Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von wenigstens einem Werkstück in einem Durchlaufofen, bei dem das Werkstück von Heizmitteln erwärmt wird, während es mittels einer Transporteinrichtung durch den Durchlaufofen bewegt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Im Bereich der Fertigung und Behandlung von Formbauteilen ist es üblich, Formbau- teile gezielt mit gewünschten Werkstoffeigenschaften herzustellen. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie Bauteile wie Querlenker, B-Säulen oder Stoßfänger für Kraftfahrzeuge durch eine vollständige Erwärmung mit einer anschließenden Abschreckung gehärtet. Daran kann sich für eine Vergütung ein Anlassverfahren anschließen. In verschiedenen Anwendungsfällen insbesondere der Kraftfahrzeugtech- nik ist es jedoch vorteilhaft, dass Formbauteile in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein Bauteil in einem Bereich eine hohe Festigkeit, in einem anderen Bereich hingegen eine im Verhältnis dazu höhere Duktilität aufweisen soll. Um Formbauteile zu realisieren, welche in mehreren Bereichen unterschiedlichen Beanspruchungen genügen, besteht beispielsweise die Möglichkeit, Bauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammenzufügen. Ein allgemein bekannter Füge- prozess ist dabei beispielsweise das Anschweißen von Einzelbauteilen, was jedoch zu Spannungsrissen im resultierenden Bauteil führen kann und zudem aufgrund des zusätzlichen Arbeitsschrittes teuer ist. Ferner können Bauteile durch Zusatzbleche verstärkt werden. In Frage kommt auch das Weichglühen von vorher vollständig gehärteten Formbauteilen an den entsprechenden Stellen, um Bereiche mit höherer Duktilität zu erreichen. Dies führt jedoch zu nicht tolerierbaren Formveränderungen im Bauteil und ist aufgrund des zusätzlichen Arbeitsschritts ebenfalls teuer.

Daneben besteht die Möglichkeit, Formbauteile bereits bei der Herstellung so zu be- handeln, dass Bereiche mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften und Gefügen erzeugt werden. Zur Herstellung von Formbauteilen mit wenigstens zwei

Gefügebereichen sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Beispielsweise ist die Erwärmung von Bauteilen mit Induktionsstrom bekannt. Hierbei ist jedoch mit hohen Kosten und einer ungleichförmigen Er- wärmung zu rechnen.

Ferner offenbart die europäische Patentanmeldung EP 1 426 454 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteiles mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität und einen Durchlaufofen zur Durchführung dieses Verfahrens. Dabei wird ein zu erwärmendes Halbzeug als Platine oder vorgeformtes Bauteil durch einen Durchlaufofen transportiert, welcher zwei nebeneinander angeordnete Zonen umfasst, in denen unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden. Das Bauteil wird im Ofen auf zwei verschiedene Temperaturen erwärmt und anschließend einem Warmformprozess und/oder einem Härteprozess unterworfen. Da- bei stellt sich in dem geringer erwärmten Bereich des Bauteils ein duktileres Gefüge ein, während sich in dem höher erwärmten Bereich ein festes oder hochfestes Gefüge einstellt. Diese Methode hat jedoch beispielsweise den Nachteil, dass die für eine gute Oberflächenbeschaffenheit erforderliche Temperatur im duktilen Bereich nicht erreicht wird und somit eine spätere Lackhaftung nicht sicher gestellt werden kann.

Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 200 14 361 U1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer B-Säule mit unterschiedlichen Gefügebereichen, bei dem die B-Säule in einem Ofen erwärmt und dabei austenitisiert und anschließend in einem gekühlten Werkzeug gehärtet wird. Bei der Erwärmung im Ofen werden großflächige Bereiche der verwendeten Platine bzw. des Halbzeugs gegen die Temperatureinwirkung isoliert, so dass sich in den abgeschirmten Bereichen kein martensitisches Werkstoffgefüge mit daraus resultierenden hohen Festigkeiten einstellt. Dies stellt jedoch ein unsicheres Verfahren dar, da im Falle einer Betriebsstörung Wärme in die abgedeckten Bereiche eindringen kann und somit auch diese Bereiche auf Härtetemperatur erwärmt werden. Des Weiteren wurde erkannt, dass sich nach der Entnahme des Werkstückes aus dem Werkzeug und nach dessen gleichmäßigem Erkal- ten ein unzulässiger Verzug durch unterschiedliche thermische Schrumpfungen einstellt, so dass dieses Verfahren für größere Bauteile, wie beispielsweise B-Säulen nicht verwendbar ist.

