Die Erfindung betrifft ein Mehrzonen-Heizverfahren für Stahlblechplatinen gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Heizvorrichtung für Stahlblechplatinen gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß Patentanspruch 16. .

Aus der EP 2730 665 B1 ist es bekannt, Kraftfahrzeugkarosserien aus metallischen Werkstoffen herzustellen. Hierzu werden insbesondere hochfeste und höchstfeste Stähle eingesetzt, die zumindest partiell hohe Härten oder aber duktile Eigenschaften aufweisen, so dass die Festigkeit und auch die Crashperformance einer Kraftfahrzeugkarosserie gesteigert wird, bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Üblicherweise werden zur Herstellung von Stahlblechplatinen mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität die Stahlblechplatinen zunächst in einem Ofen auf eine Temperatur homogen erwärmt und anschließend in eine Heizstation in zumindest Teilbereichen weiter auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur (AC3) erwärmt. Die Platine wird im Anschluss daran formgepresst und durch Abschrecken gehärtet. Es kann eine Zwischenkühlung erfolgen.

Die EP 2 730 665 B1 schlägt zur Herstellung warmgeformter und pressgehärteter Stahlblechprodukte als Kraftfahrzeugbauteile eine Warmform linie vor, die eine Erwärmungsvorrichtung und eine Umform Vorrichtung aufweist. Die Erwärmungsvorrichtung weist eine Temperierstation mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug auf. An dem Oberwerkzeug und/oder dem Unterwerkzeug sind austauschbare Temperierplatten angeordnet. Sie dienen zur konduktiven Temperierung. Die Temperierplatten sind durch eine Temperierquelle der Temperierstation erwärmbar oder kühlbar. Die Temperierplatten weisen zwei Bereiche unterschiedlicher Temperaturen auf, die in Kontakt mit der Bauteiloberfläche gebracht werden sollen.

In dem Oberwerkzeug und/oder in dem Unterwerkzeug ist eine Temperierquelle zum Heizen oder Kühlen angeordnet. Die DE 10 2017 128 574 B3 offenbart eine Temperiereinheit zum Wärmebehandeln einer Platine mit einer Ofenvorrichtung. Die Temperiereinheit weist einen Temperierkörper auf mit einer Vielzahl von Aufnahmebohrungen für Temperierstifte. Die Temperierstifte sind beweglich in den Aufnahmebohrungen gelagert. Sie sind derart steuerbar, dass eine Temperiergruppe der Temperierstifte aus dem Temperierkörper in Richtung der zu erwärmenden Platine ausfahrbar ist, damit ein thermischer Kontakt zwischen der Temperiergruppe und einer vorbestimmten Temperierzone der Platine entsteht. Eine Vielzahl von Temperierstiften ermöglicht eine flexible Anpassung an unterschiedliche Bauteilformen bzw. zu erwärmende bzw. zu kühlende Bereiche.

Die DE 102014 104922 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Stahlblechplatinen. Ein Stahlblech wird auf eine Temperatur oberhalb AC3 des jeweiligen Stahlwerkstoffes aufgeheizt und austenitisiert, um das Bauteil anschließend in einen Presshärtewerkzeug in heißem Zustand tiefzuziehen und gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit derart abzukühlen, dass sich ein Abschreckhärtegefüge einstellt, wobei nach dem Aufheizen oberhalb AC3 und vor dem Umformen und Abschreckhärten der Stahlwerkstoff temperiert und insbesondere gekühlt wird, bis er eine gewünschte Temperatur zur Umformen besitzt. Es ist vorgesehen, dass die auf die Platine ausübende Werkzeugplatte oder Arbeitsplatte schmale Schlitze aufweist, um eine Wärmeausdehnung des Materials zu ermöglichen.

Die EP 3211 103 B1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit mindestens zwei voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen. Typische Anwendungsfälle sind Kraftfahrzeugsäulen, Dachholme, Schweller, Querträger oder Längsträger sowie weitere in der Kraftfahrzeugkarosserie verbaute Strukturbauteile. Das Verfahren dient dazu, mindestens zwei Bereiche miteinander verschiedener Festigkeit herzustellen. Es werden vorbeschichtete Platinen bereitgestellt, insbesondere Platinenzuschnitte, die aus einer härtbaren Stahllegierung bestehen. Die Legierung wird homogen über AC3 erwärmt und auf eine Aufwärmtemperatur gehalten, so dass eine Vorbeschichtung für den Korrosionsschutz mit der Platine durchlegiert. Über eine Zwischenkühlung und partielles Erwärmen im ersten Bereich über eine Temperatur von mindestens AC3, anschließendes Halten und Zwischenkühlen wird schließlich eine Warmumformung und ein Presshärten der so partiell temperierten Platine durchgeführt, um das gewünschte Kraftfahrzeugbauteil herzustellen. Das Ziel ist es, dass Bereiche mit einer Zugfestigkeit größer 1400 MPa und zweite Bereiche mit einer Zugfestigkeit kleiner als 1050 MPa sowie mit dazwischenliegenden Übergangsbereichen mit einer Breite kleiner 50 mm herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrzonenheizverfahren für Stahlblechplatinen weiter zu entwickeln, dass eine ähnliche Zykluszeit wie bei der Herstellung von üblichen warmgeformten Bauteilen besitzt, wobei schmale Übergangszonen zwischen weichen und harten Bereichen erreicht werden sollen und welches sich einfach in bestehende und neue Warmform linien integrieren lässt. Ein weiteres Ziel ist, dass mit dem Mehrzonenheizverfahren insbesondere dickwandige Blechbauteile oder mehrlagige Blechbauteile mit einer Wanddicke von wenigstens 2,5 mm, bevorzugt mit einer Wanddicke von wenigstens 3 mm, insbesondere mit einer Wanddicke von wenigstens 3,5 mm auch in Form von Patchwork-Bauteilen anforderungsgerecht innerhalb kurzer Taktzeiten erwärmt werden können. Ein weiteres Ziel ist die Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit durch Warmformen und Presshärten.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 löst diese Aufgabe. Eine entsprechende Vorrichtung, die auch zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, ist Gegenstand des Patentanspruches 7. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen. Anspruch 16 schließlich löst die auf das Kraftfahrzeugbauteil gerichtete Aufgabe.

