Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum partiellen Härten von Stahlblechbauteilen.

Das partielle Härten von Stahlblechbauteilen, insbesondere von Karosseriebauteilen, ist bekannt.

Grundsätzlich wird bei derartigen Verfahren ein Stahlblechband warm- und kaltgewalzt und anschließend gegebenenfalls mit ei ^¬ ner Korrosionsschut zbeschichtung versehen. Eine solche Korro- sionsschut zbeschichtung ist beispielsweise eine Aluminiumbe- schichtung, eine Aluminium-Silizium-Beschichtung, eine Zinkbe- schichtung oder eine Zinklegierungsbeschichtung . Derartige Be- schichtungen werden im sogenannten Schmelztauchverfahren auf ^¬ gebracht, bei denen das warm- und kaltgewalzte Stahlblechband, beispielsweise mit Dicken von 0,5 mm bis 4 mm, durch ein flüs ^¬ siges Metallband läuft, das Metall an dem Stahlband anhaftet und gegebenenfalls überflüssiges flüssiges Metall mit einer Abstreiferdüse abgestreift wird, sodass eine vorbestimmte Di ^¬ cke des Beschichtungsmetalls eingestellt werden kann.

Anschließend können die Stahlbänder mit der Beschichtung noch einer Temperbehandlung unterzogen werden. Eine bekannte Tem ^¬ perbehandlung ist z. B. das Galvannealing, bei dem eine

Zinkauflage auf einem Stahlblechband noch einmal erwärmt wird, und zwar auf bis zu 700°C, um das Zink und das darunter lie ^¬ gende Eisen miteinander zu einer Zink-Eisen-Legierung umzuwan ^¬ deln . Aus einem solchen Stahlblechband werden zur Herstellung von Stahlblechbauteilen einzelne Platinen ausgestanzt, die an ^¬ schließend entweder kaltumgeformt, dann erhitzt und in ein Formhärtewerkzeug eingelegt werden, in denen sie, gegebenen- falls auch nur teilweise, mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt, abgekühlt wird, um ein gehärtetes Blechbauteil zu erreichen. Dieses Verfahren wird Formhärten genannt. Bei diesem Verfahren können aus dem Stahlblechband in einem üblichen, beispielsweise fünfstufigen, Tiefziehprozess auch sehr komplexe Formen erzeugt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Stahlblechplati- ne, die aus dem Stahlband ausgestanzt oder ausgeschnitten wur ^¬ de, auf eine zum Härten notwendige Temperatur zu bringen, an ^¬ schließend in einem einstufigen Prozess warmumzuformen und im Warmumformwerkzeug auch gleichzeitig abzuschrecken und zu här ^¬ ten. Dieses Verfahren wird als Presshärten bezeichnet. Bei diesem Verfahren sind im Vergleich zum Formhärten nur relativ einfache Geometrien herstellbar, dafür ist das Verfahren weni ^¬ ger aufwändig.

Für das partielle Härten ist es bekannt, die Bauteilbereiche, die kalt verbleiben sollen, entweder mit einer Isolierung durch einen Erhitzungsofen zu führen, oder, z. B. in Berei ^¬ chen, die kalt bleiben sollen, eine relativ große Absorptions ^¬ masse anzulegen oder gering beabstandet zu halten, die die auf das Blech einwirkende Wärme absorbiert und somit dafür sorgt, dass in diesen Bereichen das Blech nicht die zum Härten not ^¬ wendige AustenitStarttemperatur (Temperatur > Aci ) bzw. Auste- nitisierungstemperatur (d. h. eine Temperatur > Ac ₃ ) erreicht. Bei der Anbringung von Isolierungen an solchen Bauteilen ist von Nachteil, dass es relativ aufwändig ist, die Isolierung anzubringen und anschließend, vor dem Formhärten oder Press ^¬ härten, wieder abzunehmen. Darüber hinaus wird über die Iso ^¬ lierung Enthalpie aus dem Ofen abgeführt, denn die Isolierung muss anschließend wieder heruntergekühlt werden.