Die bekannten Verfahren sind insbesondere nicht dafür geeignet, Formteile zu er- zeugen, die partiell in einem mittleren Bereich, beispielsweise im Bereich des

Schlosskastens in einer B-Säule ein anderes Gefüge aufweisen als im übrigen Formteil, und die gleichzeitig den im Kraftfahrzeugbau gegebenen Anforderungen an die Prozesssicherheit und den sich daraus ergebenden Qualitätsstandards genügen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken bereitzustellen, das die Ausbildung solcher unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften im Werkstück bei gleichzeitiger Einhaltung der Qualitätsstandards ermöglicht. Eine Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-8. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 10-17.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Behandeln von wenigstens einem Werkstück in einem Durchlaufofen vor, bei dem das Werkstück von Heizmitteln erwärmt wird, während es mittels einer Transporteinrichtung durch den Durchlaufofen bewegt wird. Nach einer ersten Erwärmung des Werkstückes durch die Heizmittel wird das Werk- stück für einen vorbestimmten Zeitraum an einer vorbestimmten Position im Durchlaufofen gehalten, wobei das Werkstück an dieser vorbestimmten Position weiter erwärmt oder auf Temperatur gehalten und gleichzeitig in einem definierten Abschnitt des Werkstückes partiell gekühlt wird. Hierdurch lässt sich das Werkstück in dem definierten Abschnitt gezielt auf eine Temperatur erwärmen bzw. abkühlen, die unterhalb der im übrigen Werkstück erzielten Temperatur liegt. Insbesondere handelt es sich bei dieser Temperatur im übrigen Werkstück um die Austenit-Temperatur (Härtetemperatur) des betreffenden Werkstoffs. Dies führt bei einem anschließenden Abschrecken des gesamten Werkstücks in diesem Abschnitt zu anderen Werkstoff- eigenschaften als im übrigen Werkstück.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich daher dadurch aus, dass das Werkstück durch die Erwärmung mittels der Heizmittel auf eine Temperatur T _H gebracht wird, die wenigstens der Härtetemperatur des Werkstoffes des Werkstückes entspricht, während das Werkstück in dem definierten Abschnitt durch die partielle Kühlung mittels des Kühlkörpers auf eine Temperatur T ₂ gekühlt wird, die unterhalb der Härtetemperatur des Werkstoffes des Werkstückes liegt. In dem definierten Abschnitt des Werkstücks bildet sich dann beim anschließenden Abschrecken kein martensitisches Gefüge mit hohen Festigkeiten aus, sondern in diesem Bereich wird ein duktileres Gefüge eingestellt.

Dabei besteht die Möglichkeit, das gesamte Werkstück zuerst auf eine Temperatur unterhalb der Austenit-Temperatur zu erwärmen und bei einer weiteren Erwärmung auf Austenit-Temperatur definierte Bereiche zu kühlen, so dass diese keine Austenit- Temperatur erreichen. Bevorzugt ist jedoch eine Variante, bei der das gesamte Werkstück zuerst auf Austenit-Temperatur erwärmt und dann in definierten Bereichen wieder auf eine Temperatur unterhalb der Härtetemperatur abgekühlt wird. Mit letzterem Verfahren ist sichergestellt, dass auch die gekühlten Bereiche vorher auf Temperaturen über Austenit-Temperatur erwärmt wurden, damit die Oberfläche des Werkstücks den Erfordernissen der Lackhaftung entspricht. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt die partielle Kühlung in einem definierten Bereich des Werkstückes mittels eines Kühlkörpers, der im Durchlaufofen angebracht ist und sich in der vorbestimmten Position des Werkstückes im Bereich des definierten Abschnitts des Werkstückes befindet. Mit dem Kühlkörper kann das Werkstück gezielt in dem definierten Bereich gekühlt werden. Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Kühlkörper und das Werkstück keinen Kontakt haben. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei im Wesentlichen durch Strahlung. In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kühlkörper mittels eines Kühlmittels gekühlt wird und Wärme des Werkstückes mit einer Kühlrate absor- biert, die unterhalb der martensitbildenden kritischen Kühlrate liegt.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgen nach einer ersten Erwärmung des Werkstückes durch die Heizmittel folgende Schritte:

- Bewegen des Werkstückes wenigstens teilweise aus dem Durchlaufofen heraus; - Ausrichten des Werkstückes außerhalb des Durchlaufofens;

- Bewegen des Werkstückes wenigstens teilweise in den Durchlaufofen zurück;

- Unterbrechen der Transportbewegung im Durchlaufofen;

- Halten des Werkstückes für einen vorbestimmten Zeitraum an der vorbestimmten Position im Durchlaufofen, wobei das Werkstück an dieser vorbestimmten Position weiter erwärmt oder auf Temperatur gehalten und gleichzeitig in einem definierten Abschnitt des Werkstückes partiell gekühlt wird; und

- Bewegen des Werkstückes aus dem Durchlaufofen heraus.

