte abströmende Medium aus ¬ reichend Raum und Platz zwischen den Düsen vorfindet und zwischen den Düsen effektiv abgeführt werden kann und somit kein Crossflow bzw. Querströmungen auf der zu kühlenden Oberfläche entstehen .

Die Zwischenräume zwischen den Düsen können hierbei mit einer zusätzlichen Querströmung beaufschlagt werden, um die Kühlrate zu erhöhen und damit das Kühlmedium, das von der heißen Platte abströmt, effektiv abzuführen, also quasi abzusaugen. Diese Querströmung sollte jedoch nicht das anströmende Kühlmedium von der Düse zur Platte, also den Freistrahl, beeinträchtigen.

Die Kühleinrichtung kann dabei über Kühlschwerter verfügen, die sich von einem Kühlkasten wegerstrecken und an ihren freien Enden oder ihren freien Kanten eine Reihe von Düsen besitzen .

Darüber hinaus kann die Kühleinrichtung auch durch einzelne, von einer Trägeroberfläche wegstehende Kühlsäulen ausgebildet sein, wobei diese Kühlsäulen an ihrer von der Trägeroberfläche wegweisenden Fläche oder Spitze zumindest je eine Düse tragen. Die Kühlsäulen können dabei einen zylindrischen oder sonstigen Querschnitt besitzen, wobei der Querschnitt der Kühlsäulen auch an gewünschte Querströmungen angepasst und oval, flach tragflächenartig, mehreckig oder ähnlich ausgebildet sein kann .

Selbstverständlich sind auch Mischformen möglich, bei denen die Kühlschwerter nicht durchgehend, sondern unterbrochen ausgebildet sind oder, bei breit oval ausgeführten Kühlsäulen, mehrere Düsen an einer Säulenspitze austreten. Die Geometrie der Düsenöffnungen bzw. der Ausströmöffnungen der Düsen reicht von einfachen runden Geometrien bis hin zu komplexen geometrisch definierten Ausführungen.

Vorzugsweise sind die Düsen oder Düsenreihen versetzt zueinander angeordnet, so dass auch die Kühlsäulen oder Schwerter so versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Düsen ein ver ¬ setztes oder sonstiges Muster bilden. Dies gilt insbesondere bei beidseitiger Kühlung auch für die Anordnung der Düsen oder Düsenreihen der Oberseite zu denen der Unterseite.

Die Düsen sind bevorzugt derart ansteuerbar ausgebildet, dass die Strömung durch die Düse begrenzt und gegebenenfalls sogar abgeschaltet werden kann. Beispielsweise sind für jede Düse einzelne, ansteuerbare Stifte vorhanden, die den Gasdurchtritt begrenzen können. Eine unterschiedliche Kühlwirkung kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, das der Abstand von Düsenaustrittsöffung zur zu kühlenden Oberfläche, z. B durch unterschiedliche Kühlsäulenhöhen, unterschiedlich eingestellt wird. Der Vorteil dieser Methode liegt in der gleichbleibenden Strömung je Düse und damit in gut vorhersehbaren Strömungsverhältnissen, da sich die Strömungswiderstände durch die Höhen ¬ änderungen nahezu nicht verändern.

Erfindungsgemäß folgt das zu bevorzugende Strömungsbild auf der zu kühlenden Oberfläche einer wabenähnlichen Struktur.

Erfolgt die Kühlung mit zumindest einem Kühlschwert, ist das Kühlschwert ein plattenähnliches Element, welches sich zusätz ¬ lich von einer Basis zu einer Ausströmleiste hin verjüngen kann, wobei in der Ausströmleiste mindestens eine Düse einge ¬ bracht ist. Das Schwert ist hierbei hohl ausgebildet, sodass die Düse aus dem hohlen Schwert heraus mit einem Kühlfluid versorgt werden kann. Die Düsen können voneinander mit keilartigen Elementen räumlich beabstandet sein, wobei die keilarti ¬ gen Elemente auch den Raum für das strömende Fluid zur Düse hin verengen können.