Absorptionsmassen haben sich an sich bewährt, sie werden auf den Ofenträger aufgebracht oder in den Ofenträger integriert, mit dem derartige Bauteile durch den Ofen geführt werden. Auch eine Absorptionsmasse führt aber Enthalpie aus dem Ofen ab und sorgt dafür, dass der Ofenträger mit der Absorptionsmasse oder die Absorptionsmasse allein stark gekühlt werden muss.

Eine weitere Variante besteht darin, Bauteile beispielsweise nur unter die AustenitStarttemperatur oder die Austenitisie- rungstemperatur aufzuheizen und dann die Bereiche, die gehär ^¬ tet werden sollen, gezielt mit Strahlern auf eine Temperatur oberhalb von AC3 zu bringen. Ein solches Verfahren lässt eine sehr genaue Erhitzung der zu härtenden Bereiche zu, hat aber den Nachteil, dass nur dünne Bauteile schnell erhitzt werden können. Auch sorgt die Anordnung von Strahlern im Ofen dafür, dass der Ofen bei anderen Produkten erst umgerüstet werden muss .

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum partiellen Härten von Stahlblechbauteilen zu schaffen, welches bei großer Flexibilität eine zuverlässige nur partielle Härtung ermög- licht .

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An ^¬ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum partiellen Härten von Stahlblechbauteilen zu schaffen, die bei großer Flexibilität sowohl partiell als auch voll gehärte ^¬ te Bauteile bzw. unterschiedlich partiell gehärtete Bauteile erzeugen kann und bezüglich der Taktzeiten variabel ist. Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, Blechbauteile aus einem härtbaren Stahlblech, insbesondere einem härtbaren Bor- Mangan-Stahl, wie z. B. einem 22MnB5, oder vergleichbaren Stählen, durch einen Erwärmungsofen zu führen, wobei im Erwär- mungsofen das Stahlbauteil oder Teile des Stahlbauteils auf eine Temperatur oberhalb AC ₃ erhitzt werden, um anschließend durch eine Abschreckkühlung eine Härtung herbeizuführen.

Ein Stahlblechbauteil kann beispielsweise eine im Wesentlichen ebene Platine welche aus einem Stahlband geschnitten wurde o- der ein bereits umgeformtes Bauteil wie beispielsweise eine B- Säule sein.

Vorzugsweise werden die Stahlbauteile hierbei getaktet durch den Ofen bewegt, wobei der Ofen bevorzugt ein Hubschrittför- derofen ist. Eine Erwärmung der Stahlbauteile auf Temperaturen etwa bis 600°C bis 700°C ist unkritisch, weil damit keine für die Här ^¬ tung notwendige Gefügeänderung erreicht wird. Erfindungsgemäß wird in den Bereichen des Ofens, in denen die Stahlbauteile diese Temperaturen erreichen, derjenige Bereich der Bauteile, der nicht gehärtet werden soll, in einen in der Ofenwandung integrierten Bereich überführt, in dem Kühlkörper vorhanden sind, wobei die Kühlkörper aktiv oder passiv gekühlt werden.

Erfindungsgemäß sind diese Bereiche als Schubladen bzw. Ther- moboxen ausgebildet, die seitlich von der Ofenwandung her in den Ofenraum hineingeschoben werden können, wobei die Kühlkör- per vorzugsweise auf die Kontur des zu kühlenden Bereichs ab ^¬ gestimmt sind und selbst aktiv oder passiv gekühlt sind.