Durch das Ausrichten außerhalb des Ofens wird erreicht, dass das Werkstück an- schließend so in den Ofen zurück bewegt werden kann, dass es an der vorbestimmten Position im Ofen in einer bestimmten Ausrichtung zum Kühlkörper positioniert werden kann. Erfolgt kein Ausrichten des Werkstücks vor der partiellen Kühlung durch den Kühlkörper, besteht die Gefahr, dass das Werkstück nicht an der vorgeschriebenen Position zum Liegen kommt und gegebenenfalls der definierte Bereich des Werkstücks nicht ausreichend genau gekühlt werden kann. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass das Werkstück zum partiellen Kühlen durch den Kühlkörper in dem definierten Abschnitt von mindestens einem Stempel in eine Position angehoben wird, in welcher das Werkstück keinen Kontakt zur Transporteinrichtung hat, wobei das Werkstück nach Ablauf des vorbe- stimmten Zeitraumes von dem Stempel wieder auf die Transporteinrichtung abgesenkt wird, und die Bewegung des Stempels von einer Steuereinrichtung angesteuert wird.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstück nach dem Ausrichten so weit in den Durchlaufofen zurück bewegt wird, dass sich ein erster Teilbereich des Werkstückes im Durchlaufofen befindet, während sich ein zweiter Teilbereich des Werkstückes außerhalb des Durchlaufofens befindet. So kann auch in Endbereichen des Werkstücks eine unterschiedliche Gefügestruktur eingestellt werden, indem die Temperatur in diesen Bereichen außerhalb des Ofens niedriger eingestellt wird als die Temperatur innerhalb des Ofens.

Von der Erfindung umfasst ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Eine entsprechende Vorrichtung zum Behandeln von wenigstens einem Werkstück umfasst einen Durchlaufofen mit einer Transporteinrich- tung und Heizmitteln zur Erwärmung des Werkstückes, während es mittels der Transporteinrichtung durch den Durchlaufofen bewegt wird. Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß Mittel zum Halten des Werkstückes für einen vorbestimmten Zeitraum an einer vorbestimmten Position auf, wobei an dieser vorbestimmten Position Kühlmittel zum partiellen Kühlen des Werkstückes in einem definierten Abschnitt des Werkstückes vorgesehen sind.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die partielle Kühlung in einem definierten Bereich des Werkstückes mittels eines Kühlkörpers erfolgt, der sich in der vorbestimmten Position des Werkstückes im Bereich des definierten Ab- Schnitts des Werkstückes befindet. In einer Weiterbildung der Vorrichtung weist der Kühlkörper eine Beschichtung zur Absorption der Wärme des Werkstückes auf. Vorzugsweise umfasst diese Beschichtung eine Goldschicht, die einen relativen niedrigen Emissionsfaktor hat. Um den Emissionsfaktor zu erhöhen, kann auf der Goldschicht eine wiederholt unterbrochene Schicht aus einem Material aufgebracht sein, dessen Emissionsfaktor höher ist als der Emissionsfaktor der Goldschicht. Durch diese wiederholt unterbrochene Schicht werden Bereiche der Goldschicht freigelegt und andere Bereiche abgedeckt, was auf der Oberfläche der Kühlfläche zu einer Kombination aus Flächen mit hohem und niedrigem Emissionsfaktor führt. Vorzugsweise wird die wiederholt unterbrochene Schicht durch eine Gitterstruktur realisiert. In der Summe lässt sich so der geeignete Emissionsfaktor für den Kühlkörper einstellen und damit das Erreichen der

matensitbildenden kritischen Abkühlgeschwindigkeit verhindern.

Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkörper mindestens einen Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel aufweist, das dem Kühlkörper über mindestens einen Kühlkanal zugeführt wird. So kann der Grad der Kühlung genau eingestellt werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist der Kühlkanal gegenüber dem Ofeninnenraum eine Wärmdämmung auf.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung zum Anheben und Absenken des Werkstückes mindestens einen Stempel aufweist, der sich unterhalb des Werkstückes befindet, wobei der Stempel für eine Auf- und Abwärtsbewegung ausgebildet ist und eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche diese Auf- und Abwärtsbewegung ansteuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung haben den Vorteil, dass durch das partielle Kühlen unterschiedliche Gefüge an definierten Bereichen im Bauteil herstellbar sind. Zudem kann die Gefügebildung verlässlich eingestellt und prozesssicher reproduziert werden. Beispielsweise kann ein Fornnbauteil im Durchlaufofen homogen auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der sich ein Perlit- und Ferritgefüge bildet. Während einer weiteren Erwärmung des Formbauteiles auf Austenittemperatur erfolgt eine partielle Kühlung in einem oder auch in mehreren vorher definierten Bereichen des Formbautei- les. Wenn die übrigen Bereiche die Austenittemperatur erreicht haben, wird das Formbauteil aus dem Durchlaufofen gefahren und beispielsweise in einem wassergekühlten Presswerkzeug sowohl umgeformt als auch schnell abgekühlt. Bei dieser Abkühlung bildet sich aus dem heißen Austenit ein harter Martensitstahl und aus dem kühleren Perlit und Ferrit ein weicher und plastisch verformbarer Perlit- und Fer- ritstahl. Als alternatives Verfahren kann das gesamte Formbauteil zuerst auf Auste- nit-Temperatur erwärmt und anschließend in definierten Bereichen auf eine Temperatur unterhalb der Austenit-Temperatur abgekühlt werden, während das übrige Werkstück auf Austenit-Temperatur gehalten wird. Dabei hat insbesondere ein Kühlkörper mit wenigstens einem Kühlkanal in dem vorbestimmten Bereich des Ofens den Vorteil, dass sich mit diesem Kühlkörper eine gezielte Kühlung des Werkstücks in einem definierten Bereich erreichen lässt. Der Kühlkörper kann verschiedene Abmessungen und Geometrien aufweisen, die an die gewünschte Form der Gefügebereiche angepasst werden können. Kühlkörper kön- nen je nach gewünschter Geometrie auch ausgewechselt werden.

