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Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie - Dokument DE19600479A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19600479A1 10.07.1997
Titel Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie
Anmelder Daimler-Benz Aerospace Airbus GmbH, 21129 Hamburg, DE
Erfinder Dörsing, Hans, Dipl.-Ing., 27749 Delmenhorst, DE;
Mietrach, Dietmar, Dipl.-Ing., 27777 Bookholzberg, DE
DE-Anmeldedatum 09.01.1996
DE-Aktenzeichen 19600479
Offenlegungstag 10.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.07.1997
IPC-Hauptklasse F27B 9/24
IPC-Nebenklasse C22F 1/04   B65G 49/02   
Zusammenfassung Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie gemäß bestehender Fertigungsvorschriften, insbesondere von ebenen Platinen oder umgeformten Bauteilen, wobei die Bauteile einem Wärmebehandlungs-, Abschreck-, Reinigungs- und einem Trocknungsvorgang unterzogen werden.
Um ein Lösungsglühen der Bauteile fehlerfrei nach vorgegebenen Fertigungsvorschriften bei minimalen Prozeßzeiten unter reproduzierbaren Prozeßbedingungen automatisch durchführen zu können, weist die Wärmebehandlungsanlage im wesentlichen folgende Baugruppen auf:
- ein mehrere Transportbänder/-rollen aufweisendes Fördersystem zum Transport der Bauteile;
- einen Durchlaufofen mit einem die Bauteile durch den Ofen fördernden Transportband und mit einer Heizung zur Aufheizung der Bauteile auf eine Lösungsglühtemperatur;
- eine dem Durchlaufofen nachgeordnete ein flüssiges Abschreckmedium enthaltende Einrichtung zur Abschreckung der Bauteile;
- ein sich an die Abschreckeinrichtung anschließendes Reinigungs- und Trocknungssystem, durch welches die Bauteile mittels eines Transportbandes geführt werden;
- und ein Prozeßsteuersystem zur Steuerung und Überwachung aller für eine einwandfreie Wärmebehandlung der Bauteile erforderlichen Parameter und Verfahrensabläufe.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustrie gemäß bestehender Fertigungsvorschriften, insbesondere von ebenen Platinen oder umgeformten Bauteilen vorgegebener Mindest- und Maximalabmessungen, wobei die Bauteile einem Wärmebehandlungs-, Abschreck-, Reinigungs- und einem Trocknungsvorgang unterzogen werden.

Bei der Metallbearbeitung/-umformung werden u. a. Metalle einem verfestigenden Verformungsvorgang unterzogen. Es ist bekannt, vor bzw. nach einem derartigen Verformungsvorgang ein "Weichglühen" durchzuführen, mit dem die verspannten und deformierten Metallkristallstrukturen aufgelöst und neue Kristalle gebildet werden. Diese verhalten sich dann wieder wie das Gefüge des unverformten Metalls, so daß die Metalle in einem neuen Arbeitsgang weiterverformt werden können. Dieser "weiche" Zustand ermöglicht eine gute Verformung des Metalls.

Es ist weiterhin bekannt, daß bei einem Teil von Aluminium-Legierungen die Festigkeit durch spezielle Warmbehandlungsmethoden wie z. B. das Lösungsglühen nach dem Umformvorgang erhöht werden kann. Hierzu werden die Al-Legierungen beispielsweise in einem Salzbad- oder Luftumwälzofen bei ca. 500°C bis 520°C geglüht. Für die Warmbehandlung ist ein manuelles Aufbinden der Teile auf Gestelle bzw. ein Lagern in Körben notwendig. Nach Durchführung des Glühvorgangs erfolgt ein sofortiges Abschrecken in Wasser von stets unter 20°C oder für dünne Bauteile in einem Luftstrom. Anschließend kann bei bestimmten Legierungen ein künstlicher Alterungsprozeß durch Lagerung in einem Ölbad oder in einem elektrisch beheizten Luftumwälzofen bei ca. 100°C bis 200°C für 1/2 bis 24 Stunden durchgeführt werden. Die dem Metall aus dem Salzbadofen anhaftenden Salzreste sind sorgfältig zu entfernen, da sie das Metall angreifen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehandlungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen fehlerfrei nach vorgegebenen Fertigungsvorschriften bei minimalen Prozeßzeiten unter reproduzierbaren Prozeßbedingungen mit minimalen bzw. keinen Verzug automatisch durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