Hierdurch kommt es insbesondere zu einer Verdrehung des aus ¬ strömenden Fluidstrahls .

Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Schwertern nebeneinander angeordnet, wobei die Schwerter zueinander versetzt sind.

Durch die versetzte Anordnung erfolgt eine Kühlung ebenfalls mit versetzten Punkten zueinander, wobei die Punkte ineinanderlaufend homogen kühlen und das ausgeströmte Fluid in den Bereich zwischen zwei Schwertern eingesaugt und abgeführt wird .

Bevorzugt gelten die folgenden Bedingungen: Hydraulischer Durchmesser Düse = DH, wobei DH = 4 x A / U Abstand Düse zu Körper = H

Abstand zwischen zwei Kühlschwerter/Kühlsäulen = S

Länge der Düse = L L >= 6 x DH

H <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH

S <= 6 x DH, insb. 4 bis 6 x DH (staggered array)

Oszillation = halbe Teilung des Abstand zwischen zwei Kühlschwerter in X, Y (evtl. Z)

Erfolgt die Kühlung mit Kühlsäulen, sind diese in entsprechender Weise angeordnet. Vorzugsweise wird das zu kühlende Element, z. B. eine zu küh ¬ lende Platte, hierbei bewegt, sodass die Bewegung der Platte einerseits und die versetzte Anordnung der Düsen andererseits dafür sorgt, dass das Kühlfluid alle Bereiche der Platte über- strömt, sodass eine homogene Kühlung erzielt wird.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu ¬ tert. Es zeigen dabei: Figur 1 eine Draufsicht auf eine Mehrzahl von parallel zuei ¬ nander angeordneten Düsenschwertern; die Anordnung der Düsenschwerter gemäß des Schnittes A-A in Figur 1 ; einen Längsschnitt durch ein Düsenschwert entspre ¬ chend der Schnittlinie C-C in Figur 2 ;

Figur 4 die Detailvergrößerung D aus Figur 3 zeigend die Dü- sen;

Figur 5 die Anordnung der Düsenschwerter in einer schematischen perspektivischen Ansicht; Figur 6 eine Detailvergrößerung des Randbereichs der Düsenschwerter mit einem Versatz innerhalb der Schwertanordnung;

Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen

Anordnung von Kühlschwertern, welche in einem Kühlblock zusammengefasst sind;

Figur 8 die Anordnung nach Figur 7 in einer perspektivischen

Ansicht auf die Rückseite; Figur 9 eine Ansicht von erfindungsgemäßen Kühlschwertern in deren Innenraum; Figur 10 stark schematisiert eine perspektivische Ansicht auf eine Anordnung von Düsensäulen an einem Rahmen;

Figur 11 die Ausführungsform nach Fig. 10 in einer Draufsicht; Figur 12 die Anordnung nach den Figuren 10 und 11 in einer

seitlichen Ansicht;

Figur 13 die Ausführungsform nach den Figuren 10 bis 12 mit

Kühlkasten;

Figur 14 angedeutet die Kühlschwerter mit den Düsen, wobei eine zu kühlende Platte mit der Temperaturverteilung und der Fluidtemperaturverteilung gezeigt ist; Figur 15 die Anordnung nach Figur 10, zeigend die Geschwindig ¬ keitsVerteilung;

Figur 16 schematisch die Anordnung zweier gegenüberliegender

Kühlkästen aus einer Mehrzahl von versetzt zueinander angeordneten erfindungsgemäßen Kühlschwertern und einem Bewegungsschlitten zum Hindurchbewegen eines zu kühlenden Objekts;

Figur 17 die Temperaturverteilung auf einer Platine, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt wurde;

Figur 18 ein strukturiertes abgekühltes Bauteil; Figur 19 die Zeit-Temperaturkurve bei der Abkühlung zwischen Ofen und Umformung;

Figur 20 das Zink-Eisen-Diagramm, mit entsprechenden Abkühlkurven für Bleche mit unterschiedlich aufgeheizten Bereichen .