Das erfindungsgemäße Mehrzonenheizverfahren für Stahlblechplatinen stellt auf die Herstellung von Stahlblechbauteilen, insbesondere für die Verwendung bei Kraftfahrzeugen ab. Der Begriff Stahlblechplatine umfasst flache, beschnittene Platinen oder auch vorgeformte Platinen. Der Begriff Stahlblechplatine steht aber auch für insbesondere dickwandige Blechbauteile oder mehrlagige Blechbauteile mit einer Wanddicke von wenigstens 2,5 mm, bevorzugt mit einer Wanddicke von wenigstens 3 mm, insbesondere mit einer Wanddicke von wenigstens 3,5 mm auch in Form von Patchwork-Bauteilen. Erfindungsgemäß umfasst die Stahlblechplatine aus einem härtbaren Werkstoff, insbesondere Mangan-Bor-Stahl und weist eine metallische vor Korrosion und Verzunderung schützende Beschichtung, insbesondere umfassend eine Aluminium-Silizium-Legierungsschicht auf. Die Stahlblechplatine kann einlagig aus einem einzigen Werkstoff und mit homogener Wanddicke ausgebildet sein. Die Stahlblechplatine kann aber auch aus mehreren Werkstoffen (Tailored Welded Blank) oder mit verschiedener Wanddicke (Tailor Rolled Blank, Tailor Welded Blank) oder mit einem vorfixierten Verstärkungsblech mehrlagig als so genanntes Patchwork ausgebildet sein.

Eine solche Stahlblechplatine wird zunächst zum Austenitisieren auf eine Temperatur über der AC3-Temperatur des Stahlwerkstoffes der Stahlblechplatine erwärmt. Anschließend wird die Temperatur der Stahlblechplatine unter die AC1 -Temperatur gesenkt und zwischen der AC1 -Temperatur und der Martensitstarttemperatur des Stahlwerkstoffes gehalten. Die so gewärmte Stahlblechplatine wird in eine Mehrzonen- Heizstation transferiert. Das Ziel ist es, wenigstens einen ersten Bereich der Stahlblechplatine und wenigstens einen zweiten Bereich der Stahlblechplatine mit voneinander abweichenden Materialeigenschaften herzustellen. Hierzu wird in einem ersten Bereich der Stahlblechplatine eine Temperatur unter der AC1 -Temperatur gehalten. Ein zweiter Bereich der Stahlblechplatine wird auf eine Temperatur über der AC3-Temperatur des Stahlwerkstoffes der Stahlblechplatine erwärmt. Hierfür wird ein erhitztes Kontaktwerkzeug verwendet, das mit der Oberfläche der Stahlblechplatine in thermischem Kontakt gebracht wird.

Der Begriff "thermischer Kontakt" bedeutet, dass eine thermische Wechselwirkung zwischen zwei Bauteilen stattfindet, um eine bestimmte Wärmemenge zu übertragen. Ein schneller Wärmeübergang wird angestrebt. Hierzu ist insbesondere ein physischer Kontakt durch eine nicht zu niedrige Druckkraft zwischen den Bauteilen vorgesehen.

Ein thermischer Kontakt kann auch dadurch erreicht werden, dass ein geringer Abstand zwischen der zu erwärmenden Stahlblechplatine und dem erhitzten Kontaktwerkzeug eingestellt wird, um die Wärme berührungslos zu übertragen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kontaktwerkzeug vor dem thermischen Kontakt mit der Stahlplatine über eine Heizplatte erwärmt wird. Die Heizplatte wird mit Kontaktflächen des Kontaktwerkzeuges in thermischem Kontakt gebracht und nach dem Aufheizen des Kontaktwerkzeuges in einen Vorheizofen transferiert, um die Heizplatte erneut aufzuheizen. Die Heizplatte kann aus einem keramischen Werkstoff bestehen, z. B. aus Sinterwerkstoffen oder aus Siliziumcarbid gefertigt sein. Die Heizplatte befindet sich nur temporär zum Aufheizen des Kontaktwerkzeuges in der Mehrzonen-Heizstation. Wenn die Heizplatte entfernt wird, wird Platz für die zu erhitzende Stahlblechplatine geschaffen. Das bereichsweise Erhitzen der Stahlblechplatine über die AC3-Temperatur erfolgt über den thermischen Kontakt, insbesondere dadurch, dass das Kontaktwerkzeug gegen die Stahlblechplatine gepresst wird.