Die zuvor genannten und weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung werden auch anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.

Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 einen Durchlaufofen mit einem Kühlkörper und einem Stempel;

Fig. 2 einen Kühlkörper; Fig. 3 ein partiell gekühltes Werkstück mit einem gekühlten Bereich in einem Durchlaufofen;

Fig. 4 ein partiell gekühltes Werkstück mit mehreren gekühlten Bereichen in ei- nem Durchlaufofen; und

Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf ein Werkstück in einem Durchlaufofen.

Fig. 1 zeigt schematisch als Beispiel einen Durchlaufofen 101 mit einer Ofenkammer 102, in der eine Transporteinrichtung für Werkstücke 103, beispielsweise ein Rollenförderer 104 vorgesehen ist. Die Werkstücke 103 werden auf dem Rollenförderer 104 abgelegt und von den angetriebenen Rollen des Rollenförderers 104 durch den Durchlaufofen 101 bewegt. Aufgeheizt wird die Ofenkammer 102 direkt oder indirekt mittels Heizmitteln 105.

Bei den Werkstücken 103 kann es sich um jegliche Bauteile handeln, bei denen unterschiedliche Bereiche mit verschiedenen Werkstoffeigenschaften gewünscht sind. Beispielsweise kann es sich um die B-Säule oder ein Formteil für eine B-Säule eines Kraftfahrzeuges handeln, bei welcher der Schlosskastenbereich der B-Säule ver- gleichsweise duktil sein soll, während der Rest des Bauteiles eine höhere Festigkeit aufweisen soll.

Die Ofenkammer 102 des Durchlaufofens 101 ist üblicherweise geschlossen und weist lediglich einen Eingangs- und einen Ausgangsbereich auf, durch welche die Werkstücke 103 an einer Stelle in den Durchlaufofen 101 hinein und an einer anderen Stelle wieder heraus bewegt werden. Die zugehörigen Ein- und Ausgangsöffnungen können vorzugsweise jeweils mit einem Ofenschieber temporär geschlossen werden. In der Ofenkammer 102 sind geeignete Heizmittel 105 angeordnet, mit denen die Werkstücke 103 beim Durchlaufen des Durchlaufofens 101 auf dem Rollenförderer 104 erwärmt werden können. Derartige Heizmittel 105 sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden nicht im Einzelnen erläutert. Auch alle weiteren erforderlichen Komponenten zum Betrieb des Durchlaufofens 101 sind nicht Gegenstand der Erfindung und können vom Fachmann geeignet gewählt werden. Weiterhin sind in der Ofenkammer 102 wenigstens ein Kühlkörper 106 zum partiellen Abkühlen eines vorgegebenen Bereiches eines Werkstückes 103 sowie ein Stempel 107 zum Anheben und Absenken des Werkstückes 103 in einem definierten Bereich der Ofenkammer 102 angeordnet. Der auch in Fig. 2 beispielhaft dargestellte schematische Aufbau eines Kühlkörpers 106 umfasst dabei beispielsweise eine untere Kühlfläche 201 , wenigstens einen Kühlkanal 202 für ein Kühlmittel 203 sowie eine Wärmedämmung 204.

Eine wichtige Prozessgrenze in dem Verfahren ist dabei die kritische Abschreckgeschwindigkeit, bei deren Unterschreitung Martensit gebildet wird. Zur Sicherstellung der gewünschten Duktilität im Werkstück darf die kritische Abschreckgeschwindigkeit bei der bereichsweisen Kühlung eines Werkstücks durch einen oder mehrere Kühlkörper nicht erreicht oder unterschritten werden. Der Kühlkörper muss entsprechend ausgebildet sein. Zum Kühlen der Kühlfläche 201 wird dem Kühlkörper 106 über den Kühlkanal 202 das Kühlmittel 203 zugeführt, das in Pfeilrichtung durch den Kühlkörper 106 strömt. Als Kühlmittel 203 geeignet ist dabei beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von etwa 20°C. Es können aber auch andere Kühlmittel wie beispielsweise Flüssigstickstoff, Ammoniak, verschiedene Kohlenwasserstoffe oder auch geschmolzene Salze verwendet werden, mit denen aufgenommene Wärme von der Kühlfläche 201 abgeführt werden kann.