  • - daß ein mehrere Transportbänder und/oder Transportrollen aufweisendes Fördersystem zur unbefestigten Aufnahme und zum Transport der Bauteile vorgesehen ist,
  • - daß ein einem Transportband und/oder -rollen im Aufgabebereich der Bauteile nachgeordneter Durchlaufofen mit einem die Bauteile durch den Ofen fördernden Transportband und/oder -rollen und mit einer Heizung zur Aufheizung der Bauteile auf eine von der verwendeten Legierung abhängige Lösungsglühtemperatur von etwa 470°C bis 570°C bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10 bis 25 min ausgerüstet ist,
  • - daß dem Durchlaufofen eine ein flüssiges Abschreckmedium enthaltende Einrichtung zur Abschreckung der Bauteile nachgeordnet ist,
  • - daß das Fördersystem im Übergabebereich zwischen Durchlaufofen und Abschreckeinrichtung derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter einem vorgegebenen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium eintauchen,
  • - daß sich an die Abschreckeinrichtung ein Reinigungs- und Trocknungssystem anschließt, durch die die Bauteile mittels eines Transportbandes geführt werden,
  • - und daß ein Prozeßsteuersystem zur Steuerung und Überwachung aller für eine einwandfreie Wärmebehandlung der Bauteile erforderlichen Parameter und Verfahrensabläufe vorgesehen ist.


Erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 beschrieben.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die vorzugsweise als Durchlaufofen mit integrierter Abschreckung konzipierte Wärmebehandlungsanlage in räumlicher Nähe einer Presse zur Verformung der Bauteile angeordnet werden kann. Damit ist u. a. ein bedarfsgerechtes Warmbehandeln der Teile mit minimalem Aufwand und durch das Pressenpersonal möglich. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil besteht in einer verzugsarmen Abschreckung der erhitzten Bauteile. Die Zeitspanne, von der die Bauteiltemperatur an einer Stelle die Lösungsglühtemperatur unterschreitet bis zum völligen Eintauchen des Bauteiles in das Abschreckbad wird Abschreckverzögerungsdauer genannt. Die maximal zulässige Abschreckverzögerungsdauer von beispielsweise 7 sec. darf nicht überschritten werden. Vielmehr ist die Anlage so auszulegen, daß diese Zeitspanne möglichst deutlich unterschritten wird, womit eine Qualitätsverbesserung erzielt wird. Ein großer Vorteil ist auch der Entfall des manuellen Aufbindens vor der Warmbehandlung und des Abbindens nach dem Abschrecken.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wärmebehandlungsanlage mit Angabe der für die Teil-Anlagensysteme wesentlichen Prozeßparameter,

Fig. 2 den Übergabebereich von Durchlaufofen und Abschreckeinrichtung der Wärmebehandlungsanlage in vergrößerter Darstellung, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines für die Anlage verwendbaren Prozeßrechners.

In Fig. 1 ist im Aufgabebereich von Aluminium-Legierungs-Bauteilen ein Transportband 2 dargestellt, welches ebenso wie weitere Transportbänder 3 bis 7, die den einzelnen Teil-Anlagensystemen zugeordnet sind, Bestandteil eines die Bauteile aufnehmenden und diese durch die Wärmebehandlungsanlage transportierenden Fördersystems 1 ist. Die Transportgeschwindigkeiten und Haltezeiten der Transportbänder werden durch einen in Fig. 3 dargestellten Prozeßrechner zueinander synchron gesteuert, wobei die zugehörigen Motoren und Regler mit 8 bzw. 9 bezeichnet sind.