Es können sehr kurze Zykluszeiten zum Aufheizen des Kontaktwerkzeuges erreicht werden. Durch entsprechende Gestaltung des Kontaktwerkezeuges und/oder der Heizplatten, das heißt durch bestimmte Formgebung der Heizplatten oder der Kontaktwerkzeuge können die zu erwärmenden Bereiche der Stahlblechplatine präzise eingestellt werden. Insbesondere wird sichergestellt, dass die Härte in duktilen Bereichen der Stahlblechplatine die 210 HV nicht überschreitet. Gleichzeitig ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Übergangszone zwischen weichen und harten Bereichen sehr klein zu gestalten, insbesondere mit einer Breite kleiner als 30 mm, bevorzugt kleiner als 20 mm. Durch entsprechende Formgebung der Randbereiche des Kontaktwerkzeuges kann die Breite der Übergangszone gesteuert werden, beispielsweise indem Ausnehmungen im Randbereich des Kontaktwerkzeuges vorgesehen werden können, wie z. B. Taschen.

Eine solche Mehrzonen-Heizstation mit der dazugehörigen wenigstens einen pendelnd hin und her transferierbaren Heizplatte lässt sich platzsparend in neue und bestehende Warmform linien integrieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft mithin ein Ofensystem zur Bildung eines Temperaturprofils auf einer Stahlblechplatine oder auf einem Stahlblechbauteil, wobei in der Stahlblechplatine in wenigstens einem ersten Bereich eine Temperatur unterhalb der AC1 -Temperatur eingestellt wird und in einem oder mehreren zweiten Bereichen eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur gebildet wird;

Nach der Wärmebehandlung wird die Stahlblechplatine über die Transfereinrichtung einer Umformstation, insbesondere zum Warmformen und Presshärten zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem pendelnden Transfer einer Heizplatte zwischen dem Vorheizofen und der Mehrzonen-Heizstation. Der Takt, in welchem die Heizplatte hin und her bewegt wird, entspricht vorzugsweise dem Takt, mit dem die Stahlblechplatinen in der Mehrzonen-Heizstation wärmebehandelt werden, das heißt, dem Takt, in welchem die Stahlblechplatinen in die und aus der Mehrzonen-Heizstation transferiert werden. Da die Zyklusweiten sehr kurz sein können, ist es notwendig, die Heizplatte sehr schnell entsprechend vorzuwärmen, da in der relativ kurzen Taktzeit eine erhebliche Wärmemenge von der Heizplatte auf die Kontaktflächen der Kontaktwerkzeuge übertragen werden muss. Das Ziel ist es, dass die hohe Wärmemenge nicht von der Kontaktfläche bis zum gegenüberliegenden Ende des Kontaktwerkzeuges, das der Stahlblechplatine abgewandt ist, abströmt. Dementsprechend soll die Heizplatte schnell aus dem Kontaktwerkzeug hinausbewegt werden, wenn das Kontaktwerkzeug geöffnet wird und gleichzeitig die wenigstens eine zu erwärmende Stahlblechplatine in die Mehrzonen-Heizstation eingebracht werden, um das Kontaktwerkzeug schnell wieder zu schließen.

In vorteilhafter Weiterbildung grenzt ein Ofenraum des Vorheizofens unmittelbar an die thermisch isolierte Mehrzonen-Heizstation. Die Heizplatte soll auf direkten und bevorzugt auf kürzestem Wege zwischen der Hitze des Vorheizofens und den zu erwärmenden Kontaktwerkzeugen pendeln hin und her transferiert werden. Die Wärme in der Mehrzonen-Heizstation wird ausschließlich oder überwiegend von der Heizplatte in die Mehrzonen-Heizstation eingebracht. Hierbei ist die Wärme gemeint, die notwendig ist, um die Kontaktflächen auf eine Temperatur oberhalb AC3- zu erwärmen. Die Erfindung schließt nicht aus, dass die Mehrzonen-Heizstation Heizeinrichtungen aufweist, um eine Grundtemperatur zu halten für die weichen Bereiche der fertigen Stahlblechplatine.