Der Kühlkanal 202 ist entsprechend mit einer Wärmedämmung 204 umgeben, die verhindert, dass unkontrolliert Wärme aus der Ofenkammer 102 aufgenommen wird. Geeignete Materialien für die Wärmedämmung 204 sind beispielsweise mineralische Fasern wie Stein- oder Glaswolle sowie mineralische Schäume wie Perlite oder Blähton. Bei der Verwendung von rostfreiem Edelstahl für den Kühlkörper 106 besteht die Möglichkeit, den Kühlkanal 202 direkt in den Kühlkörper 106 einzubringen. Dadurch lässt sich verhindern, dass sich beim Einsatz von Wasser als Kühlmittel 203 durch Korrosion Rost bildet, der sich im Kühlkanal 202 ablagern könnte. Dementsprechend erfordert möglicherweise die Verwendung anderer Materialien für den Kühlkörper 106 wie beispielsweise Stahl das Einbringen von Leitungssystemen aus Kupfer oder anderen geeigneten Materialien in den Kühlkörper 106, durch die das Kühlmittel 203 dann geleitet wird.

In Abhängigkeit von der gewünschten Kühlleistung besteht die Möglichkeit, den Kühlkanal 202 mit einer oder auch mit mehreren Windungen auszubilden und durch den Kühlkörper 106 zu führen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere Kühlkanäle 202 in den Kühlkörper 106 zu integrieren. Dabei gilt, je mehr Windungen der Kühl- kanal 202 aufweist bzw. je mehr Kühlkanäle 202 integriert wurden, umso mehr Wärme kann lokal über den Kühlkörper 106 aus der Ofenkammer abgeführt werden. Ferner ist es möglich, den Kühlkanal 202 beispielsweise als Kammer aus Blech mit oder ohne Fluid-Leitbleche sowie mit einer Zu- und einer Ableitung auszubilden. Die Zu- und Ableitungen können dabei auch als Befestigungselemente dienen.

Über die Kühlfläche 201 des Kühlkörpers 106 ist die Möglichkeit gegeben, die Wärmeaufnahme des Kühlkörpers 106 einzustellen. Eine wichtige Kenngröße ist dabei der Emissionsfaktor ε, der angibt, wie viel Wärmestrahlung ein Körper aussendet. Der Emissionsfaktor ε entspricht einem Wert zwischen 0 (keine Emission) und 1 (maximale Emission), wobei sowohl 0 als auch 1 im Prinzip nur physikalische Idealfälle sind und 1 nur von einem Schwarzen Strahler erreicht wird. Der Emissionsfaktor ε ist eine dimensionslose Kennzahl, die aus dem Verhältnis der Abstrahlung des Körpers zum Schwarzen Strahler bestimmt wird. Einen weiteren Faktor für die Größe des Emissionsfaktors ε bildet die Temperatur des Körpers. Nach Stefan-Boltzmann gilt: Je höher die Temperatur des Körpers, desto höher ist seine spezifische Emission. Mit einer schwarz lackierten Kühlfläche 201 wäre es möglich, einen hohen Emissionsfaktor ε von etwa 0,9 zu erreichen, bei einer goldbeschichteten Kühlfläche 201 hingegen ließe sich ein niedriger Emissionsfaktor ε von etwa 0,018 erreichen. Je nachdem, wie nun diese beiden Materialien und ihre Emissionsfaktoren miteinander kombiniert werden, lässt sich die Wärmeaufnahme des Kühlkörpers 106 einstellen. Möglich ist hierfür beispielsweise eine Beschichtung der gesamten Kühlfläche 201 mit Gold und eine anschließende bereichsweise Überdeckung mit schwarzem Lack. Zur Definition der zu lackierenden Bereiche kann beispielsweise eine vorab erstellte Schablone verwendet werden, die eine Gitterstruktur aufweist. Nach dem Auflegen der Schablone wird die goldbeschichtete Kühlfläche 201 mit schwarzem Lack besprüht und es bildet sich entsprechend der Schablone ein Muster aus goldenen und schwarzen Bereichen auf der Kühlfläche 201 aus. Entsprechend der Ausdehnung der schwarzen Bereiche auf der Kühlfläche 201 besteht so die Möglichkeit, den gewünschten Emissionsfaktor ε als Kombination der Emissionsfaktoren der beiden Ma- terialien einzustellen. Möglich ist es hierbei auch, eine schwarze Fläche vorzusehen, die mit einem Gitter aus Gold überzogen wird.

Der verwendete schwarze Lack sollte beständig gegen hohe Temperaturen sein, da sich die Kühlfläche 201 im Inneren der Ofenkammer 102 befindet, in der Temperatu- ren von bis zu 1 .300°C erreicht werden können. Als geeignet hat sich dafür beispielsweise herkömmliche schwarze Auspufffarbe erwiesen, die häufig in der Industrie zur Anwendung kommt.