Durch das Ein- und Ausschieben der Schubladen bzw. Thermoboxen kann erfindungsgemäß erreicht werden, dass sehr flexibel auf unterschiedliche Bauteile reagiert werden kann, auch auf Bau ^¬ teile, die voll gehärtet werden sollen. In diesem Fall sieht das Verfahren vor, die Thermoboxen vollständig aus dem Ofen ^¬ raum zurückzuziehen. Da die Stahlbauteile schrittweise durch den Ofen befördert werden, ist eine Mehrzahl von Schubladen/Thermoboxen nachei ^¬ nander angeordnet, sodass ein Stahlbauteil mit jedem Schritt in eine neue Schublade bzw. eine neue Thermobox gelangt. Die Schubladen bzw. Thermoboxen sind dabei so ausgestaltet, dass sie einen Bereich, der nicht gehärtet werden soll, einer ^¬ seits gegen die Wärmestrahlung darüber liegender Wärmestrahler abschirmen und andererseits den in der Thermobox enthaltenen Kühlkörper einerseits abschirmen, andererseits wird der Kühl- körper von der Ofenaußenseite her mit einem Kühlmedium, bei ^¬ spielsweise Luft, beaufschlagt. Die Luft kann hierbei durch den Innenraum eines solchen Kühlkörpers geführt werden, um die aufgenommene Wärme nach außen abzuführen.

Die Schubladen bzw. Thermoboxen können hierbei so ausgestaltet sein, dass die Stahlbauteile mit jedem Schritt, mit dem Sie befördert werden, gleichzeitig auch in eine solche Thermobox oder Schublade von unten angehoben eingebracht werden.

Um eine thermische Trennung zwischen der Schublade/Thermobox und dem Ofenraum zu erhalten, wobei der Ofenraum beispielswei ^¬ se 900°C bis 1.000°C heiß ist, während das Bauteil im weichen Bereich nicht mehr als 700°C besitzen sollte, können unterhalb der Thermobox bzw. Schublade Keramikbleche integriert sein, welche während der Kühlposition eine thermische Trennung zwi ^¬ schen 900°C Ofenatmosphäre und 700°C Ofenzone unterhalb der Thermoboxen bilden. Darüber hinaus können die Thermoboxen an ihrem äußeren Umfang mit Düsen derart ausgebildet sein, dass ein Luftvorhang zwi ^¬ schen dem Innenbereich der Thermoboxen und der Ofenatmosphäre besteht . Vorzugsweise werden die einzelnen Schubladen bzw. Thermoboxen mittels Thermofühler überwacht und die Kühlleistung an die er ^¬ forderliche Kühlleistung angepasst.

Während des Transports durch den Ofen werden somit die Bautei- le von Thermobox zu Thermobox im 900 °C heißen Ofen bewegt, be ^¬ sitzen jedoch in den von den Thermoboxen überdeckten Bereichen lediglich maximal 700°C. Sollte es bei der Produktion zu Standzeiten kommen, können die Bauteile lokal in den Thermoboxen verbleiben und der weiche Bauteilbereich wird dementsprechend gekühlt.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu ^¬ tert, es zeigen dabei:

Figur 1: einen Ofen zum Erhitzen von Stahlblechbauteilen mit unterschiedlichen Temperaturbereichen und stark sche ^¬ matisch angedeuteten Thermoboxen;

Figur 2: eine teilgeschnittene Querschnittsansicht eines Ofens nach Fig. 1 mit einer Hub- und Durchschiebvorrichtung für Stahlblechbauteile und einer eingeschobenen Ther- mobox in einem abgesenkten Zustand des Stahlblechbau ^¬ teils;

Figur 3: die Vorrichtung nach Fig. 2 in einem angehobenen Zu ^¬ stand des Stahlblechbauteils;

Figur 4 : eine Doppelthermobox in einer längsgeschnittenen An ^¬ sicht bezogen auf die Ofenachse mit einer aktiven Bauteilkühlung;

Figur 5: eine Thermobox mit einer passiven Bauteilkühlung.