Das Kontaktwerkzeug kann in vorteilhafter Weiterbildung zum Aufheizen einseitig oder beidseitig gegen die Heizplatte gepresst werden und anschließend ein- oder beidseitig gegen den zweiten Bereich der Stahlplatine gepresst werden. Die Kontakterwärmung muss mit ausreichend akkumulierter Energie erfolgen, um die Bereiche der gewünschten Form und Größe aufheizen zu können. Die Stahlblechplatinen haben hierbei eine genaue Position in Bezug auf das oder die Kontaktwerkzeuge, so dass die Bereiche mit eine Temperatur oberhalb der AC3 exakt an der gewünschten Stelle gebildet werden können. Hierzu sind entsprechende Positioniereinrichtungen für die Stahlblechplatinen vorgesehen. Vorzugsweise werden die Stahlblechplatinen von beiden Seiten mittels der Kontaktwerkzeuge erwärmt, wobei jeweils eine nicht zu vernachlässigende Druckkraft auf die Kontaktfläche der Stahlblechplatine aufgebracht wird. Das Vorheizen der Kontaktwerkzeuge auf eine Temperatur über AC3 erfolgt überwiegend durch die Kontakterwärmung von ihrer Funktionsseite her, das heißt durch den Kontakt mit der wenigstens einen Heizplatte. Die hierfür erforderliche Wärme wird außerhalb der Erwärmungszeit der Stahlblechplatinen in der Mehrzonen- Heizstation, das heißt in jedem Fall zeitlich versetzt zum Kontakt der Kontaktwerkzeuge mit den Stahlblechplatinen.

Je nach Form und Anzahl der Bereiche können ein- oder mehrteilige Heizplatten für ein oder mehrteilige Kontaktwerkzeuge verwendet werden. Ein Kontaktwerkzeug kann beispielsweise mehrere Kontaktblöcke aufweisen. Die Kontaktblöcke werden bevorzugt nicht permanent, sondern nur zeitweise über die pendelnd transferierbare Heizplatte beheizt. Das senkt Komplexität und Kosten der Mehrzonen-Heizstation.

Um die Aufheizzeit und Taktzeit weiter zu reduzieren, können die Kontaktblöcke alternativ auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur des Werkstoffs der Stahlblechplatine vorerwärmt werden, wobei die Wärmemenge zum Erreichen der Temperatur im Kontaktbereich oberhalb der AC3-Temperatur über die pendelnd transferierbare Heizplatte bzw. Heizplatten zugeführt wird.

Die Heizplatte und/oder das Kontaktwerkzeug können eine der Form des zu erwärmenden zweiten Bereichs der Stahlblechplatine entsprechende Kontaktfläche aufweisen. Es ist möglich, Masken zu verwenden, um bestimmte Anpassungen vorzunehmen bzw. stahlblechplatinenspezifische Temperierzonen auszubilden.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung für Stahlblechplatinen dienen insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Mehrzonen-Heizverfahren. Die Heizvorrichtung weist einen Vorheizofen für die Heizplatte vorgesehen, der möglichst nah an einer Mehrzonen-Heizstation angeordnet ist, in welcher wenigstens ein Kontaktwerkzeug für den abwechselnden thermischen Kontakt mit der Heizplatte und der Stahlblechplatine angeordnet ist. Eine Transferstation für den Transfer einer Stahlblechplatine in und aus der Mehrzonen-Heizstation ist der Mehrzonen- Heizstation vorgelagert. Darüber hinaus ist eine Transfereinrichtung zum Transfer der Heizplatte von dem Vorheizofen in die Mehrzonen-Heizstation und zurück vorgesehen.

Vorzugsweise sind die Transferstationen für die Stahlblechplatine und die Transfereinrichtung für die Heizplatte kinematisch, z.B. regelungstechnisch, Antriebstechnisch oder auch mechanisch miteinander gekoppelt, so dass die Heizplatte und die Stahlblechplatine gleichzeitig verlagerbar sind. Mechanisch gekoppelt bedeutet nicht, dass die Bewegung bzw. die Bewegungen der Stahlblechplatine und der Heizplatte bzw. der mehreren Heizplatten vollkommen synchron erfolgen müssen. Vielmehr sollen die Bewegungsrichtungen aufeinander abgestimmt werden, was durch eine mechanische Kopplung erreicht werden kann. Eine mechanische Kopplung in diesem Sinne kann auch eine Schleppverbindung zwischen einem Träger für die Stahlblechplatinen und einem Träger für die Heizplatte sein, so dass die Heizplatte aus der Mehrzonen-Heizstation heraus verlagert werden kann, während die Stahlblechplatine synchron oder zeitlich etwas versetzt hineinverlagert wird und umgekehrt. Kinematische Verbindungen im Sinne einer regelungstechnischen oder steuerungstechnischen Verbindung erlauben eine anforderungsgerechte Anpassung an die Taktung.

Die Heizplatte wird erwärmt, wenn sie nicht mit dem Kontaktwerkzeug in Kontakt steht. Die Erwärmung der wenigstens einen Heizplatte kann hauptsächlich oder optional durch Widerstandsheizung, durch Strahlungswärme sowie induktiv erfolgen, und zwar in dem Vorheizofen und optional zusätzlich auch in der Mehrzonen-Heizstation. Die Heizplatte besteht aus einem hitzebeständigen Material.

Um den elektrischen Widerstand der Heizplatte zu erhöhen, kann sie aus mehreren elektrisch isolierten Segmenten bestehen, die in einer Reihe oder parallel geschaltet sind. Grundsätzlich kann die Heizplatte auch aus mehreren thermisch isolierten Segmenten bestehen, um Bereiche bzw. Segmente der Heizplatte unterschiedlich stark zu erhitzen, um ein gewünschtes Temperaturprofil an der Stahlblechplatine einzustellen.