Die Form der Kühlfläche 201 des Kühlkörpers 106 ist frei gestaltbar und leitet sich ab aus der Form des vorgegebenen Bereiches des Werkstückes 103, der partiell in der Ofenkammer 102 des Durchlaufofens 101 gekühlt werden soll. Dabei sind sowohl zweidimensionale Formen für Blechteile als auch dreidimensionale Formen für vorgeformte Bauteile realisierbar. Fig. 3 zeigt schematisch die Verwendung des beschriebenen Kühlkörpers 106 in der Ofenkammer 102 des Durchlaufofens 101 gemäß Fig. 1 . Nach dem Einbringen in den Eingangsbereich des Durchlaufofens 101 bewegt sich das Werkstück 103 auf dem Rollenförderer 104 durch die Ofenkammer 102. Dabei erfolgt eine erste Erwärmung des Werkstückes 103 auf eine vorbestimmte Temperatur Ti, die entweder noch unterhalb der Härtetemperatur des Werkstoffes des Werkstückes 103 liegt oder schon wenigstens der Härtetemperatur entspricht.

Mit dem Erreichen einer vorbestimmten Position in der Ofenkammer 102 wird die Transportbewegung des Rollenförderers 104 temporär unterbrochen. Das Werkstück 103 wird mittels des Stempels 107 vom Rollenförderer 104 abgehoben und in eine vorbestimmte Position gebracht, die sich daraus definiert, wo sich der Teilbereich 301 des Werkstückes 103 befindet, der ein abweichendes Materialgefüge erhalten soll. In dieser Position hat das Werkstück 103 keinen Kontakt mehr zu den warmen Rollen des Rollenförderers 104 und der Teilbereich 301 befindet sich direkt gegenüber dem Kühlkörper 106 in einem Abstand von etwa 5-10mm. Das Werkstück 103 wird in dieser Position entweder weiter auf eine Temperatur T _H erwärmt, die wenigs- tens der Härtetemperatur des Werkstückwerkstoffs entspricht oder auf Härtetemperatur gehalten, falls diese in der alternativen Verfahrensführung bereits vorher erreicht wurde, während durch die Kühlung im Bereich des Kühlkörpers 106 eine Temperatur unterhalb der Austenit-Temperatur eingestellt wird. Anschließend wird das Werkstück mit dem Stempel 107 wieder auf dem Rollenförderer 104 abgesetzt.

Der Stempel 107 befindet sich unterhalb des Werkstückes 103 und führt eine getaktete Auf- und Abwärtsbewegung aus, die von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert wird. Dabei kann der Stempel 107 durch einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Rollen des Rollenförderers 104 geführt sein und so das Werkstück 103 getaktet anheben und wieder absenken.

Der Stempel 107 selbst kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein, um Werkstücke 103 sicher anheben und absenken zu können. Größere Werkstücke 103 oder auch Werkstücke 103 mit einer komplexen Geometrie können dabei den Einsatz von zwei oder auch mehr Stempeln zum Anheben und Absenken erforderlich machen. Dadurch wird eine höhere Auflagesicherheit für das Werkstück 103 erreicht und es wird verhindert, dass das Werkstück 103 während des Haltens in der vorbestimmten Position von dem Stempel 107 herabfällt.

Für eine exakte Positionierung des Teilbereiches 301 gegenüber dem Kühlkörper 106 durch den Stempel 107 kann es erforderlich sein, das Werkstück 103 vor dem Anheben entsprechend auszurichten. Diese Forderung ergibt sich meist daraus, dass sich die Position des Werkstückes 103 während des Transportes auf dem Rollenförderer 104 verändern kann. Ursache hierfür sind insbesondere die Rollen des Rollenförderers 104. Bei laufendem Betrieb findet eine Verformung einzelner Rollen statt, wodurch die Rollen üblicherweise eine von oben gesehen konkave Form annehmen. Einzelne Rollen biegen sich somit nach unten durch, was absolut zu einem größeren Außendurchmesser führt, wodurch sich gegenüber nicht oder nicht so stark durchgebogenen Rollen wiederum die Umfangsgeschwindigkeit und damit die Transportgeschwindigkeit des auf der jeweiligen Rolle transportierten Werkstückes 103 erhöht. Ferner kann es auf den Rollen des Rollenförderers 104 zu Ablagerungen aus dem Material des Werkstückes 103 kommen, was ebenfalls zu einem größeren Durchmesser der Rolle und somit zu einer erhöhten Umfangsgeschwindigkeit führt.