Dem Transportband 2 ist ein Durchlaufofen 10 nachgeordnet, dessen zugehöriges Transportband 3 unter einer von dem Prozeßsteuersystem gesteuerten elektrischen Heizung 11, vorzugsweise einer elektrischen Widerstandsheizung, zur Aufheizung der auf dem Transportband 3 lose aufliegenden Bauteile auf eine Lösungsglühtemperatur von etwa 470°C-570°C in Abhängigkeit von der Legierung bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10 bis 25 min vorbeigeführt ist. Der Durchlaufofen 10, dessen Ofennutzbreite 2500 mm, dessen Ofennutzraumhöhe mindestens 160 mm betragen kann und dessen Ofennutzraumlänge vom Bauteildurchsatz, der Temperaturhaltezeit und vom Fördersystem abhängt sowie dessen Betriebstemperatur in einem Bereich von Tmin = 300°C bis Tmax = 600°C regelbar ist, weist weiterhin eine vorgegebene Anzahl von nicht näher bezeichneten Wärmeregelzonen zur Erzielung einer vorgeschriebenen Wärmebehandlungs-Güteklasse- für die Bauteile auf. Auch können im Ein- und Ausgangsbereich des Durchlaufofens 10 Ofentüren oder andere Mechanismen zur Vermeidung von Wärmeverlusten vorgesehen sein, die von dem Prozeßsteuersystem ereignisgesteuert sind. Ferner ist die Anordnung von Thermoelementen, deren gemessene Temperaturwerte dem Prozeßsteuersystem zur Auswertung zugeführt werden, und von einer von dem Prozeßsteuersystem gesteuerten Gebläseeinrichtung 12 im Durchlaufofen 10 vorgesehen.

Dem Durchlaufofen 10 ist eine eine Wasser-Glykol-Lösung, deren Glykolanteil z. B. 25 bis 30 Volumenprozente betragen kann, oder ein anderes flüssiges Abschreckmedium 13 wie beispielsweise Wasser enthaltende Einrichtung 14 zur Abschreckung der Bauteile nachgeordnet. Die Abschreckeinrichtung 14 kann mit einer Umwälzanlage 15 zur Badbewegung, einem Befüllungs- und Entleerungssystem 16, einem Temperaturüberwachungsgerät 17 und mit einer Rückkühlanlage 18 ausgerüstet sein, deren Betriebsabläufe von dem Prozeßsteuersystem steuerbar sind.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Fördersystem 1 im Übergabebereich zwischen Durchlaufofen 10 und Abschreckeinrichtung 14 derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter einem vorgegebenen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium 13 eintauchen. Hierzu verläuft das Transportband 3 des Durchlaufofens 10 in seinem Endbereich unter einem vorgegebenen Winkel von etwa 15° gegenüber seiner horizontalen Lage. Ein nachgeordnetes eine Rutscheinrichtung darstellendes Transportband 4 bildet im Übergabebereich eine Schräge mit einem einstellbaren Winkel von etwa 45° bis 75° gegenüber der Horizontalen.

Gemäß Fig. 1 schließen sich an die Abschreckeinrichtung 14 ein Reinigungssystem 19 und ein Trocknungssystem 20 an, durch welche die Bauteile mittels eines Transportbandes 7 zum zeichnerisch nicht dargestellten Entnahmebereich geführt werden. Das Reinigungssystem 19 weist eine Wassersprüheinrichtung 21 zur Wasserbesprühung der zu reinigenden Bauteile und ein Auffangbecken 22 mit einem nachgeordneten Glykolabscheider 23 auf. Der Volumenstrom und die Sprühzeiten des Sprühwassers sowie die Glykolkonzentration im Wasser des Auffangbeckens 22 auf einen vorgegebenen Mindestwert werden durch das Prozeßsteuersystem geregelt. Es kann vorgesehen sein, daß die Versorgung der Wassersprüheinrichtung 21 mit Wasser aus dem Auffangbecken 22 erfolgt. Die Trocknung der Bauteile in dem Trocknungssystem 20 wird mit einer Luftgebläseeinrichtung 24 durchgeführt, wobei der Luftvolumenstrom und die Trocknungszeiten von dem Prozeßsteuersystem gesteuert werden.