In einer Weiterbildung der Erfindung können einzeln der mehreren elektrisch isolierten Segmente in eine oder mehrere Gruppen aufgeteilt werden, wobei die Temperatur jeder dieser Gruppen separat eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann unter Verwendung ein und derselben Heizplatte eine Anpassung der zu erwärmenden Bereiche am Kontaktwerkzeug erreicht werden und auf diesem Wege schließlich die Form und Größe des über AC3 zu erwärmenden zweiten Bereichs eingestellt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung bzw. der Mehrzonen-Heizeinrichtung können ein oder mehrere Stahlblechplatinen gleichzeitig in einem Zyklus bearbeitet werden. Das Kontaktwerkzeug kann zudem mehrere getrennte Kontaktblöcke für die Wärmeübertragung auf mehrere getrennte Bereiche der Stahlblechplatine aufweisen. Zudem können die Kontaktblöcke mittels der Hubeinrichtung getrennt voneinander gegen die Heizplatte und gegen die Stahlblechplatine pressbar sein. Das Kontaktwerkzeug kann ein geteiltes Werkzeug sein und dementsprechend ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweisen.

Die Anordnung und Form der Kontaktblöcke ist spezifisch auf die jeweilige Stahlblechplatine abgestellt. Die Kontaktblöcke bzw. die kompletten Kontaktwerkzeuge sind austauschbar bzw. können durch die Verwendung von Masken adaptiert werden.

Die Übergangszone zwischen dem weichen und harten Bereich der zu behandelnden Stahlblechplatine ist aufgrund der sehr hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit sehr eng. Das heißt, die Kontaktzeiten mit den Kontaktflächen der Kontaktwerkzeuge sind sehr kurz. Denn zusätzlich kann die Breite der Übergangszone durch eine spezielle Behandlung der Ränder der Kontaktflächen der Kontaktwerkzeuge angepasst werden, insbesondere, indem in dem Bereich der Ränder Aussparungen vorgesehen werden. Die Aussparungen können beispielsweise durch Bohren, Perforieren, Schneiden, Einstechen oder Vertiefen erreicht werden. Dadurch wird die unmittelbare Kontaktfläche im Randbereich verringert und der thermische Übergangsbereich kann etwas vergrößert werden, falls dies erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann ein oder mehrere Heizplatten aufweisen, die gemeinsam oder auch unabhängig voneinander in die Mehrzonen-Heizstation verlagerbar sind.

Die Position der Stahlblechbauteile in der Mehrzonen-Heizstation ist bevorzugt horizontal. Die Position kann optional auch vertikal sein oder geneigt sein.

Es kann eine gemeinsame Heizplatte für alle AC3-Zonen bzw. Kontaktblöcke des Kontaktwerkzeuges verwendet werden oder es können einzelne Heizplatten für jeden einzelnen Kontaktblock verwendet werden. Die Heizplatten können produktspezifisch bzw. an Form und Größe des gewünschten thermisch zu bearbeitenden Bereichs der Stahlblechplatine anpasst sein. Wichtig ist, dass die Kontaktfläche der Kontaktwerkzeuge der Kontaktfläche der Heizplatte entspricht, damit der komplette Bereich der Kontaktflächen der Kontaktwerkzeuge gleichmäßig und ohne Zeitverlust erwärmt wird und insbesondere wenig Wärme abfließt, bevor die Kontaktwerkzeuge mit der Stahlblechplatine in Kontakt gelangen. Die Erfindung schließt Heizplatten mit einer universalen Größe ein, die nicht besonders an die Kontur der Kontaktflächen bzw. an zweite Bereiche der Stahlblechplatine angepasst sind.

Bevorzugt ist das Kontaktwerkzeug federelastisch gelagert. Weiterhin bevorzugt besitzt das Kontaktwerkzeug an seinem Oberwerkzeug und/oder an seinem Unterwerkzeug an die Stahlblechplatine formangepasste Kontaktflächen. Der Begriff formangepasst bezieht sich auf die Oberflächentopografie und nicht auf die Kontur. Die Formanpassung ist insbesondere bei Dickensprüngen von Vorteil, wie sie bei Patchwork-Bauteilen Vorkommen, wenn der Ac3-Bereich sich über einen Dickensprung hinaus erstreckt.

Die Stahlblechplatine ist insbesondere ein Vorprodukt für ein Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere der Kraftfahrzeugkarosserie, beispielsweise eine Säule, ein Schweller oder Türrahmen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Kraftfahrzeugbauteil mit wenigstens einem harten und wenigstens einen weichen Bereich, umfasst folgende Schritte:

Eine Stahlblechplatine insbesondere mit zuvor beschriebenen Eigenschaften wird zunächst zum Austenitisieren auf eine Temperatur über der AC3-Temperatur des Stahlwerkstoffes der Stahlblechplatine erwärmt. Anschließend wird die Temperatur der Stahlblechplatine unter die AC1 -Temperatur gesenkt und zwischen der AC1- Temperatur und der Martensitstarttemperatur des Stahlwerkstoffes gehalten. Die so gewärmte Stahlblechplatine wird in eine Mehrzonen-Heizstation transferiert. Das Ziel ist es, wenigstens einen ersten Bereich der Stahlblechplatine und wenigstens einen zweiten Bereich der Stahlblechplatine mit voneinander abweichenden Materialeigenschaften herzustellen. Hierzu wird in einem ersten Bereich der Stahlblechplatine eine Temperatur unter der AC1 -Temperatur gehalten. Ein zweiter Bereich der Stahlblechplatine wird auf eine Temperatur über der AC3-Temperatur des Stahlwerkstoffes der Stahlblechplatine erwärmt. Hierfür wird ein erhitztes Kontaktwerkzeug verwendet, das mit der Oberfläche der Stahlblechplatine in thermischem Kontakt gebracht wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kontaktwerkzeug vor dem thermischen Kontakt mit der Stahlplatine über eine Heizplatte erwärmt wird. Die Heizplatte wird mit Kontaktflächen des Kontaktwerkzeuges in thermischem Kontakt gebracht und nach dem Aufheizen des Kontaktwerkzeuges in einen Vorheizofen transferiert, um die Heizplatte erneut aufzuheizen. Die Heizplatte befindet sich nur temporär zum Aufheizen des Kontaktwerkzeuges in derMehrzonen-Heizstation. Wenn die Heizplatte entfernt wird, wird Platz für die zu erhitzende Stahlblechplatine geschaffen. Das bereichsweise Erhitzen der Stahlblechplatine über die AC3- Temperatur erfolgt über den thermischen Kontakt, insbesondere dadurch, dass das Kontaktwerkzeug gegen die Stahlblechplatine gepresst wird. Abschließend wird die so wärmebehandelte Stahlblechplatine unverzüglich, insbesondere in wenigen Sekunden in ein homogen gekühltes Warmform- und Presshärtewerkzeug transferiert und darin zum Kraftfahrzeugbauteil geformt und partiell gehärtet, wobei thermische Übergangszonen zwischen harten und weichen Bereich(en) unter 30 mm eingestellt werden.

Das Herstellungsverfahren für das Kraftfahrzeugbauteil wird unter Verwendung der zuvor beschriebener Heizvorrichtung gemäß einer der Ansprüche 8 bis 15 durchgeführt und/oder umfasst das zuvor beschriebene Mehrzonenheizverfahren gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in rein schematischen Zeichnungen dargestellt sind. Die Figuren zeigen ein Mehrzonen- Heizverfahren in unterschiedlichen Ausführungsformen.

Die Figur 1 zeigt eine Heizvorrichtung 1 für Stahlblechplatinen. Bei den Stahlblech platinen 2 handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um Platinen für B-Säulen eines Kraftfahrzeuges. Die Stahlblechplatinen 2 bestehen aus einem austenitisierbaren Stahl. Die Stahlblechplatinen 2 sollen nach der Wärmebehandlung durch die Heizvorrichtung 1 wenigstens einen ersten Bereich 3 und einen zweiten Bereich 4 aufweisen. Die Stahlblechplatine 2 ist bereits auf eine Temperatur über AC3 erwärmt worden, austenitisiert und schließlich auf eine Temperatur zwischen der AC1 - Temperatur und der Martensitstarttemperatur des Stahlwerkstoffs abgekühlt worden. In diesem Zustand wird die Stahlblechplatine 2 über ein nicht näher dargestelltes Transfermittel, beispielsweise über einen Roboter, in eine Transferstation 5 übergeben, für den Transfer der erwärmten Stahlblechplatine 2 zu einer Mehrzonen- Heizstation 6.

Die Mehrzonen-Heizstation 6 besitzt ein Kontaktwerkzeug 7, das jeweils aus einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug besteht. Das Kontaktwerkzeug 7 ist im Bereich des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs jeweils mehrteilig. Es sind jeweils paarweise unmittelbar gegenüberliegende Kontaktblöcke 8, 9, 10, 11 vorgesehen. Es können zwei Stahlblechplatinen 2 gleichzeitig bearbeitet werden. Das Kontaktwerkzeug 7 ist an einer Hubeinrichtung 12 befestigt, über welche sowohl das Oberwerkzeug mit den Kontaktblöcken 9, 11 und das Unterwerkzeug mit den Kontaktblöcken 8, 10 aufeinander zu und voneinander weg verlagert werden können entsprechend der eingezeichneten Doppelpfeile. Zwischen den einander gegenüberliegenden Kontaktblöcken 8 - 11 befindet sich im ersten Schritt (oben) eine Heizplatte 13. Die Heizplatte 13 besitzt eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur und gibt die notwendige Wärme zum Aufheizen des Kontaktwerkzeugs 7 über unmittelbaren physischen Kontakt ab. Die Hubeinrichtung 12 presst die Kontaktblöcke 8 - 11 gegen die Heizplatte 13. Wenn die gewünschte Temperatur an den Kontaktblöcken 8 - 11 erreicht wurde und/oder eine definierte Wärmemenge an die Kontaktblöcke 8 - 11 übertragen wurde, wird das Kontaktwerkzeug 7 durch Betätigen der Hubeinrichtung 12 geöffnet.