Eine mögliche Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 besitzt Kühleinrichtungen 2, 15, welche Düsen 10 besitzen, die voneinander beabstandet sind, wobei die Düsen 10 nicht nur voneinander beab ¬ standet sind, sondern auch von einem Kasten 16, einem Träger oder sonstigen, die Kühleinrichtungen 2, 15 tragenden Oberflächen beabstandet angeordnet sind.

Die Kühleinrichtungen 2, 15 sind dabei dementsprechend so aus ¬ geführt, dass das von der heißen Platte abströmende Medium ausreichend Raum und Platz zwischen den Düsen 10 vorfindet und zwischen den Düsen quasi eintauchen kann und somit kein Cross- flow bzw. Querströmungen auf der zu kühlenden Oberfläche entstehen .

Die Zwischenräume zwischen den Düsen 10 können hierbei mit ei ¬ ner zusätzlichen Querströmung beaufschlagt werden, um die Kühlrate zu erhöhen und damit das Kühlmedium, das von der hei ¬ ßen Platte abströmt, quasi abzusaugen. Diese Querströmung sollte jedoch nicht das anströmende Kühlmedium von der Düse zur Platte, also den Freistrahl, beeinträchtigen.

Die Kühlvorrichtung 1 kann dabei als Kühleinrichtung 2 über zumindest ein Kühlschwert 2 verfügen, das sich von einem Kühlkasten 16 wegerstreckt und an seinen freien Enden oder seiner freien Kante 6 eine Reihe von Düsen 10 besitzt. Darüber hinaus kann die Kühleinrichtung auch durch einzelne, von einer Oberfläche wegstehende Kühlsäulen 15 ausgebildet sein, wobei diese Kühlsäulen 15 an ihrer von der Oberfläche wegweisenden Fläche oder Spitze 17 zumindest je eine Düse 10 tragen. Die Kühlsäulen 15 können dabei einen zylindrischen o- der sonstigen Querschnitt besitzen, wobei der Querschnitt der Kühlsäulen 15 auch an gewünschte Querströmungen angepasst und oval, flach tragflächenartig oder ähnlich ausgebildet sein kann.

Selbstverständlich sind auch Mischformen möglich, bei denen die Kühlschwerter 2 nicht durchgehend sondern unterbrochen ausgebildet sind oder, bei breit oval ausgeführten Kühlsäulen 15, mehrere Düsen 10 an einer Säulenspitze austreten. Eine weitere denkbare Alternative wäre die Verbindung von mehreren Kühlsäulen durch Leitbleche um eine Beeinflussung des Querstroms zu ermöglichen. Die Geometrie der Düsenöffnungen bzw. der Ausströmöffnungen der Düsen reicht von einfachen runden Geometrien bis hin zu komplexen geometrisch definierten Ausführungen.

Vorzugsweise sind die Düsen 10 oder Düsenreihen versetzt zuei- nander angeordnet, so dass auch die Kühlsäulen 15 oder Schwerter 2 so versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Düsen 10 ein versetztes oder sonstiges Muster bilden.

Eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen 1 besitzt zumindest ein Kühlschwert 2. Das Kühlschwert 2 ist lang gestreckt klappenartig ausgebildet und besitzt eine Kühl ¬ schwertbasis 3, zwei sich von der Kühlschwertbasis weg erstre ¬ ckende Kühlschwertbreitseiten 4, zwei KühlschwertSchmalseiten 5, welche die Kühlschwertbreitseiten verbinden, und eine freie Düsenkante 6.

Das Kühlschwert 2 ist hohl mit einem Kühlschwerthohlraum 7 ausgebildet, wobei der Hohlraum von den Kühlschwertbreitseiten 4, den KühlschwertSchmalseiten 5 und der Düsenkante 6 umschlossen wird, wobei das Kühlschwert an der Basis 3 offen ist. Mit der Kühlschwertbasis 3 ist das Kühlschwert in einen Rahmen 8 eingesetzt, wobei der Rahmen 8 auf einen hohlen Flu- idzuführkasten 16 aufsetzbar ist.