Diese einzelnen Effekte können bei jeder Rolle des Rollenförderers unterschiedlich ausgeprägt sein, so dass das Werkstück 103 auf mehreren Rollen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten transportiert wird, was am Ende des Durchlaufofens 101 zu einer erheblichen Verschiebung der Position des Werkstückes 103 führen kann, selbst wenn das Werkstück im Eingangsbereich des Ofens exakt ausgerichtet wurde. Bei einem derart verschobenen Werkstück 103 kann jedoch nicht gewährleistet werden, dass der Stempel 107 den Teilbereich 301 in der vorbestimmten Position gegenüber dem Kühlkörper 106 positioniert. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, das Werkstück 103 nach dem Erwärmen ganz oder auch nur teilweise aus dem Durchlaufofen 101 heraus zu bewegen, das Werkstück 103 außerhalb des Durch- laufofens 101 auszurichten und danach wieder in den Durchlaufofen 101 einzubringen. Zum Ausrichten im Außenbereich des Ofens werden beispielsweise Stopper eingesetzt, welche das ankommende Werkstück 103 in eine vorgegebene Lage bringen. Im einfachsten Fall kann ein ebenes Profil vorgesehen sein, gegen welches das Werkstück 103 anläuft. Es ist aber auch möglich, speziell ausgeformte Stopper ein- zusetzen, die auf die Form des Werkstückes 103 abgestimmt sind. Alternativ sind andere Verfahren zum Ausrichten des Werkstückes 103 vorstellbar, wobei sich diese Verfahren nicht nur auf ein Ausrichten außerhalb des Durchlaufofens 101 beschränken müssen.

Das positionierte und bei Bedarf ausgerichtete Werkstück 103 wird von dem Stempel 107 einen vorbestimmten Zeitraum in der vorbestimmten Position gehalten und dabei weiter erwärmt oder auf Temperatur gehalten, während durch den Kühlkörper 106 eine gleichzeitige Kühlung des Werkstückes 103 im Teilbereich 301 auf eine Temperatur T ₂ erfolgt, die unterhalb von T _H liegt.

Danach wird das Werkstück 103 von dem Stempel 107 abgesenkt und wieder auf den Rollenförderer 104 aufgesetzt. Die temporär unterbrochene Transportbewegung des Rollenförderers 104 wird erneut aufgenommen und das Werkstück 103 so aus dem Durchlaufofen 101 heraus bewegt. Das Werkstück liegt nun außerhalb des Durchlaufofens 101 mit den gewünschten Temperaturen T _H und T ₂ vor und kann weiteren Prozessschritten zugeführt werden.

Durch die partielle Kühlung des Werkstückes 103 auf die Temperatur T ₂ im Teilbereich 301 findet dort im Werkstoff nur eine teilweise Gefügeveränderung statt. Da- durch bleibt der Teilbereich 301 beim anschließenden Abschrecken vergleichsweise duktil. Im übrigen Teil des Werkstückes 103 hingegen wird durch die weitere Erwärmung auf die Temperatur T _H eine Austenitisierung bewirkt. Beim nachfolgenden Abschrecken stellen sich in diesem Teil des Werkstückes 103 somit höhere Festigkeiten ein, wobei grundsätzlich jedoch auch in diesem Bereich keine vollständige

Gefügeveränderung stattfinden muss. Die Temperatur und damit das Maß der Gefügeveränderung sollten lediglich höher sein als im Teilbereich 301 , um die gewünschten Unterschiede in den Materialeigenschaften zu erreichen. Um den Durchsatz des Durchlaufofens 101 zu erhöhen und/oder die Kühlzeit auf die erforderliche Taktzeit einzustellen, ist es möglich, mehrere Kühlkörper 106 mit zugehörigen Stempeln 107 im Durchlaufofen 101 zu installieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere Werkstücke 103 gleichzeitig im Durchlaufofen 101 zu behandeln. Auch dafür muss der Durchlaufofen 101 mit mehreren Kühlkörpern 106 an unterschiedlichen Positionen ausgerüstet sein. Zudem ist dann der Stempel 107 für das Anheben und Absenken der Werkstücke 103 so auszugestalten, dass er mehrere Werkstücke 103 gleichzeitig anheben und absenken kann. Bei Bedarf sind dafür auch mehrere separate Stempel 107 vorzusehen.

Mehrere Kühlkörper 106 an unterschiedlichen Positionen im Durchlaufofen 101 sind auch dann erforderlich, wenn verschiedene Teilbereiche 301 eines Werkstückes 103 unterschiedliche Materialgefüge aufweisen sollen. Dabei ergibt sich eine sehr hohe Flexibilität bei der Ausbildung der Materialgefüge der verschiedenen Teilbereiche 301 , da jeder einzelne Kühlkörper 106 anders kühlbar ist, indem der Aufbau des Kühlkanals 202 und/oder die Temperatur des Kühlmittels 203 für jeden Kühlkörper 106 variabel gestaltet werden können. In Fig. 4 ist schematisch ein Beispiel für das Abkühlen von zwei unterschiedlichen Teilbereichen 301 und 401 dargestellt, wobei der rechte Teilbereich einen Endbereich 401 des Werkstückes 103 darstellt. Dies kann beispielsweise bei einer B-Säule oder einem Formteil für die B-Säule eines Kraftfahrzeuges erforderlich sein, bei welcher nicht nur der Schlosskastenbereich sondern auch der Fußbereich im Vergleich zum Rest des Bauteiles duktiler sein soll. Dieser Endbereich könnte nun auch mit einem weiteren Kühlkörper im Innern des Ofens gekühlt werden. Möglich ist jedoch auch eine Prozessführung, wie sie im Folgenden erläutert wird.