Ein Ofen 1 zum Erwärmen von Stahlblechbauteilen ist ein her ^¬ kömmlicher, insbesondere Hubschrittförderofen, z. B. ein Hub ^¬ balkenofen, bei dem auf Ofenträgern 2 ruhende Stahlblechbau ^¬ teile 3 von einer Ofeneinfahrt 4 zu einer Ofenausfahrt 5 ent ^¬ lang einer Förderrichtung 6 bewegt werden.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass keine Ofenträger verwendet werden, insbesondere bei ebenen Platinen. Bei einer solchen Fahrweise wird die ebene Platine ohne Ofen ^¬ träger bzw. Warenträger durch die Ofenketten mitgefördert.

In dem Ofen 1 werden die Stahlblechbauteile 3 mittels Gasbren- nern, in Strahlrohre gemantelten Gasbrennern 7 oder anderen geeigneten Beheizungseinrichtungen aufgeheizt.

Das Aufheizen erfolgt dabei derart, dass die Stahlblechbautei ^¬ le 3 zumindest partiell auf eine Temperatur aufgeheizt werden können, bei der ihr Stahlgefüge in einem austenitischen Zu ^¬ stand vorliegt, das bedeutet, dass die Temperatur bei größer etwa 900°C liegt. Somit werden die Bauteile zumindest teilbe ^¬ reichsweise auf eine Temperatur > Ac ₃ aufgeheizt. Hierzu sind die Stahlblechbauteile aus einer härtbaren Stahl ^¬ legierung ausgebildet, insbesondere sind die Stahlblechbautei ^¬ le 3 aus einem Bor-Mangan-Stahl, wie z. B. einem 22MnB5 oder vergleichbaren härtbaren Bor-Mangan-Stählen, ausgebildet. In einem ersten Bereich 8 nach der Ofeneinfahrt 4 erreichen die Bauteile eine Temperatur von etwa 700°C, was eine Tempera ^¬ tur unterhalb AC ₃ , gegebenenfalls auch unterhalb Aci, ist. In ^¬ sofern können die Bauteile hier unkritisch auf diese Tempera ^¬ tur aufgeheizt werden.

In einem weiteren, nachfolgenden Aufheizbereich 9 erreichen sowohl die Ofenatmosphäre als auch die Bauteile höhere Tempe ^¬ raturen, sodass in diesem Bereich 9 die erfindungsgemäßen Thermoboxen 10 vorgesehen sind.

Der erste Heizbereich 8 ist somit ein Vorheizbereich und der zweite Heizbereich 9 dient als Austenitisierungsbereich . Die Thermoboxen 10 können als Einzelthermoboxen 10 oder als Doppelthermoboxen 10 (Fig. 1) vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäßen Thermoboxen 10 besitzen je zumindest ei- ne Führungsleiste 11, an denen die Thermoboxen 10 quer zur

Förderrichtung 6 des Ofens 1 seitlich von einer Ofenwandung 12 her in den Innenbereich 13 eines Ofens 1 einschiebbar sind. Im Ofen 1 ist je eine Hub- und Transporteinrichtung 14 vorhanden, wobei die Hub- und Transporteinrichtung 14 in an sich bekann- ter Weise dazu ausgebildet ist, Ofenträger 2 mit einem aufzu ^¬ heizenden Stückgut durch den Ofen 1 zu bewegen und anzugeben.

Die Thermoboxen 10 sind vorzugsweise kastenartig ausgebildet mit Seitenwandungen 15, wobei die Seitenwandungen 15 die Ofen- wandung 12 durchgreifen. Zudem besitzen die Thermoboxen 10 De ^¬ ckenwandungen 16.

Um den Ofen nach außen abzudichten, besitzen die Thermoboxen 10 entsprechende Rückseitenwandungen (nicht gezeigt) oder sind so in die Ofenwandung 12 eingepasst, dass eine Abdichtung nach außen erfolgt.

Innerhalb der Thermobox 10 sind an zumindest einer der Wandun ^¬ gen 15, 16 Kühleinrichtungen 17 vorhanden.

Die Kühleinrichtungen 17 können beispielsweise luftführende Platten oder Kästen sein, welche mit entsprechenden Austritts ^¬ düsen 18 oder Austrittsgeometrien 18 ausgebildet sind, aus de ^¬ nen Luft oder andere geeignete Kühlgase auf das Bauteil 3 ge- führt werden können.