Im nächsten Schritt wird die Heizplatte 13 in der Bildebene nach links in einen Vorheizofen 14 verlagert. Die Verlagerung erfolgt auf möglichst kurzem Wege und linear. Der Vorheizofen 14 liegt unmittelbar neben der Mehrzonen-Heizstation 6. Gleichzeitig wird die Transferstation 5 bzw. ein Träger für die Stahlblechplatinen 2 in eine Position zwischen den Kontaktwerkzeugen 7 in der Mehrzonen-Heizstation 6 gebracht. Die Hubeinrichtung 12 wird betätigt und die Kontaktblöcke 8 - 11 werden gegen die Stahlblechplatinen 2 gepresst, um diese in dem Bereich 4 auf eine Temperatur über AC3 zu erwärmen.

Die Bewegung der Stahlblechplatinen 2 und der Heizplatte 13 erfolgt synchronisiert, was durch eine mechanische Kupplung 15 angedeutet wird. Die mechanische Kupplung 15 kann eine Verkettung zwischen der Heizplatte 13 bzw. einer Transfereinrichtung für die Heizplatte 13 und einem Positionsrahmen für die Stahlplatinen 2 sein.

Nachdem die Stahlblechplatinen 2 bereichsweise eine Temperatur über der AC3- Temperatur ihres Werkstoffs angenommen haben, wird das Kontaktwerkzeug 7 wieder geöffnet und die Stahlblechplatinen 2 werden wieder aus der Mehrzonen-Heizstation 6 heraus transportiert. Gleichzeitig wird die aufgeheizte Heizplatte 13 wieder zwischen die Kontaktblöcke 8 bis 11 des Kontaktwerkzeugs 7 verlagert. Die wärmebehandelten Stahlblechplatinen 2 werden ausgetauscht, wie anhand des Doppelpfeils angezeigt wird. Der Zyklus beginnt erneut. Die bereichsweise unterschiedlich erwärmten Stahlblechplatinen werden vorzugsweise unmittelbar einem homogen gekühlten Presshärtewerkzeug zugeführt, warmgeformt und gehärtet.

Die Heizplatte 13 wird nicht innerhalb der Mehrzonen-Heizstation 6 induktiv erwärmt. Das Temperieren auf eine Temperatur oberhalb AC3 erfolgt ausschließlich innerhalb des Vorheizofens 14.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist durch eine thermische Isolierung im Bereich der Mehrzonen-Heizstation 6 ergänzt. Es ist zu erkennen, dass die Erwärmung im Vorheizofen 14 in einer thermisch isolierten Ofenkammer 16 erfolgt. Die Erwärmung erfolgt hauptsächlich induktiv oder durch Widerstandsheizung, kann aber zusätzlich durch Strahlungswärme oder durch dort angeordnete Brenner oder andere Heizeinrichtungen 17 erfolgen. Die Ofenkammer 16 befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Mehrzonen-Heizstation 6 mit der Hubvorrichtung 12 für das Kontaktwerkzeug 7. Hinsichtlich der Funktionsweise des Kontaktwerkzeugs 7 wird auf die Erläuterungen zu Figur 1 Bezug genommen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 befinden sich ergänzend in der Mehrzonen- Heizstation 6 weitere Heizeinrichtungen 18, die allerdings nicht geeignet sind, den Raum, in welchem das Kontaktwerkzeug 7 bewegt wird, auf eine Temperatur über AC3 zu erwärmen. Das erfolgt ausschließlich über die Heizplatte 13, die pendelnd zwischen dem Ofenraum 16 und der Mehrzonen-Heizstation 16 bewegt wird. Die Bewegung erfolgt linear auf direktem Wege. Die von dem Kontaktwerkzeug 7 aufgenommene Wärme soll möglichst rasch in die Platinen 2 eingebracht werden. Die Zykluszeiten sind sehr kurz, so dass auch sehr schmale Übergangszonen erreicht werden können. Die thermischen Übergangszonen zwischen harten und weichen Bereichen liegen vorzugsweise unter 30 mm, Werte unter 20 mm sind ebenfalls möglich.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 zeigt in vier von oben nach unten aufeinander folgenden Schritten ein Mehrzonen-Heizverfahren auf Basis der vorstehend beschriebenen Heizvorrichtung 1, wobei für funktional gleichbleibende Komponenten auf die zuvor eingeführten Bezugszeichen verwiesen wird. Der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 besteht darin, dass die dortige Heizplatte 13 nicht mechanisch mit dem Produktträger 19 verbunden ist. Die in Figur 1 dargestellte Kupplung 15 fehlt. Der Ablauf des Verfahrens, bei welchem die Heizplatte 13 abwechselnd vom Vorheizofen 14 in die Mehrzonen-Heizstation 6 verlagert wird, bleibt jedoch gleich. Der Schritt 1 der Figur 3 zeigt das Aufheizen der Heizplatte 13 bei geöffnetem Kontaktwerkzeug 7. Das Kontaktwerkzeug 7 ist bereits aufgeheizt. Die Heizplatte 13 wurde in den Vorheizofen 14 zurückgefahren. Nun werden die Platinen 2 in die Mehrzonen-Heizstation 6 transferiert und das Kontaktwerkzeug 7 wird geschlossen, während gleichzeitig die Heizplatte 13 nebenan aufgeheizt wird.