Das in Fig. 3 in Blockschaltbildform dargestellte Prozeßsteuersystem ermöglicht einen vollautomatischen Betrieb der Wärmebehandlungsanlage, nämlich eine Steuerung, Prozeßvisualisierung, Regelung, Überwachung und Prozeßfehlerdiagnose sowie eine Prozeßdokumentation. Das System weist hierzu einen Prozeßleitrechner 25 auf, der mit einem Programmspeicher 26 mit beispielsweise 20 Speicherplätzen für die Wärmebehandlungsprozesse verbunden ist. Weiterhin sind ein einer Eingabe- und Ausgabeeinheit 27 nachgeordneter Prozeßrechner 28 und Bedienungselemente für das Bedienungspersonal, wie z. B. eine Tastatur 29, ein Barcodeleser 30, ein Bildschirm 31 und ein Protokolldrucker 32, vorhanden.

Bezugszeichenliste

1 Fördersystem

2 bis 7 Transportbänder (Transportrollen)

8 E-Motor

9 Regler für E-Motor 8

10 Durchlaufofen

11 E-Heizung des Durchlaufofens 10

12 Gebläseeinrichtung des Durchlaufofens 10

13 Abschreckmedium

14 Abschreckeinrichtung

15 Umwälzeinrichtung

16 Befüllungs- und Entleerungssystem

17 Temperaturüberwachungsgerät

18 Rückkühlanlage

19 Reinigungssystem

20 Trocknungssystem

21 Wassersprüheinrichtung

22 Auffangbecken

23 Glykolabscheider

24 Luftgebläseeinrichtung

25 Prozeßleitrechner

26 Programmspeicher

27 Ein- und Ausgabeeinheit

28 Prozeßrechner

29 Tastatur

30 Barcodeleser

31 Bildschirm

32 Protokolldrucker


Anspruch[de]
  1. 1. Wärmebehandlungsanlage zum Lösungsglühen von Aluminium-Legierungsbauteilen in der Luftfahrtindustriegemäß bestehender Fertigungsvorschriften, insbesondere von ebenen Platinen oder umgeformten Bauteilen von vorgegebenen Mindest- und Maximalabmessungen, wobei die Bauteile einem Wärmebehandlungs-, Abschreck-, Reinigungs- und einem Trocknungsvorgang unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß ein mehrere Transportbänder (2-7) und/oder Transportrollen aufweisendes Fördersystem (1) zur unbefestigten Aufnahme und zum Transport der Bauteile vorgesehen ist,
    2. - daß ein einem Transportband (2) und/oder Transportrollen im Aufgabebereich der Bauteile nachgeordneter Durchlaufofen (10) mit einem die Bauteile durch den Ofen fördernden Transportband (3) und/oder Transportrollen und mit einer Heizung (11) zur Aufheizung der Bauteile auf eine von der verwendeten Legierung abhängige Lösungsglühtemperatur von etwa 470°C bis 570°C bei einer vorgegebenen Heiz-Haltezeit von ungefähr 10-25 min ausgerüstet ist,
    3. - daß dem Durchlaufofen (10) eine ein flüssiges Abschreckmedium (13) enthaltende Einrichtung (14) zur Abschreckung der Bauteile nachgeordnet ist,
    4. - daß das Fördersystem (1) im Übergabebereich zwischen Durchlaufofen (10) und Abschreckeinrichtung (14) derart ausgebildet ist, daß die Bauteile unter einem vorgegebenen Winkel blasenfrei in das Abschreckmedium (13) eintauchen,
    5. - daß sich an die Abschreckeinrichtung (14) ein Reinigungs- und Trocknungssystem (19 bzw. 20) anschließt, durch die die Bauteile mittels eines Transportbandes (7) geführt werden,
    6. - und daß ein Prozeßsteuersystem zur Steuerung und Überwachung aller für eine einwandfreie Wärmebehandlung der Bauteile erforderlichen Parameter und Verfahrensabläufe vorgesehen ist.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördersystem (1) ein Transportband (2) für den Aufgabebereich, ein Transportband (3) für den Durchlaufofen (10), ein Transportband (4) für den Übergabebereich vom Ofen (10) zur Abschreckeinrichtung (14), die zwei weitere Transportbänder (5,6) enthält, und ein Transportband (7) für das Reinigungs- und das Trocknungssystem (19 bzw. 20) sowie für den Entnahmebereich aufweist.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten der Transportbänder (2-7) entsprechend den vorgegebenen Verfahrensabläufen von dem Prozeßsteuersystem synchronisiert sind.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (3) des Durchlaufofens (10) in seinem Endbereich unter einem vorgegebenen Winkel von etwa 15° gegenüber seiner horizontalen Lage verläuft, und daß das Transportband (4) im Übergabebereich vom Durchlaufofen (10) und Abschreckeinrichtung (14) eine Schräge mit einem einstellbaren Winkel von etwa 45° bis 75° gegenüber der Horizontalen bildet.