Im Bereich der Düsenkante 6 ist eine Mehrzahl von Düsen 10 bzw. Öffnungen eigebracht, welche in den Hohlraum 7 reichen und somit das Ausströmen von Fluid aus dem Hohlraum nach außen durch die Düsen 10 hindurch ermöglicht.

Von den Düsen 10 erstrecken sich Düsenkanäle 11 in den Hohlraum 7 hinein, welche die Düsen 10 zumindest im Bereich der Düsenkante 6 räumlich voneinander trennen. Die Düsenkanäle 11 sind dabei im Querschnitt vorzugsweise keilförmig ausgebildet, sodass die Düsenkanäle bzw. Düsen durch keilförmige Stege 12 voneinander getrennt sind. Vorzugsweise sind die Düsenkanäle dabei so ausgebildet, dass sie sich zum Hohlraum 7 hin erwei ¬ tern, sodass ein einströmendes Fluid durch die Verengung der Düsenkanäle beschleunigt wird.

Die Kühlschwertbreitseiten 4 können von der Kühlschwertbasis 3 zur Düsenkante 6 hin konvergierend ausgebildet sein, sodass der Hohlraum 7 sich zur Düsenkante 6 hin verengt.

Zudem können die KühlschwertSchmalseiten 5 konvergierend oder divergierend ausgebildet sein. Vorzugsweise sind zumindest zwei Kühlschwerter 2 vorhanden, welche bezüglich der Breitseiten parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kühlschwerter 2 bezüglich des Abstandes der Düsen 10 um einen halben Düsenabstand zueinander versetzt sind.

Darüber hinaus können auch mehr als zwei Kühlschwerter 2 vorhanden sein. Die Düsen 10 können, bezogen auf die Erstreckung der Düsenkante 6, ebenfalls länglich fluchtend zur Düsenkante 6 ausgebil ¬ det sein, die Düsen 10 können jedoch auch rund, oval fluchtend zur Düsenkante 6 oder oval quer zur Düsenkante, sechs-, acht- oder mehreckig ausgebildet sein.

Insbesondere wenn die Düsen 10, bezogen auf die Längserstre ¬ ckung der Düsenkante, ebenfalls länglich ausgebildet sind, insbesondere länglich oval oder länglich vieleckig, ergibt sich eine Drehung eines austretenden Fluidstrahls (Figuren 10, 11), wobei sich durch eine versetzte Anordnung um einen halben Düsenabstand ein Kühlmuster auf einem plattenartigen Körper ergibt (Figur 10), welche entsprechend versetzt ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figuren 10 bis 13) ist auf dem Rahmen 8 eine Mehrzahl von vorstehenden Kühlsäulen 15 oder Zylindern 15 angeordnet, welche an ihrer freien äußeren Spitze 17 oder Fläche 17 zumindest je eine Düse 10 tragen. Dieser Rahmen 8 ist ebenfalls in einem Kühlkasten 16 (Fig. 13) eingesetzt, so dass in den Kühlkasten 16 einströ- mendes Fluid aus den jeweiligen Kühlsäulen 15 und den Düsen 10 austritt. Gegenüber den Kühlschwertern 2 sind bei dieser Ausführungsform somit die Düsen 10 quasi vereinzelt, wobei die zuvor zu den Düsen 10 und ihrer Geometrie und bezüglich der Düsenkanäle 11 gemachten Aussagen auf diese Ausführungsform ebenso zutreffen.

In den Düsenkanälen 11 können Einrichtungen vorhanden sein, die durch axiales Verschieben den effektiven Düsenquerschnitt verringern können und damit den Gasstrom beeinflussen. Als derartige Einrichtungen sind beispielsweise Stifte geeignet, welche einen Querschnitt besitzen, der dem Querschnitt der Dü ¬ se im Austrittsbereich entspricht, wobei die Stifte an eine Form des Düsenkanals 11, beispielsweise eine konische Form, angepasst sein können. Die Stifte können einzeln verschiebbar derart ausgebildet sein, dass sie bei dem Vorschieben in den Düsenkanal den effektiven Düsenquerschnitt bzw. Düsenkanal- querschnitt verringern und damit den Gasstrom und die Strö- mungsgeschwindigkeit beeinflussen.