Der Schritt 3 zeigt das Aufheizen des Kontaktwerkzeugs 7 mittels der Heizplatte 13, die hierfür wieder in die Mehrzonen-Heizstation 6 verlagert wurde. Anschließend (Schritt 4) wird die Heizplatte 13 wieder in den Vorheizofen 14 verlagert, wo sie aufgeheizt wird, während zeitgleich die nächsten beiden Stahlblechplatinen 2 in der Mehrzonen-Heizstation 6 wärmebehandelt werden.

Die Figuren 4 bis 8 zeigen unterschiedliche fertigungstechnische Layouts. Bei einem I-Layout (Träger 4) ist ein Durchlaufofen vorgesehen, in welchem die Stahlblechplatinen 2 auf eine Temperatur über ihre AC3-Temperatur erwärmt werden. Es schließt sich eine Zwischenkühlstation 21 an, in welcher die Temperatur unter AC1 gesenkt wird und oberhalb der Martensitstarttemperatur gehalten wird. Anschließend wird die Stahlblechplatine von einer Transferstation 5 in die Mehrzonen-Heizstation 6 verlagert, in der sich zuvor noch die Heizplatte 13 befand. Die schraffiert dargestellte Fläche symbolisiert die Heizplatte 13 im Vorheizofen 14. Nach dem partiellen Erwärmen wird die Stahlblechplatine zurück zur Transferstation verlagert und von dort zu einem Warmform- und Presshärtewerkzeug. Das Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, dass sich auf den Durchlaufofen 20 und die Zwischenkühlstation 21 zwei Mehrzonen-Heizstationen 6 mit jeweils zwei Heizplatten 13 und zwei Vorheizöfen 14 anschließen. Dadurch kann entweder die Kapazität bzw. die Taktung erhöht werden oder es können in den jeweiligen Mehrzonen-Heizstationen Anpassungen für einen Produktwechsel vorgenommen werden, ohne den Fertigungsprozess zu unterbrechen.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, dass der Transfer der Stahlblechplatinen aus dem Durchlaufofen 20 und der anschließenden Zwischenkühlstation 20 unmittelbar in die Mehrzonen-Heizstation 6 erfolgt. Wie bei den vorhergegangenen Ausführungsbeispielen auch schließt sich unmittelbar an die Mehrzonen-Heizstation 6 benachbart der Vorheizofen 14 mit der Heizplatte 13 an. Dieses Konzept kann beispielsweise durch zueinander höhenversetzte und synchronisierte Förderer realisiert werden. Die Synchronisation ist aufgrund der kompakteren Bauweise etwas aufwendiger.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 7 zeigt eine L-Produktionslinie, wiederum mit einen Durchlaufofen 20 zum Erhitzen auf eine Temperatur über AC3. Es folgt die Zwischenkühlstation 21 zum Abkühlen auf eine Temperatur unter AC1 und oberhalb der Martensitstarttemperatur. Die Funktionsweise ist dieselbe wie bei den Figuren 4 und 5. Der Transfer der Stahlblechplatinen erfolgt im Anschluss an den Durchlaufofen 20 und die Zwischenkühlstation 21 im Winkel von 90°. Lediglich die Förderrichtung der Stahlblechplatinen 2 wurde geändert, so dass sich die Mehrzonen-Heizstation 6 und auch der Vorheizofen 14 mit der Heizplatte 13 unmittelbar neben der Zwischenkühlstation 21 befinden. Die Transferstation 5 bewirkt die Bewegungsänderung der Stahlblechplatinen um 90° hin zu der Nachbearbeitungsstation 22.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 8 unterscheidet sich von demjenigen der Figur 7, dass anstelle eines Durchlaufofens 20 und einer Zwischenkühlstation 21 ein Etagenofen 23 zum Einsatz kommt, der Zwischenkühlkammern aufweist. Im Übrigen entspricht die Funktion der Anordnung gemäß Figur 7. Auf die dortigen Erläuterungen wird Bezug genommen. Diese Variante ist noch raumsparender als die Bauform der Figuren 4 bis 7, weil sie weniger Grundfläche erfordert.

Bezuqszeichen:

1 - Heizvorrichtung

2 - Stahlblechplatine

3 - erster Bereich von 2

4 - zweiter Bereich von 2 5 - Transferstation von 2

6 - Mehrzonen-Heizstation

7 - Kontaktwerkzeug von 6

8 - Kontaktblock von 7

9 - Kontaktblock von 7

10 - Kontaktblock von 7

11 - Kontaktblock von 7

12 - Hubeinrichtung

13 - Heizplatte

14 - Vorheizofen

15 - Kupplung

16 - Ofenkammer

17 - Heizeinrichtung in 16

18 - Heizeinrichtung in 6

19 - Produktträger

20 - Durchlaufofen

21 - Zwischenkühlstation

22 - Warmform- und Presshärtewerkzeug

23 - Etagenofen