  5. 5. Anlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (4) im Übergabebereich Bestandteil einer rollengetriebenen Rutscheinrichtung ist.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Durchlaufofens (10) durch eine indirekte von dem Prozeßsteuersystem gesteuerte elektrische Widerstandsheizung (11) erfolgt.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufofen (10) einen geregelten Betriebstemperaturbereich von Tmin = 300°C bis Tmax = 600°C aufweist.
  8. 8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufofen (10) eine vorgegebene Anzahl von Wärmeregelzonen zur Erzielung einer vorgeschriebenen Wärmebehandlungs-Güteklasse für die Bauteile aufweist.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufofen (10) im Ein- und Ausgangsbereich für die Bauteile Ofentüren oder andere Mechanismen zur Vermeidung von Wärmeverlusten aufweist, die von dem Prozeßsteuersystem ereignisgesteuert sind.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine vorgegebene Anzahl von im Durchlaufofen (10) angeordneten Thermoelementen, deren gemessene Temperaturwerte dem Prozeßsteuersystem zur Auswertung zugeführt werden.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine im Durchlaufofen (10) angeordnete und von dem Prozeßsteuersystem gesteuerte Gebläseeinrichtung (12).
  12. 12. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckeinrichtung (14) als Abschreckmedium (13) eine Wasser-Glykol-Lösung enthält.
  13. 13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Glykolanteil in der Wasser-Glykol-Lösung etwa 25 bis 30 Volumenprozente beträgt.
  14. 14. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in der Abschreckeinrichtung (14) als Abschreckmedium (13) dient.
  15. 15. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckeinrichtung (14) mit einer Umwälzanlage (15) zur Badbewegung, einem Befüllungs- und Entleerungssystem (16), einem Temperaturüberwachungsgerät (17) und mit einer Rückkühlanlage (18) ausgerüstet ist, deren Betriebsabläufe von dem Prozeßsteuersystem steuerbar sind.
  16. 16. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungssystem (19) eine Wassersprüheinrichtung (21) zur Wasserbesprühung der zu reinigenden Bauteile und ein Auffangbecken (22) mit einem nachgeordneten Glykolabscheider aufweist, und daß der Volumenstrom und die Sprühzeiten des Sprühwassers sowie die Glykolkonzentration im Wasser des Auffangbeckens (22) auf einen vorgegebenen Mindestwert durch das Prozeßsteuersystem geregelt werden.
  17. 17. Anlage nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Versorgung der Wassersprüheinrichtung (21) mit Wasser aus dem Auffangbecken (22).
  18. 18. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknersystem (20) eine Luftgebläseeinrichtung (24) aufweist, dessen Luftvolumenstrom und dessen Trocknungszeiten von dem Prozeßsteuersystem gesteuert werden.
  19. 19. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsteuersystem einen mit einem Programmspeicher (26) verbundenen Prozeßleitrechner (25), einen einer Eingabe- und Ausgabeeinheit (27) nachgeordneten Prozeßrechner (28) und Bedienungselemente für das Bedienungspersonal aufweist.






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