Bei vollständigem Einschieben eines Stiftes wird die Düse 10 vorzugsweise vollständig verschlossen. Die Stifte der Düsen 10 können einzeln, reihenweise, schwert ¬ weise oder in sonstiger Weise gruppiert angesteuert werden, wodurch es möglich ist, ein gewisses Strömungsprofil in der Kühleinrichtung so auszubilden, dass ein zu kühlendes Objekt nicht gleichmäßig, sondern unterschiedlich stark gekühlt wird.

Alternativ zu Stiften können hierfür auch Blenden oder Schablonen mit beliebigen Ausgestaltungsformen vorgesehen sein, welche das gewünschte Strömungsprofil am zu kühlenden Objekt sicherstellen .

Zur Beeinflussung der Abkühlrate wäre auch eine partielle Ver ¬ änderung der Länge bzw. Höhe der Kühlschwerter bzw. Kühlsäule denkbar . Diese Beeinflussung der Abkühlung ist für viele Anwendungszwecke vorteilhaft, einerseits zur unterschiedlichen Abkühlung von ebenen Platinen um Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu schaffen, aber auch für tailor-welded blanks (TWB) , tailor-rolled blanks (TRB) oder tailored heated blanks(THB) um die unterschiedlich dicken Blechabschnitte bzw. die unterschiedlich temperierten Blechbereiche mit einer jeweils angepassten Abkühlrate zu kühlen um ein homogen temperiertes Objekt zu erhalten.

Auch das entsprechende Geschwindigkeitsprofil ergibt eine ent ¬ sprechende Verteilung (Figur 15) .

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass aus den Düsen 10 ausströmendes Fluid zwar auf die Oberfläche eines zu kühlenden Körpers prallt (Figuren 10, 11), jedoch offensichtlich zwischen den zumindest zwei Schwertern 2 bzw. Kühlsäulen 15 der Kühlvorrichtung 1 eintauchend abfließt, sodass die Kühlströ ¬ mung an der Oberfläche eines zu kühlenden Körpers nicht ge- stört wird.

Eine Vorrichtung zum Kühlen 1 (Figur 12) besitzt z. B. zwei Anordnungen von Kühlschwertern 2 oder zwei Reihen von Kühlsäulen 15 in einem Rahmen 8, wobei die Rahmen 8 mit entsprechen- den Fluidzuführungen 14 und insbesondere auf der den Kühlschwertern 2 oder Kühlsäulen 15 abgewandten Seite mit einem Fluidkasten 16 ausgebildet sind, in dem unter Druck stehendes Fluid vorhanden ist, insbesondere durch die Zuführung unter Druck stehenden Fluids.

Zusätzlich ist eine Bewegungseinrichtung 18 vorhanden, wobei die Bewegungseinrichtung 18 so ausgebildet ist, dass sie einen zu kühlenden Körper zwischen den gegenüberliegenden Kühlschwertanordnungen so hindurchführen kann, dass auf den zu kühlenden Körper beidseitig kühlend eingewirkt werden kann. Als Bewegungseinrichtung einer Serienpresshärteanlage kann z. B. die Transfereinrichtung zwischen Ofen und Presse beispielsweise mittels Roboter oder Linearantrieb verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführung muss dabei der zu kühlende Körper durch die Bewegungseinrichtung nicht abgesetzt bzw. es muss nicht umgegriffen werden d.h. die Kühlung erfolgt im gegriffenen Zustand des zu kühlenden Körpers auf dem Weg von Ofen zu Presse .

Die Abstände der Düsenkanten 6 zum zu kühlenden Körper betragen dabei z. B. 5 mm bis 250 mm.

Durch eine Relativbewegung entweder der Vorrichtung zum Kühlen 1 zu einem zu kühlenden Körper oder umgekehrt bewegt sich das Kühlmuster gemäß Figur 10 über die Oberfläche des zu kühlenden Körpers, wobei das von dem heißen Körper abströmende Medium zwischen den Kühlschwertern 2 oder Kühlsäulen 15 ausreichend Raum vorfindet um abzuströmen und somit kein Crossflow auf der zu kühlenden Oberfläche entsteht.