Zusätzlich oder alternativ hierzu können die Kühleinrichtungen 17 selbst gekühlte Bauteile sein, welche über Strahlung auf das Bauteil 3 einwirkende Wärme aufnehmen und abführen (Fig. 5) . Hierbei ist es vorteilhaft, wenn diese entsprechenden Küh ^¬ leinrichtungen 17 an die Kontur des zu kühlenden Bauteils der ^¬ art angepasst sind, dass von allen Oberflächen des Bauteils 3 z. B. ein Abstand von 20 mm bis 30 mm eingehalten wird. Dem- entsprechend besitzen die Kühleinrichtungen 17 in diesem Fall eine Kontur, die der Bauteilkontur möglichst weitgehend ent ^¬ spricht .

Um eine Abschirmung des Bauteils auch nach unten zu erreichen, können am Ofenträger 2 und unterhalb des Bauteils 3 blech- bzw. plattenartige sogenannte Keramikbleche 19 vorhanden sein, welche den Bereich der Thermobox 10 nach unten und nach innen zum Ofen 1 hin abschirmen und somit die Kühlung des Bauteils erleichtern. Die Keramikbleche 19 können in den Ofensattel 20 integriert sein.

Die Keramikbleche 19 besitzen zum Bauteil hin vorzugsweise ei ^¬ ne Kontur, die ebenfalls der Bauteilkontur von der Unterseite möglichst entspricht oder dieser soweit angenähert ist, dass eine möglichst starke Abschirmung erreicht wird.

Zusätzlich oder alternativ (nicht gezeigt) kann die Thermobox zur Ofenatmosphäre hin sowohl nach unten als auch zur Ofenmit ^¬ te hin über Luftvorhänge verfügen, welche durch das Einblasen von Luft und gegebenenfalls auch durch die Absaugung derselben den kühleren Bereich innerhalb der Thermobox (etwa 700 °C) ge ^¬ gen die heißere Ofenatmosphäre (etwa 900°C) abschirmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die entsprechenden vorgeformten Stahlblechbauteile 3 auf einem Ofenträger 2 au ^¬ ßerhalb des Ofens 1 abzulegen und dann die Stahlblechbauteile 3 auf dem Ofenträger 2 mit der Hub- und Transporteinrichtung 14 so zu verbinden, dass die Ofenträger 2 mit den Stahlblech ^¬ bauteilen 3 getaktet in den Ofen 1 eingebracht werden. In dem Vorheizbereich 8 werden die Stahlblechbauteile mittels geeig ^¬ neter Heizeinrichtungen auf eine Temperatur von 700°C ge ^¬ bracht. Gelangen die Stahlblechbauteile 3 in einen zweiten Austenitisierungsbereich 9 - wobei der Übergang des Vorheizbe ^¬ reichs 8 zum Austenitisierungsbereich 9 fließend ist bzw.

fließend sein kann - werden die Bauteilbereiche, die nicht austenitisiert werden sollen, unter eine entsprechende Ther- mobox 10 bewegt und anschließend angehoben, sodass sich diese Bauteilbereiche innerhalb der Thermobox 10 befinden, wo sie von der weiteren Erhitzung abgeschirmt werden und entweder ak ^¬ tiv mit Luft oder einem geeigneten anderen Kühlgas angeströmt werden oder die Wärme über gekühlte Kühleinrichtungen 17 ab ^¬ sorbiert und abgeleitet wird. Während der übrige Bereich des Bauteils 3 nun langsam auf die Austenitisierungstemperatur aufgeheizt wird, werden die Bauteile 3 schrittweise durch den Ofen 1 bewegt, wobei sie aus einer Thermobox 10 abgesenkt, zur nächsten Thermobox 10 geführt und dort wieder angehoben wer ^¬ den, um weiter zu verhindern, dass das Bauteil 3 dort zu sehr erwärmt wird.