Hierbei wird das Werkstück 103 so in den Durchlaufofen 101 eingebracht, dass der Endbereich 401 in Transportrichtung des Werkstückes 103 vorn liegt. Falls das Verfahren in einem Ofen durchgeführt wird, bei dem ein Werkstück aus der gleichen Öffnung entnommen wird, durch welche es in den Ofen eingebracht wurde, ist dies genau umgekehrt der Fall. Dann sollte derjenige Endbereich, in dem eine höhere Duktilität erreicht werden soll, in Transportrichtung des Werkstückes 103 hinten liegen, wenn das Werkstück 103 in den Ofen bewegt wird. Nach dem Einbringen des Werkstückes 103 in den Durchlaufofen 101 bewegt sich das Werkstück 103 auf dem Rollenförderer 104 durch die Ofenkammer 102. Dabei erfolgt eine erste Erwärmung des Werkstückes 103 auf eine vorbestimmte Temperatur Ti, die entweder unterhalb der Härtetemperatur des Werkstoffes des Werkstückes 103 liegt oder wenigstens der Härtetemperatur entspricht. Sobald sich der Endbe- reich 401 des Werkstückes 103 wieder außerhalb des Durchlaufofens 101 befindet, wird die Transportbewegung des Rollenförderers 104 temporär unterbrochen. Das Werkstück 103 wird mittels des Stempels 107 vom Rollenförderer 104 abgehoben und in die vorbestimmte Position gebracht, dort einen vorbestimmten Zeitraum gehalten und dabei je nach Prozessführung entweder weiter auf die Temperatur T _H er- wärmt, die mindestens der Härtetemperatur entspricht oder auf der zuvor bereits erreichten Härtetemperatur gehalten.

Gleichzeitig erfolgt einerseits durch den Kühlkörper 106 eine Kühlung des Werkstückes 103 im Teilbereich 301 auf eine Temperatur T ₂ , die unterhalb der Härtetempera- tur liegt. Andererseits wird der Randbereich 401 des Werkstückes 103, der sich außerhalb des Durchlaufofens 101 befindet, durch die Umgebungsbedingungen des Durchlaufofens 101 ebenfalls auf eine Temperatur T ₃ gekühlt, die unterhalb der Härtetemperatur liegt. Bei Bedarf kann auch hier ein Ausrichten des Werkstückes 103 zwischengeschaltet werden. Dafür wird das Werkstück 103 nach dem ersten Erwärmen vollständig oder auch teilweise aus dem Durchlaufofen 101 heraus bewegt, ausgerichtet und anschließend teilweise wieder in den Durchlaufofen 101 zurück bewegt, wobei der Randbereich 401 außerhalb des Durchlaufofens 101 verbleibt und nicht mit zurück in den Durchlaufofen 101 bewegt wird. Sind die gewünschten Temperaturen erreicht, wird das Werkstück 103 von dem Stempel 107 abgesenkt und wieder auf den Rollenförderer 104 aufgesetzt. Die temporär unterbrochene Transportbewegung des Rollenförderers 104 wird erneut aufgenommen und so der übrige Teil des Werkstückes 103 aus dem Durchlaufofen 101 heraus bewegt. Mit dem nachfolgenden Abschrecken des Werkstückes 103 bilden sich dann in dem Werkstück 103 in Abhängigkeit von den Temperaturen T ₂ , T ₃ und TH, bzw. den zugehörigen Gefügen, drei Bereiche mit unterschiedlicher Duktilität und Festigkeit aus. Fig. 5 zeigt schematisch eine Aufsicht auf ein Werkstück 103 bei einem solchen Verfahren in einem Durchlaufofen 101 . Das Werkstück 103 weist einen Teilbereich 301 sowie einen Randbereich 401 auf, der sich außerhalb des Durchlaufofens 101 befindet. Unterhalb des Werkstückes 103 befinden sich der Rollenförderer 104 sowie der Stempel 107, der zwischen zwei benachbarten Rollen des Rollenförderers 104 an- geordnet ist, so dass er zwischen den beiden Rollen herausgefahren werden kann.

Die gesamte Steuerung der Taktung des Stempels 107 sowie der Bewegungen des Rollenförderers 104 erfolgt über eine Steuereinrichtung des Durchlaufofens 101 . Dafür bestimmen beispielsweise innerhalb des Durchlaufofens 101 vorgesehene Sen- soren die Position des Werkstückes 103 auf dem Rollenförderer 104 und übermitteln diese an die Steuereinrichtung, welche dann eine entsprechend angepasste An- steuerung der Auf- und Abwärtsbewegung des Stempels 107 durchführt. Gleichzeitig gibt die Steuereinrichtung auch die Bewegungsrichtung des Rollenförderers 104 vor.

Bezugszeichenliste:

101 Durchlaufofen

102 Ofen kam mer

103 Werkstück

104 Rollenförderer

105 Heizmittel

106 Kühlkörper

107 Stempel

201 Kühlfläche

202 Kühlkanal

203 Kühlmittel

204 Wärmedämmung

301 Teilbereich

401 Endbereich, Randbereich