Erfindungsgemäß können die Zwischenräume mit entsprechenden Strömungsmitteln mit einer zusätzlichen Querströmung beaufschlagt werden, um das auf den heißen Körper strömende Medium zwischen den Schwertern abzusaugen.

Erfindungsgemäß wird ein üblicher Bor-Manganstahl beispiels ¬ weise ein 22MnB5 oder 20MnB8 zur Verwendung als presshärtender Stahlwerkstoff bezüglich der Umwandlung des Austenits in ande ¬ re Phasen verwendet, bei dem sich die Umwandlung in tiefere Bereiche verschiebt und Martensit gebildet werden kann.

Für die Erfindung sind somit Stähle dieser Legierungs zusammen- set zung geeignet (alle Angaben in Masse-%) C Si Mn P S AI Cr Ti B N

[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]

0,20 0,18 2,01 0,0062 0,001 0,054 0,03 0,032 0,0030 0,0041 Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei als Umwandlungsverzögerer in derartigen Stählen insbesondere die Legierungselemente Bor, Mangan, Kohlenstoff und optional Chrom und Molybdän verwendet werden.

Für die Erfindung sind auch Stähle der allgemeinen Legierungszusammensetzung geeignet (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0 08-0,6

Mangan (Mn) 0,8-3,0

Aluminium (AI) 0, 01-0, 07

Silizium (Si) 0, 01-0,5

Chrom (Cr) 0,02-0,6

Titan (Ti) 0, 01-0, 08

Stickstoff (N) < 0,02

Bor (B) 0,002-0,02

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Insbesondere als geeignet erwiesen haben sich Stahlanordnungen wie folgt (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0,08-0,30

Mangan (Mn) 1, 00-3, 00

Aluminium (AI) 0, 03-0, 06

Silizium (Si) 0, 01-0,20

Chrom (Cr) 0,02-0,3

Titan (Ti) 0, 03-0, 04 Stickstoff (N) < 0,007

Bor (B) 0,002-0,006

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Durch die Einstellung der als Umwandlungsverzögerer wirkenden Legierungselemente wird eine Abschreckhärtung, d. h. eine ra- sehe Abkühlung mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Abkühlgeschwindigkeit auch noch unter 780°C, sicher erreicht. Dies bedeutet, dass in diesem Fall unterhalb des Peritektikums des Systems Zink-Eisen gearbeitet wird, d. h. erst unterhalb des Peritektikums mechanische Spannung aufgebracht wird. Dies bedeutet ferner, dass in dem Moment, in dem mechanische Spannung aufgebracht wird, keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, welche mit dem Austenit in Kontakt kommen können. Ein weiterer Vorteil der Einstellung einer höheren Umwandlungsverzögerung ist die dadurch mögliche längere Transferzeit zwischen Kühleinrichtung und Umformpres ¬ se, die aufgrund von Wärmeleitung innerhalb des zu kühlenden Körpers zu einer zusätzlichen Vergleichmäßigung der Temperatur genutzt werden kann. In Figur 19 erkennt man einen günstigen Temperaturverlauf für ein austenitisiertes Stahlblech, wobei erkennbar ist, dass nach dem Aufheizen auf eine Temperatur über der Austenitisie- rungstemperatur und dem entsprechenden Verbringen in eine Kühleinrichtung bereits eine gewisse Abkühlung stattfindet. An- schließend folgt ein rascher Zwischenkühlschritt . Der Zwi- schenkühlschritt wird vorteilhafterweise mit Abkühlgeschwin ¬ digkeiten mit mindestens 15 K/s, vorzugsweise mindestens 30 K/s, weiter bevorzugt mindestens 50 K/s, durchgeführt. An- schließend wird die Platine in die Presse transferiert und die Umformung und Härtung durchgeführt.