Am Ofenausgang 5 werden dann die Bauteile 3 mit den unter ^¬ schiedlich temperierten Bereichen aus dem Ofen 1 entnommen und der Weiterverarbeitung zugeführt.

Die keramischen Bleche 19 zur Abschirmung der Bauteile nach unten und zur Ofenmitte hin stellen gegenüber Absorptionsmas ^¬ sen nur eine sehr geringe Masse dar und führen am Ende des Ofens wenig Enthalpie aus dem Ofen aus .

Ein Beispiel für ein mögliches Stahlblechbauteil 3 ist bei ^¬ spielsweise eine Karosserie-B-Säule, bei der der Fußbereich beispielsweise nicht gehärtet werden soll und weich verbleibt, sodass der Fußbereich im Bereich der Thermoboxen geführt wird. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass sich m jeder Ther- mobox eine kleine separate Ofenatmosphäre ausbildet, die mit ^¬ tels Thermofühlers überwacht wird und mittels Kühlmediumdurch- flussmenge im Sollbereich von ca. 700°C gehalten wird.

Das Anheben der Bauteile in die Thermoboxen erfolgt durch die Hubschrittfördertechnik im Ofen, wobei diese besonders einfach und sicher ist.

In angehobenem Zustand erfolgt die thermische Trennung der kleinen Ofenatmosphäre in den Thermoboxen durch die im Träger bzw. Ofensattel integrierten Keramikbleche, die ebenfalls teilweise vorzugsweise die Bauteilkontur aufweisen.

Das Bauteil wird bei der Erfindung nicht komplett erwärmt und anschließend lokal gekühlt, was einen Energieverlust bedeutet, sondern die weichen Bauteilbereiche werden im Ofen lokal am weiteren Erwärmen gehindert und nur auf Temperatur gehalten. Nur der spätere, harte Bauteilbereich wird über die AC ₃ —

Temperatur erwärmt .

Bei der Erfindung ist zudem von Vorteil, dass abhängig von der Bauteilgeometrie die Thermoschubladen bzw. Thermoboxen aus dem Ofeninneren nach außen gezogen werden können und dementspre ^¬ chend die Kühleinrichtungen 17 austauschbar sind, um an andere Bauteilkonturen angepasst zu werden.

Soll mit dem erfindungsgemäßen Ofen 1 eine Charge komplett ge ^¬ härtet werden, werden ebenfalls die Thermoschubladen bzw.

Thermoboxen in einfacher Weise aus dem Ofeninnenraum zum Ofen ^¬ äußeren gezogen, sodass die Abstrahlung der Gasbrenner oder anderer Strahlungseinrichtungen im Ofen nicht durch die Ther ^¬ moschubladen bzw. Thermoboxen behindert wird. Hierdurch wird erfindungsgemäß der Ofen außerordentlich flexibel. Durch eine Doppeltaktfahrweise und gegebenenfalls doppelt vor ^¬ handene Thermoboxen wird die Standzeit in den Thermoboxen ver ^¬ doppelt und die Anzahl der Umsetzvorgänge halbiert.

Sollte aufgrund von Stockungen in der Weiterverarbeitung das Material in dem Ofen verbleiben müssen, können die weichen Be ^¬ reiche in den Thermoboxen verbleiben und ihre Temperatur wird dort gehalten, sodass auch der Ausschuss sinkt.

Bezugszeichenliste :

1 Ofen

2 Ofenträger

3 Stahlblechbauteil

4 Ofeneinfahrt

5 Ofenausfahrt

6 Förderrichtung

7 Gasbrenner

8 erster Heizbereich

9 zweiter Heizbereich

10 Thermobox

11 Führungsleiste

12 Ofenwandung

13 Innenbereich

14 Hub- und Transporteinrichtung

15 Seitenwandung

16 Deckenwandung

17 Kühleinrichtung

18 Austrittsdüsen

19 Keramikblech

20 Ofensattel