In Figur 20 erkennt man im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, wie beispielsweise eine Platine mit unterschiedlich heißen Berei ¬ chen entsprechend behandelt wird. Hierbei erkennt man für die heißen, zu härtenden Bereiche eine hohe Starttemperatur zwischen 800°C und 900°C während die weichen Bereiche auf eine Temperatur unter 700 °C aufgeheizt worden sind und insbesondere dann für eine Härtung nicht zur Verfügung stehen. Einen Temperaturangleich erkennt man bei einer Temperatur von etwa 550 °C oder etwas darunter, wobei nach einer verstärkten Abkühlung der heißeren Bereiche auch die Temperatur der weicheren Bereiche eine rasche Abkühlung mit etwa 20 K/s erfährt.

Für die Zwecke der Erfindung ist es dabei ausreichend, wenn die Temperaturangleichung so durchgeführt wird, dass noch Differenzen in den Temperaturen der (vormals) heißen Bereiche und der (vormals) kälteren Bereiche bestehen, die 75°C, insbeson- dere 50°C nicht überschreiten (in beide Richtungen) .

Bei einer homogen aufgeheizten Platine erfolgt die Zwischenkühlung vorzugsweise derart, dass die Platine in die Abkühl- vorrichtung verbracht wird und mit den Düsen der Kühlschwerter homogen mit einem gasförmigen Kühlmedium angeströmt und auf eine einheitliche, tiefere Temperatur abgekühlt wird.

Für den Fall, dass eine Platine nur teilbereichsweise auf Aus- tenitisierungstemperatur aufgeheizt wurde, werden die Düsen bzw. die Kühlschwerter derart angesteuert und insbesondere die Düsen mittels der Einrichtungen bzw. Stifte so angesteuert, dass nur die heißen Bereiche auf mindestens die peritektische Temperatur des Zink-Eisen-Diagramms abgekühlt werden und die übrigen Bereiche gegebenenfalls weniger oder nicht angeströmt werden, um eine Vergleichmäßigung der Temperatur in der Platine zu erreichen. Hiermit wird sichergestellt, dass eine bezüg ¬ lich der Temperatur homogene Platine in die Umform- und Abschreckeinrichtung eingelegt wird.

Darüber hinaus können Platinen verarbeitet werden, die aus unterschiedlichen Blechen, d.h. Bleche unterschiedlicher Stahlgüte oder Bleche unterschiedlicher Dicke, ausgebildet sind. Beispielsweise wird eine zusammengesetzte Platine, die aus un- terschiedlichen Blechen unterschiedlicher Dicke zusammengefügt ist, auch unterschiedlich abgekühlt werden müssen, da ein dickeres Blech gleicher Temperatur stärker abgekühlt werden muss als ein entsprechend dünneres Blech. Mit der Vorrichtung kann somit auch eine Platine mit unterschiedlichen Blechdicken, egal ob diese durch unterschiedlich dicke zusammengesetzte bzw. zusammengeschweißte Blechstücke oder durch unterschiedli ¬ che Walzdicken ausgebildet ist, rasch homogen zwischengekühlt werden . Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine homogene Kühlung von heißen Elementen möglich ist, welche kostengünstig ist und eine hohe Variabilität hinsichtlich der Zieltemperatur und möglicher Durchlaufzeiten besitzt. Bei der Erfindung ist zudem von Vorteil, dass eine Stahlblechplatine über ihren gesamten Bereich oder teilbereichsweise sehr exakt und mit hoher Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit vor dem Einlegen in ein Umformwerkzeug oder ein Formhärtewerkzeug sehr zuverlässig zwischengekühlt werden kann. Bezugs zeichen

1 Vorrichtung zum Kühlen

2 Kühlschwert

3 Kühlschwertbasis

4 Kühlschwertbreitseiten

5 KühlschwertSchmalseiten

6 Düsenkante

7 Hohlraum

8 Rahmen

10 Düsen

11 Düsenkanäle

12 keilförmige Stege

14 Fluidzuführungen

15 Säulen

16 Kasten

17 Säulenkante/Spitze

18 Bewegungseinrichtung